Second installment of "BasicBlock operands to the back"
[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/CallingConv.h"
23 #include "llvm/Constant.h"
24 #include "llvm/DerivedTypes.h"
25 #include "llvm/Instructions.h"
26 #include "llvm/IntrinsicInst.h"
27 #include "llvm/Module.h"
28 #include "llvm/Pass.h"
29 #include "llvm/Support/CallSite.h"
30 #include "llvm/Support/Debug.h"
31 #include "llvm/ADT/SmallVector.h"
32 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
33 #include "llvm/ADT/StringExtras.h"
34 #include "llvm/Support/Compiler.h"
35 #include <map>
36 #include <set>
37 using namespace llvm;
38
39 STATISTIC(NumArgumentsEliminated, "Number of unread args removed");
40 STATISTIC(NumRetValsEliminated  , "Number of unused return values removed");
41
42 namespace {
43   /// DAE - The dead argument elimination pass.
44   ///
45   class VISIBILITY_HIDDEN DAE : public ModulePass {
46   public:
47
48     /// Struct that represents (part of) either a return value or a function
49     /// argument.  Used so that arguments and return values can be used
50     /// interchangably.
51     struct RetOrArg {
52       RetOrArg(const Function* F, unsigned Idx, bool IsArg) : F(F), Idx(Idx),
53                IsArg(IsArg) {}
54       const Function *F;
55       unsigned Idx;
56       bool IsArg;
57
58       /// Make RetOrArg comparable, so we can put it into a map.
59       bool operator<(const RetOrArg &O) const {
60         if (F != O.F)
61           return F < O.F;
62         else if (Idx != O.Idx)
63           return Idx < O.Idx;
64         else
65           return IsArg < 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();
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   public:
123     static char ID; // Pass identification, replacement for typeid
124     DAE() : ModulePass(&ID) {}
125     bool runOnModule(Module &M);
126
127     virtual bool ShouldHackArguments() const { return false; }
128
129   private:
130     Liveness MarkIfNotLive(RetOrArg Use, UseVector &MaybeLiveUses);
131     Liveness SurveyUse(Value::use_iterator U, UseVector &MaybeLiveUses,
132                        unsigned RetValNum = 0);
133     Liveness SurveyUses(Value *V, UseVector &MaybeLiveUses);
134
135     void SurveyFunction(Function &F);
136     void MarkValue(const RetOrArg &RA, Liveness L,
137                    const UseVector &MaybeLiveUses);
138     void MarkLive(const RetOrArg &RA);
139     void MarkLive(const Function &F);
140     void PropagateLiveness(const RetOrArg &RA);
141     bool RemoveDeadStuffFromFunction(Function *F);
142     bool DeleteDeadVarargs(Function &Fn);
143   };
144 }
145
146
147 char DAE::ID = 0;
148 static RegisterPass<DAE>
149 X("deadargelim", "Dead Argument Elimination");
150
151 namespace {
152   /// DAH - DeadArgumentHacking pass - Same as dead argument elimination, but
153   /// deletes arguments to functions which are external.  This is only for use
154   /// by bugpoint.
155   struct DAH : public DAE {
156     static char ID;
157     virtual bool ShouldHackArguments() const { return true; }
158   };
159 }
160
161 char DAH::ID = 0;
162 static RegisterPass<DAH>
163 Y("deadarghaX0r", "Dead Argument Hacking (BUGPOINT USE ONLY; DO NOT USE)");
164
165 /// createDeadArgEliminationPass - This pass removes arguments from functions
166 /// which are not used by the body of the function.
167 ///
168 ModulePass *llvm::createDeadArgEliminationPass() { return new DAE(); }
169 ModulePass *llvm::createDeadArgHackingPass() { return new DAH(); }
170
171 /// DeleteDeadVarargs - If this is an function that takes a ... list, and if
172 /// llvm.vastart is never called, the varargs list is dead for the function.
173 bool DAE::DeleteDeadVarargs(Function &Fn) {
174   assert(Fn.getFunctionType()->isVarArg() && "Function isn't varargs!");
175   if (Fn.isDeclaration() || !Fn.hasLocalLinkage()) return false;
176
177   // Ensure that the function is only directly called.
178   for (Value::use_iterator I = Fn.use_begin(), E = Fn.use_end(); I != E; ++I) {
179     // If this use is anything other than a call site, give up.
180     CallSite CS = CallSite::get(*I);
181     Instruction *TheCall = CS.getInstruction();
182     if (!TheCall) return false;   // Not a direct call site?
183
184     // The addr of this function is passed to the call.
185     if (!CS.isCallee(I)) return false;
186   }
187
188   // Okay, we know we can transform this function if safe.  Scan its body
189   // looking for calls to llvm.vastart.
190   for (Function::iterator BB = Fn.begin(), E = Fn.end(); BB != E; ++BB) {
191     for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(), E = BB->end(); I != E; ++I) {
192       if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(I)) {
193         if (II->getIntrinsicID() == Intrinsic::vastart)
194           return false;
195       }
196     }
197   }
198
199   // If we get here, there are no calls to llvm.vastart in the function body,
200   // remove the "..." and adjust all the calls.
201
202   // Start by computing a new prototype for the function, which is the same as
203   // the old function, but doesn't have isVarArg set.
204   const FunctionType *FTy = Fn.getFunctionType();
205   std::vector<const Type*> Params(FTy->param_begin(), FTy->param_end());
206   FunctionType *NFTy = FunctionType::get(FTy->getReturnType(), Params, false);
207   unsigned NumArgs = Params.size();
208
209   // Create the new function body and insert it into the module...
210   Function *NF = Function::Create(NFTy, Fn.getLinkage());
211   NF->copyAttributesFrom(&Fn);
212   Fn.getParent()->getFunctionList().insert(&Fn, NF);
213   NF->takeName(&Fn);
214
215   // Loop over all of the callers of the function, transforming the call sites
216   // to pass in a smaller number of arguments into the new function.
217   //
218   std::vector<Value*> Args;
219   while (!Fn.use_empty()) {
220     CallSite CS = CallSite::get(Fn.use_back());
221     Instruction *Call = CS.getInstruction();
222
223     // Pass all the same arguments.
224     Args.assign(CS.arg_begin(), CS.arg_begin()+NumArgs);
225
226     // Drop any attributes that were on the vararg arguments.
227     AttrListPtr PAL = CS.getAttributes();
228     if (!PAL.isEmpty() && PAL.getSlot(PAL.getNumSlots() - 1).Index > NumArgs) {
229       SmallVector<AttributeWithIndex, 8> AttributesVec;
230       for (unsigned i = 0; PAL.getSlot(i).Index <= NumArgs; ++i)
231         AttributesVec.push_back(PAL.getSlot(i));
232       if (Attributes FnAttrs = PAL.getFnAttributes()) 
233         AttributesVec.push_back(AttributeWithIndex::get(~0, FnAttrs));
234       PAL = AttrListPtr::get(AttributesVec.begin(), AttributesVec.end());
235     }
236
237     Instruction *New;
238     if (InvokeInst *II = dyn_cast<InvokeInst>(Call)) {
239       New = InvokeInst::Create(NF, II->getNormalDest(), II->getUnwindDest(),
240                                Args.begin(), Args.end(), "", Call);
241       cast<InvokeInst>(New)->setCallingConv(CS.getCallingConv());
242       cast<InvokeInst>(New)->setAttributes(PAL);
243     } else {
244       New = CallInst::Create(NF, Args.begin(), Args.end(), "", Call);
245       cast<CallInst>(New)->setCallingConv(CS.getCallingConv());
246       cast<CallInst>(New)->setAttributes(PAL);
247       if (cast<CallInst>(Call)->isTailCall())
248         cast<CallInst>(New)->setTailCall();
249     }
250     Args.clear();
251
252     if (!Call->use_empty())
253       Call->replaceAllUsesWith(New);
254
255     New->takeName(Call);
256
257     // Finally, remove the old call from the program, reducing the use-count of
258     // F.
259     Call->eraseFromParent();
260   }
261
262   // Since we have now created the new function, splice the body of the old
263   // function right into the new function, leaving the old rotting hulk of the
264   // function empty.
265   NF->getBasicBlockList().splice(NF->begin(), Fn.getBasicBlockList());
266
267   // Loop over the argument list, transfering uses of the old arguments over to
268   // the new arguments, also transfering over the names as well.  While we're at
269   // it, remove the dead arguments from the DeadArguments list.
270   //
271   for (Function::arg_iterator I = Fn.arg_begin(), E = Fn.arg_end(),
272        I2 = NF->arg_begin(); I != E; ++I, ++I2) {
273     // Move the name and users over to the new version.
274     I->replaceAllUsesWith(I2);
275     I2->takeName(I);
276   }
277
278   // Finally, nuke the old function.
279   Fn.eraseFromParent();
280   return true;
281 }
282
283 /// Convenience function that returns the number of return values. It returns 0
284 /// for void functions and 1 for functions not returning a struct. It returns
285 /// the number of struct elements for functions returning a struct.
286 static unsigned NumRetVals(const Function *F) {
287   if (F->getReturnType() == Type::VoidTy)
288     return 0;
289   else if (const StructType *STy = dyn_cast<StructType>(F->getReturnType()))
290     return STy->getNumElements();
291   else
292     return 1;
293 }
294
295 /// MarkIfNotLive - This checks Use for liveness in LiveValues. If Use is not
296 /// live, it adds Use to the MaybeLiveUses argument. Returns the determined
297 /// liveness of Use.
298 DAE::Liveness DAE::MarkIfNotLive(RetOrArg Use, UseVector &MaybeLiveUses) {
299   // We're live if our use or its Function is already marked as live.
300   if (LiveFunctions.count(Use.F) || LiveValues.count(Use))
301     return Live;
302
303   // We're maybe live otherwise, but remember that we must become live if
304   // Use becomes live.
305   MaybeLiveUses.push_back(Use);
306   return MaybeLive;
307 }
308
309
310 /// SurveyUse - This looks at a single use of an argument or return value
311 /// and determines if it should be alive or not. Adds this use to MaybeLiveUses
312 /// if it causes the used value to become MaybeAlive.
313 ///
314 /// RetValNum is the return value number to use when this use is used in a
315 /// return instruction. This is used in the recursion, you should always leave
316 /// it at 0.
317 DAE::Liveness DAE::SurveyUse(Value::use_iterator U, UseVector &MaybeLiveUses,
318                              unsigned RetValNum) {
319     Value *V = *U;
320     if (ReturnInst *RI = dyn_cast<ReturnInst>(V)) {
321       // The value is returned from a function. It's only live when the
322       // function's return value is live. We use RetValNum here, for the case
323       // that U is really a use of an insertvalue instruction that uses the
324       // orginal Use.
325       RetOrArg Use = CreateRet(RI->getParent()->getParent(), RetValNum);
326       // We might be live, depending on the liveness of Use.
327       return MarkIfNotLive(Use, MaybeLiveUses);
328     }
329     if (InsertValueInst *IV = dyn_cast<InsertValueInst>(V)) {
330       if (U.getOperandNo() != InsertValueInst::getAggregateOperandIndex()
331           && IV->hasIndices())
332         // The use we are examining is inserted into an aggregate. Our liveness
333         // depends on all uses of that aggregate, but if it is used as a return
334         // value, only index at which we were inserted counts.
335         RetValNum = *IV->idx_begin();
336
337       // Note that if we are used as the aggregate operand to the insertvalue,
338       // we don't change RetValNum, but do survey all our uses.
339
340       Liveness Result = MaybeLive;
341       for (Value::use_iterator I = IV->use_begin(),
342            E = V->use_end(); I != E; ++I) {
343         Result = SurveyUse(I, MaybeLiveUses, RetValNum);
344         if (Result == Live)
345           break;
346       }
347       return Result;
348     }
349     CallSite CS = CallSite::get(V);
350     if (CS.getInstruction()) {
351       Function *F = CS.getCalledFunction();
352       if (F) {
353         // Used in a direct call.
354   
355         // Find the argument number. We know for sure that this use is an
356         // argument, since if it was the function argument this would be an
357         // indirect call and the we know can't be looking at a value of the
358         // label type (for the invoke instruction).
359         unsigned ArgNo = CS.getArgumentNo(U);
360
361         if (ArgNo >= F->getFunctionType()->getNumParams())
362           // The value is passed in through a vararg! Must be live.
363           return Live;
364
365         assert(CS.getArgument(ArgNo)
366                == CS.getInstruction()->getOperand(U.getOperandNo())
367                && "Argument is not where we expected it");
368
369         // Value passed to a normal call. It's only live when the corresponding
370         // argument to the called function turns out live.
371         RetOrArg Use = CreateArg(F, ArgNo);
372         return MarkIfNotLive(Use, MaybeLiveUses);
373       }
374     }
375     // Used in any other way? Value must be live.
376     return Live;
377 }
378
379 /// SurveyUses - This looks at all the uses of the given value
380 /// Returns the Liveness deduced from the uses of this value.
381 ///
382 /// Adds all uses that cause the result to be MaybeLive to MaybeLiveRetUses. If
383 /// the result is Live, MaybeLiveUses might be modified but its content should
384 /// be ignored (since it might not be complete).
385 DAE::Liveness DAE::SurveyUses(Value *V, UseVector &MaybeLiveUses) {
386   // Assume it's dead (which will only hold if there are no uses at all..).
387   Liveness Result = MaybeLive;
388   // Check each use.
389   for (Value::use_iterator I = V->use_begin(),
390        E = V->use_end(); I != E; ++I) {
391     Result = SurveyUse(I, MaybeLiveUses);
392     if (Result == Live)
393       break;
394   }
395   return Result;
396 }
397
398 // SurveyFunction - This performs the initial survey of the specified function,
399 // checking out whether or not it uses any of its incoming arguments or whether
400 // any callers use the return value.  This fills in the LiveValues set and Uses
401 // map.
402 //
403 // We consider arguments of non-internal functions to be intrinsically alive as
404 // well as arguments to functions which have their "address taken".
405 //
406 void DAE::SurveyFunction(Function &F) {
407   unsigned RetCount = NumRetVals(&F);
408   // Assume all return values are dead
409   typedef SmallVector<Liveness, 5> RetVals;
410   RetVals RetValLiveness(RetCount, MaybeLive);
411
412   typedef SmallVector<UseVector, 5> RetUses;
413   // These vectors map each return value to the uses that make it MaybeLive, so
414   // we can add those to the Uses map if the return value really turns out to be
415   // MaybeLive. Initialized to a list of RetCount empty lists.
416   RetUses MaybeLiveRetUses(RetCount);
417
418   for (Function::iterator BB = F.begin(), E = F.end(); BB != E; ++BB)
419     if (ReturnInst *RI = dyn_cast<ReturnInst>(BB->getTerminator()))
420       if (RI->getNumOperands() != 0 && RI->getOperand(0)->getType()
421           != F.getFunctionType()->getReturnType()) {
422         // We don't support old style multiple return values.
423         MarkLive(F);
424         return;
425       }
426
427   if (!F.hasLocalLinkage() && (!ShouldHackArguments() || F.isIntrinsic())) {
428     MarkLive(F);
429     return;
430   }
431
432   DOUT << "DAE - Inspecting callers for fn: " << F.getName() << "\n";
433   // Keep track of the number of live retvals, so we can skip checks once all
434   // of them turn out to be live.
435   unsigned NumLiveRetVals = 0;
436   const Type *STy = dyn_cast<StructType>(F.getReturnType());
437   // Loop all uses of the function.
438   for (Value::use_iterator I = F.use_begin(), E = F.use_end(); I != E; ++I) {
439     // If the function is PASSED IN as an argument, its address has been
440     // taken.
441     CallSite CS = CallSite::get(*I);
442     if (!CS.getInstruction() || !CS.isCallee(I)) {
443       MarkLive(F);
444       return;
445     }
446
447     // If this use is anything other than a call site, the function is alive.
448     Instruction *TheCall = CS.getInstruction();
449     if (!TheCall) {   // Not a direct call site?
450       MarkLive(F);
451       return;
452     }
453
454     // If we end up here, we are looking at a direct call to our function.
455
456     // Now, check how our return value(s) is/are used in this caller. Don't
457     // bother checking return values if all of them are live already.
458     if (NumLiveRetVals != RetCount) {
459       if (STy) {
460         // Check all uses of the return value.
461         for (Value::use_iterator I = TheCall->use_begin(),
462              E = TheCall->use_end(); I != E; ++I) {
463           ExtractValueInst *Ext = dyn_cast<ExtractValueInst>(*I);
464           if (Ext && Ext->hasIndices()) {
465             // This use uses a part of our return value, survey the uses of
466             // that part and store the results for this index only.
467             unsigned Idx = *Ext->idx_begin();
468             if (RetValLiveness[Idx] != Live) {
469               RetValLiveness[Idx] = SurveyUses(Ext, MaybeLiveRetUses[Idx]);
470               if (RetValLiveness[Idx] == Live)
471                 NumLiveRetVals++;
472             }
473           } else {
474             // Used by something else than extractvalue. Mark all return
475             // values as live.
476             for (unsigned i = 0; i != RetCount; ++i )
477               RetValLiveness[i] = Live;
478             NumLiveRetVals = RetCount;
479             break;
480           }
481         }
482       } else {
483         // Single return value
484         RetValLiveness[0] = SurveyUses(TheCall, MaybeLiveRetUses[0]);
485         if (RetValLiveness[0] == Live)
486           NumLiveRetVals = RetCount;
487       }
488     }
489   }
490
491   // Now we've inspected all callers, record the liveness of our return values.
492   for (unsigned i = 0; i != RetCount; ++i)
493     MarkValue(CreateRet(&F, i), RetValLiveness[i], MaybeLiveRetUses[i]);
494
495   DOUT << "DAE - Inspecting args for fn: " << F.getName() << "\n";
496
497   // Now, check all of our arguments.
498   unsigned i = 0;
499   UseVector MaybeLiveArgUses;
500   for (Function::arg_iterator AI = F.arg_begin(),
501        E = F.arg_end(); AI != E; ++AI, ++i) {
502     // See what the effect of this use is (recording any uses that cause
503     // MaybeLive in MaybeLiveArgUses).
504     Liveness Result = SurveyUses(AI, MaybeLiveArgUses);
505     // Mark the result.
506     MarkValue(CreateArg(&F, i), Result, MaybeLiveArgUses);
507     // Clear the vector again for the next iteration.
508     MaybeLiveArgUses.clear();
509   }
510 }
511
512 /// MarkValue - This function marks the liveness of RA depending on L. If L is
513 /// MaybeLive, it also takes all uses in MaybeLiveUses and records them in Uses,
514 /// such that RA will be marked live if any use in MaybeLiveUses gets marked
515 /// live later on.
516 void DAE::MarkValue(const RetOrArg &RA, Liveness L,
517                     const UseVector &MaybeLiveUses) {
518   switch (L) {
519     case Live: MarkLive(RA); break;
520     case MaybeLive:
521     {
522       // Note any uses of this value, so this return value can be
523       // marked live whenever one of the uses becomes live.
524       for (UseVector::const_iterator UI = MaybeLiveUses.begin(),
525            UE = MaybeLiveUses.end(); UI != UE; ++UI)
526         Uses.insert(std::make_pair(*UI, RA));
527       break;
528     }
529   }
530 }
531
532 /// MarkLive - Mark the given Function as alive, meaning that it cannot be
533 /// changed in any way. Additionally,
534 /// mark any values that are used as this function's parameters or by its return
535 /// values (according to Uses) live as well.
536 void DAE::MarkLive(const Function &F) {
537     DOUT << "DAE - Intrinsically live fn: " << F.getName() << "\n";
538     // Mark the function as live.
539     LiveFunctions.insert(&F);
540     // Mark all arguments as live.
541     for (unsigned i = 0, e = F.arg_size(); i != e; ++i)
542       PropagateLiveness(CreateArg(&F, i));
543     // Mark all return values as live.
544     for (unsigned i = 0, e = NumRetVals(&F); i != e; ++i)
545       PropagateLiveness(CreateRet(&F, i));
546 }
547
548 /// MarkLive - Mark the given return value or argument as live. Additionally,
549 /// mark any values that are used by this value (according to Uses) live as
550 /// well.
551 void DAE::MarkLive(const RetOrArg &RA) {
552   if (LiveFunctions.count(RA.F))
553     return; // Function was already marked Live.
554
555   if (!LiveValues.insert(RA).second)
556     return; // We were already marked Live.
557
558   DOUT << "DAE - Marking " << RA.getDescription() << " live\n";
559   PropagateLiveness(RA);
560 }
561
562 /// PropagateLiveness - Given that RA is a live value, propagate it's liveness
563 /// to any other values it uses (according to Uses).
564 void DAE::PropagateLiveness(const RetOrArg &RA) {
565   // We don't use upper_bound (or equal_range) here, because our recursive call
566   // to ourselves is likely to cause the upper_bound (which is the first value
567   // not belonging to RA) to become erased and the iterator invalidated.
568   UseMap::iterator Begin = Uses.lower_bound(RA);
569   UseMap::iterator E = Uses.end();
570   UseMap::iterator I;
571   for (I = Begin; I != E && I->first == RA; ++I)
572     MarkLive(I->second);
573
574   // Erase RA from the Uses map (from the lower bound to wherever we ended up
575   // after the loop).
576   Uses.erase(Begin, I);
577 }
578
579 // RemoveDeadStuffFromFunction - Remove any arguments and return values from F
580 // that are not in LiveValues. Transform the function and all of the callees of
581 // the function to not have these arguments and return values.
582 //
583 bool DAE::RemoveDeadStuffFromFunction(Function *F) {
584   // Don't modify fully live functions
585   if (LiveFunctions.count(F))
586     return false;
587
588   // Start by computing a new prototype for the function, which is the same as
589   // the old function, but has fewer arguments and a different return type.
590   const FunctionType *FTy = F->getFunctionType();
591   std::vector<const Type*> Params;
592
593   // Set up to build a new list of parameter attributes.
594   SmallVector<AttributeWithIndex, 8> AttributesVec;
595   const AttrListPtr &PAL = F->getAttributes();
596
597   // The existing function return attributes.
598   Attributes RAttrs = PAL.getRetAttributes();
599   Attributes FnAttrs = PAL.getFnAttributes();
600
601   // Find out the new return value.
602
603   const Type *RetTy = FTy->getReturnType();
604   const Type *NRetTy = NULL;
605   unsigned RetCount = NumRetVals(F);
606   // -1 means unused, other numbers are the new index
607   SmallVector<int, 5> NewRetIdxs(RetCount, -1);
608   std::vector<const Type*> RetTypes;
609   if (RetTy == Type::VoidTy) {
610     NRetTy = Type::VoidTy;
611   } else {
612     const StructType *STy = dyn_cast<StructType>(RetTy);
613     if (STy)
614       // Look at each of the original return values individually.
615       for (unsigned i = 0; i != RetCount; ++i) {
616         RetOrArg Ret = CreateRet(F, i);
617         if (LiveValues.erase(Ret)) {
618           RetTypes.push_back(STy->getElementType(i));
619           NewRetIdxs[i] = RetTypes.size() - 1;
620         } else {
621           ++NumRetValsEliminated;
622           DOUT << "DAE - Removing return value " << i << " from "
623                << F->getNameStart() << "\n";
624         }
625       }
626     else
627       // We used to return a single value.
628       if (LiveValues.erase(CreateRet(F, 0))) {
629         RetTypes.push_back(RetTy);
630         NewRetIdxs[0] = 0;
631       } else {
632         DOUT << "DAE - Removing return value from " << F->getNameStart()
633              << "\n";
634         ++NumRetValsEliminated;
635       }
636     if (RetTypes.size() > 1)
637       // More than one return type? Return a struct with them. Also, if we used
638       // to return a struct and didn't change the number of return values,
639       // return a struct again. This prevents changing {something} into
640       // something and {} into void.
641       // Make the new struct packed if we used to return a packed struct
642       // already.
643       NRetTy = StructType::get(RetTypes, STy->isPacked());
644     else if (RetTypes.size() == 1)
645       // One return type? Just a simple value then, but only if we didn't use to
646       // return a struct with that simple value before.
647       NRetTy = RetTypes.front();
648     else if (RetTypes.size() == 0)
649       // No return types? Make it void, but only if we didn't use to return {}.
650       NRetTy = Type::VoidTy;
651   }
652
653   assert(NRetTy && "No new return type found?");
654
655   // Remove any incompatible attributes, but only if we removed all return
656   // values. Otherwise, ensure that we don't have any conflicting attributes
657   // here. Currently, this should not be possible, but special handling might be
658   // required when new return value attributes are added.
659   if (NRetTy == Type::VoidTy)
660     RAttrs &= ~Attribute::typeIncompatible(NRetTy);
661   else
662     assert((RAttrs & Attribute::typeIncompatible(NRetTy)) == 0 
663            && "Return attributes no longer compatible?");
664
665   if (RAttrs)
666     AttributesVec.push_back(AttributeWithIndex::get(0, RAttrs));
667
668   // Remember which arguments are still alive.
669   SmallVector<bool, 10> ArgAlive(FTy->getNumParams(), false);
670   // Construct the new parameter list from non-dead arguments. Also construct
671   // a new set of parameter attributes to correspond. Skip the first parameter
672   // attribute, since that belongs to the return value.
673   unsigned i = 0;
674   for (Function::arg_iterator I = F->arg_begin(), E = F->arg_end();
675        I != E; ++I, ++i) {
676     RetOrArg Arg = CreateArg(F, i);
677     if (LiveValues.erase(Arg)) {
678       Params.push_back(I->getType());
679       ArgAlive[i] = true;
680
681       // Get the original parameter attributes (skipping the first one, that is
682       // for the return value.
683       if (Attributes Attrs = PAL.getParamAttributes(i + 1))
684         AttributesVec.push_back(AttributeWithIndex::get(Params.size(), Attrs));
685     } else {
686       ++NumArgumentsEliminated;
687       DOUT << "DAE - Removing argument " << i << " (" << I->getNameStart()
688            << ") from " << F->getNameStart() << "\n";
689     }
690   }
691
692   if (FnAttrs != Attribute::None) 
693     AttributesVec.push_back(AttributeWithIndex::get(~0, FnAttrs));
694
695   // Reconstruct the AttributesList based on the vector we constructed.
696   AttrListPtr NewPAL = AttrListPtr::get(AttributesVec.begin(), AttributesVec.end());
697
698   // Work around LLVM bug PR56: the CWriter cannot emit varargs functions which
699   // have zero fixed arguments.
700   //
701   // Note that we apply this hack for a vararg fuction that does not have any
702   // arguments anymore, but did have them before (so don't bother fixing
703   // functions that were already broken wrt CWriter).
704   bool ExtraArgHack = false;
705   if (Params.empty() && FTy->isVarArg() && FTy->getNumParams() != 0) {
706     ExtraArgHack = true;
707     Params.push_back(Type::Int32Ty);
708   }
709
710   // Create the new function type based on the recomputed parameters.
711   FunctionType *NFTy = FunctionType::get(NRetTy, Params, FTy->isVarArg());
712
713   // No change?
714   if (NFTy == FTy)
715     return false;
716
717   // Create the new function body and insert it into the module...
718   Function *NF = Function::Create(NFTy, F->getLinkage());
719   NF->copyAttributesFrom(F);
720   NF->setAttributes(NewPAL);
721   // Insert the new function before the old function, so we won't be processing
722   // it again.
723   F->getParent()->getFunctionList().insert(F, NF);
724   NF->takeName(F);
725
726   // Loop over all of the callers of the function, transforming the call sites
727   // to pass in a smaller number of arguments into the new function.
728   //
729   std::vector<Value*> Args;
730   while (!F->use_empty()) {
731     CallSite CS = CallSite::get(F->use_back());
732     Instruction *Call = CS.getInstruction();
733
734     AttributesVec.clear();
735     const AttrListPtr &CallPAL = CS.getAttributes();
736
737     // The call return attributes.
738     Attributes RAttrs = CallPAL.getRetAttributes();
739     Attributes FnAttrs = CallPAL.getFnAttributes();
740     // Adjust in case the function was changed to return void.
741     RAttrs &= ~Attribute::typeIncompatible(NF->getReturnType());
742     if (RAttrs)
743       AttributesVec.push_back(AttributeWithIndex::get(0, RAttrs));
744
745     // Declare these outside of the loops, so we can reuse them for the second
746     // loop, which loops the varargs.
747     CallSite::arg_iterator I = CS.arg_begin();
748     unsigned i = 0;
749     // Loop over those operands, corresponding to the normal arguments to the
750     // original function, and add those that are still alive.
751     for (unsigned e = FTy->getNumParams(); i != e; ++I, ++i)
752       if (ArgAlive[i]) {
753         Args.push_back(*I);
754         // Get original parameter attributes, but skip return attributes.
755         if (Attributes Attrs = CallPAL.getParamAttributes(i + 1))
756           AttributesVec.push_back(AttributeWithIndex::get(Args.size(), Attrs));
757       }
758
759     if (ExtraArgHack)
760       Args.push_back(UndefValue::get(Type::Int32Ty));
761
762     // Push any varargs arguments on the list. Don't forget their attributes.
763     for (CallSite::arg_iterator E = CS.arg_end(); I != E; ++I, ++i) {
764       Args.push_back(*I);
765       if (Attributes Attrs = CallPAL.getParamAttributes(i + 1))
766         AttributesVec.push_back(AttributeWithIndex::get(Args.size(), Attrs));
767     }
768
769     if (FnAttrs != Attribute::None)
770       AttributesVec.push_back(AttributeWithIndex::get(~0, FnAttrs));
771
772     // Reconstruct the AttributesList based on the vector we constructed.
773     AttrListPtr NewCallPAL = AttrListPtr::get(AttributesVec.begin(),
774                                               AttributesVec.end());
775
776     Instruction *New;
777     if (InvokeInst *II = dyn_cast<InvokeInst>(Call)) {
778       New = InvokeInst::Create(NF, II->getNormalDest(), II->getUnwindDest(),
779                                Args.begin(), Args.end(), "", Call);
780       cast<InvokeInst>(New)->setCallingConv(CS.getCallingConv());
781       cast<InvokeInst>(New)->setAttributes(NewCallPAL);
782     } else {
783       New = CallInst::Create(NF, Args.begin(), Args.end(), "", Call);
784       cast<CallInst>(New)->setCallingConv(CS.getCallingConv());
785       cast<CallInst>(New)->setAttributes(NewCallPAL);
786       if (cast<CallInst>(Call)->isTailCall())
787         cast<CallInst>(New)->setTailCall();
788     }
789     Args.clear();
790
791     if (!Call->use_empty()) {
792       if (New->getType() == Call->getType()) {
793         // Return type not changed? Just replace users then.
794         Call->replaceAllUsesWith(New);
795         New->takeName(Call);
796       } else if (New->getType() == Type::VoidTy) {
797         // Our return value has uses, but they will get removed later on.
798         // Replace by null for now.
799         Call->replaceAllUsesWith(Constant::getNullValue(Call->getType()));
800       } else {
801         assert(isa<StructType>(RetTy) && "Return type changed, but not into a"
802                                          "void. The old return type must have"
803                                          "been a struct!");
804         // We used to return a struct. Instead of doing smart stuff with all the
805         // uses of this struct, we will just rebuild it using
806         // extract/insertvalue chaining and let instcombine clean that up.
807         //
808         // Start out building up our return value from undef
809         Value *RetVal = llvm::UndefValue::get(RetTy);
810         for (unsigned i = 0; i != RetCount; ++i)
811           if (NewRetIdxs[i] != -1) {
812             Value *V;
813             if (RetTypes.size() > 1)
814               // We are still returning a struct, so extract the value from our
815               // return value
816               V = ExtractValueInst::Create(New, NewRetIdxs[i], "newret", Call);
817             else
818               // We are now returning a single element, so just insert that
819               V = New;
820             // Insert the value at the old position
821             RetVal = InsertValueInst::Create(RetVal, V, i, "oldret", Call);
822           }
823         // Now, replace all uses of the old call instruction with the return
824         // struct we built
825         Call->replaceAllUsesWith(RetVal);
826         New->takeName(Call);
827       }
828     }
829
830     // Finally, remove the old call from the program, reducing the use-count of
831     // F.
832     Call->eraseFromParent();
833   }
834
835   // Since we have now created the new function, splice the body of the old
836   // function right into the new function, leaving the old rotting hulk of the
837   // function empty.
838   NF->getBasicBlockList().splice(NF->begin(), F->getBasicBlockList());
839
840   // Loop over the argument list, transfering uses of the old arguments over to
841   // the new arguments, also transfering over the names as well.
842   i = 0;
843   for (Function::arg_iterator I = F->arg_begin(), E = F->arg_end(),
844        I2 = NF->arg_begin(); I != E; ++I, ++i)
845     if (ArgAlive[i]) {
846       // If this is a live argument, move the name and users over to the new
847       // version.
848       I->replaceAllUsesWith(I2);
849       I2->takeName(I);
850       ++I2;
851     } else {
852       // If this argument is dead, replace any uses of it with null constants
853       // (these are guaranteed to become unused later on).
854       I->replaceAllUsesWith(Constant::getNullValue(I->getType()));
855     }
856
857   // If we change the return value of the function we must rewrite any return
858   // instructions.  Check this now.
859   if (F->getReturnType() != NF->getReturnType())
860     for (Function::iterator BB = NF->begin(), E = NF->end(); BB != E; ++BB)
861       if (ReturnInst *RI = dyn_cast<ReturnInst>(BB->getTerminator())) {
862         Value *RetVal;
863
864         if (NFTy->getReturnType() == Type::VoidTy) {
865           RetVal = 0;
866         } else {
867           assert (isa<StructType>(RetTy));
868           // The original return value was a struct, insert
869           // extractvalue/insertvalue chains to extract only the values we need
870           // to return and insert them into our new result.
871           // This does generate messy code, but we'll let it to instcombine to
872           // clean that up.
873           Value *OldRet = RI->getOperand(0);
874           // Start out building up our return value from undef
875           RetVal = llvm::UndefValue::get(NRetTy);
876           for (unsigned i = 0; i != RetCount; ++i)
877             if (NewRetIdxs[i] != -1) {
878               ExtractValueInst *EV = ExtractValueInst::Create(OldRet, i,
879                                                               "oldret", RI);
880               if (RetTypes.size() > 1) {
881                 // We're still returning a struct, so reinsert the value into
882                 // our new return value at the new index
883
884                 RetVal = InsertValueInst::Create(RetVal, EV, NewRetIdxs[i],
885                                                  "newret", RI);
886               } else {
887                 // We are now only returning a simple value, so just return the
888                 // extracted value.
889                 RetVal = EV;
890               }
891             }
892         }
893         // Replace the return instruction with one returning the new return
894         // value (possibly 0 if we became void).
895         ReturnInst::Create(RetVal, RI);
896         BB->getInstList().erase(RI);
897       }
898
899   // Now that the old function is dead, delete it.
900   F->eraseFromParent();
901
902   return true;
903 }
904
905 bool DAE::runOnModule(Module &M) {
906   bool Changed = false;
907
908   // First pass: Do a simple check to see if any functions can have their "..."
909   // removed.  We can do this if they never call va_start.  This loop cannot be
910   // fused with the next loop, because deleting a function invalidates
911   // information computed while surveying other functions.
912   DOUT << "DAE - Deleting dead varargs\n";
913   for (Module::iterator I = M.begin(), E = M.end(); I != E; ) {
914     Function &F = *I++;
915     if (F.getFunctionType()->isVarArg())
916       Changed |= DeleteDeadVarargs(F);
917   }
918
919   // Second phase:loop through the module, determining which arguments are live.
920   // We assume all arguments are dead unless proven otherwise (allowing us to
921   // determine that dead arguments passed into recursive functions are dead).
922   //
923   DOUT << "DAE - Determining liveness\n";
924   for (Module::iterator I = M.begin(), E = M.end(); I != E; ++I)
925     SurveyFunction(*I);
926   
927   // Now, remove all dead arguments and return values from each function in
928   // turn
929   for (Module::iterator I = M.begin(), E = M.end(); I != E; ) {
930     // Increment now, because the function will probably get removed (ie
931     // replaced by a new one).
932     Function *F = I++;
933     Changed |= RemoveDeadStuffFromFunction(F);
934   }
935   return Changed;
936 }