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