945eb909e50810e0df7cea98dcdeb2c4957ceb8b
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / IPO / SimplifyLibCalls.cpp
1 //===- SimplifyLibCalls.cpp - Optimize specific well-known library calls --===//
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 file implements a module pass that applies a variety of small
11 // optimizations for calls to specific well-known function calls (e.g. runtime
12 // library functions). For example, a call to the function "exit(3)" that
13 // occurs within the main() function can be transformed into a simple "return 3"
14 // instruction. Any optimization that takes this form (replace call to library
15 // function with simpler code that provides the same result) belongs in this
16 // file.
17 //
18 //===----------------------------------------------------------------------===//
19
20 #define DEBUG_TYPE "simplify-libcalls"
21 #include "llvm/Constants.h"
22 #include "llvm/DerivedTypes.h"
23 #include "llvm/Instructions.h"
24 #include "llvm/Module.h"
25 #include "llvm/Pass.h"
26 #include "llvm/ADT/StringMap.h"
27 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
28 #include "llvm/Config/config.h"
29 #include "llvm/Support/Compiler.h"
30 #include "llvm/Support/Debug.h"
31 #include "llvm/Target/TargetData.h"
32 #include "llvm/Transforms/IPO.h"
33 #include <cstring>
34 using namespace llvm;
35
36 /// This statistic keeps track of the total number of library calls that have
37 /// been simplified regardless of which call it is.
38 STATISTIC(SimplifiedLibCalls, "Number of library calls simplified");
39
40 namespace {
41   // Forward declarations
42   class LibCallOptimization;
43   class SimplifyLibCalls;
44   
45 /// This list is populated by the constructor for LibCallOptimization class.
46 /// Therefore all subclasses are registered here at static initialization time
47 /// and this list is what the SimplifyLibCalls pass uses to apply the individual
48 /// optimizations to the call sites.
49 /// @brief The list of optimizations deriving from LibCallOptimization
50 static LibCallOptimization *OptList = 0;
51
52 /// This class is the abstract base class for the set of optimizations that
53 /// corresponds to one library call. The SimplifyLibCalls pass will call the
54 /// ValidateCalledFunction method to ask the optimization if a given Function
55 /// is the kind that the optimization can handle. If the subclass returns true,
56 /// then SImplifyLibCalls will also call the OptimizeCall method to perform,
57 /// or attempt to perform, the optimization(s) for the library call. Otherwise,
58 /// OptimizeCall won't be called. Subclasses are responsible for providing the
59 /// name of the library call (strlen, strcpy, etc.) to the LibCallOptimization
60 /// constructor. This is used to efficiently select which call instructions to
61 /// optimize. The criteria for a "lib call" is "anything with well known
62 /// semantics", typically a library function that is defined by an international
63 /// standard. Because the semantics are well known, the optimizations can
64 /// generally short-circuit actually calling the function if there's a simpler
65 /// way (e.g. strlen(X) can be reduced to a constant if X is a constant global).
66 /// @brief Base class for library call optimizations
67 class VISIBILITY_HIDDEN LibCallOptimization {
68   LibCallOptimization **Prev, *Next;
69   const char *FunctionName; ///< Name of the library call we optimize
70 #ifndef NDEBUG
71   Statistic occurrences; ///< debug statistic (-debug-only=simplify-libcalls)
72 #endif
73 public:
74   /// The \p fname argument must be the name of the library function being
75   /// optimized by the subclass.
76   /// @brief Constructor that registers the optimization.
77   LibCallOptimization(const char *FName, const char *Description)
78     : FunctionName(FName) {
79       
80 #ifndef NDEBUG
81     occurrences.construct("simplify-libcalls", Description);
82 #endif
83     // Register this optimizer in the list of optimizations.
84     Next = OptList;
85     OptList = this;
86     Prev = &OptList;
87     if (Next) Next->Prev = &Next;
88   }
89   
90   /// getNext - All libcall optimizations are chained together into a list,
91   /// return the next one in the list.
92   LibCallOptimization *getNext() { return Next; }
93
94   /// @brief Deregister from the optlist
95   virtual ~LibCallOptimization() {
96     *Prev = Next;
97     if (Next) Next->Prev = Prev;
98   }
99
100   /// The implementation of this function in subclasses should determine if
101   /// \p F is suitable for the optimization. This method is called by
102   /// SimplifyLibCalls::runOnModule to short circuit visiting all the call
103   /// sites of such a function if that function is not suitable in the first
104   /// place.  If the called function is suitabe, this method should return true;
105   /// false, otherwise. This function should also perform any lazy
106   /// initialization that the LibCallOptimization needs to do, if its to return
107   /// true. This avoids doing initialization until the optimizer is actually
108   /// going to be called upon to do some optimization.
109   /// @brief Determine if the function is suitable for optimization
110   virtual bool ValidateCalledFunction(
111     const Function* F,    ///< The function that is the target of call sites
112     SimplifyLibCalls& SLC ///< The pass object invoking us
113   ) = 0;
114
115   /// The implementations of this function in subclasses is the heart of the
116   /// SimplifyLibCalls algorithm. Sublcasses of this class implement
117   /// OptimizeCall to determine if (a) the conditions are right for optimizing
118   /// the call and (b) to perform the optimization. If an action is taken
119   /// against ci, the subclass is responsible for returning true and ensuring
120   /// that ci is erased from its parent.
121   /// @brief Optimize a call, if possible.
122   virtual bool OptimizeCall(
123     CallInst* ci,          ///< The call instruction that should be optimized.
124     SimplifyLibCalls& SLC  ///< The pass object invoking us
125   ) = 0;
126
127   /// @brief Get the name of the library call being optimized
128   const char *getFunctionName() const { return FunctionName; }
129
130   bool ReplaceCallWith(CallInst *CI, Value *V) {
131     if (!CI->use_empty())
132       CI->replaceAllUsesWith(V);
133     CI->eraseFromParent();
134     return true;
135   }
136   
137   /// @brief Called by SimplifyLibCalls to update the occurrences statistic.
138   void succeeded() {
139 #ifndef NDEBUG
140     DEBUG(++occurrences);
141 #endif
142   }
143 };
144
145 /// This class is an LLVM Pass that applies each of the LibCallOptimization
146 /// instances to all the call sites in a module, relatively efficiently. The
147 /// purpose of this pass is to provide optimizations for calls to well-known
148 /// functions with well-known semantics, such as those in the c library. The
149 /// class provides the basic infrastructure for handling runOnModule.  Whenever
150 /// this pass finds a function call, it asks the appropriate optimizer to
151 /// validate the call (ValidateLibraryCall). If it is validated, then
152 /// the OptimizeCall method is also called.
153 /// @brief A ModulePass for optimizing well-known function calls.
154 class VISIBILITY_HIDDEN SimplifyLibCalls : public ModulePass {
155 public:
156   static char ID; // Pass identification, replacement for typeid
157   SimplifyLibCalls() : ModulePass((intptr_t)&ID) {}
158
159   /// We need some target data for accurate signature details that are
160   /// target dependent. So we require target data in our AnalysisUsage.
161   /// @brief Require TargetData from AnalysisUsage.
162   virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage& Info) const {
163     // Ask that the TargetData analysis be performed before us so we can use
164     // the target data.
165     Info.addRequired<TargetData>();
166   }
167
168   /// For this pass, process all of the function calls in the module, calling
169   /// ValidateLibraryCall and OptimizeCall as appropriate.
170   /// @brief Run all the lib call optimizations on a Module.
171   virtual bool runOnModule(Module &M) {
172     reset(M);
173
174     bool result = false;
175     StringMap<LibCallOptimization*> OptznMap;
176     for (LibCallOptimization *Optzn = OptList; Optzn; Optzn = Optzn->getNext())
177       OptznMap[Optzn->getFunctionName()] = Optzn;
178
179     // The call optimizations can be recursive. That is, the optimization might
180     // generate a call to another function which can also be optimized. This way
181     // we make the LibCallOptimization instances very specific to the case they
182     // handle. It also means we need to keep running over the function calls in
183     // the module until we don't get any more optimizations possible.
184     bool found_optimization = false;
185     do {
186       found_optimization = false;
187       for (Module::iterator FI = M.begin(), FE = M.end(); FI != FE; ++FI) {
188         // All the "well-known" functions are external and have external linkage
189         // because they live in a runtime library somewhere and were (probably)
190         // not compiled by LLVM.  So, we only act on external functions that
191         // have external or dllimport linkage and non-empty uses.
192         if (!FI->isDeclaration() ||
193             !(FI->hasExternalLinkage() || FI->hasDLLImportLinkage()) ||
194             FI->use_empty())
195           continue;
196
197         // Get the optimization class that pertains to this function
198         StringMap<LibCallOptimization*>::iterator OMI =
199           OptznMap.find(FI->getName());
200         if (OMI == OptznMap.end()) continue;
201         
202         LibCallOptimization *CO = OMI->second;
203
204         // Make sure the called function is suitable for the optimization
205         if (!CO->ValidateCalledFunction(FI, *this))
206           continue;
207
208         // Loop over each of the uses of the function
209         for (Value::use_iterator UI = FI->use_begin(), UE = FI->use_end();
210              UI != UE ; ) {
211           // If the use of the function is a call instruction
212           if (CallInst* CI = dyn_cast<CallInst>(*UI++)) {
213             // Do the optimization on the LibCallOptimization.
214             if (CO->OptimizeCall(CI, *this)) {
215               ++SimplifiedLibCalls;
216               found_optimization = result = true;
217               CO->succeeded();
218             }
219           }
220         }
221       }
222     } while (found_optimization);
223     
224     return result;
225   }
226
227   /// @brief Return the *current* module we're working on.
228   Module* getModule() const { return M; }
229
230   /// @brief Return the *current* target data for the module we're working on.
231   TargetData* getTargetData() const { return TD; }
232
233   /// @brief Return the size_t type -- syntactic shortcut
234   const Type* getIntPtrType() const { return TD->getIntPtrType(); }
235
236   /// @brief Return a Function* for the putchar libcall
237   Constant *get_putchar() {
238     if (!putchar_func)
239       putchar_func = 
240         M->getOrInsertFunction("putchar", Type::Int32Ty, Type::Int32Ty, NULL);
241     return putchar_func;
242   }
243
244   /// @brief Return a Function* for the puts libcall
245   Constant *get_puts() {
246     if (!puts_func)
247       puts_func = M->getOrInsertFunction("puts", Type::Int32Ty,
248                                          PointerType::getUnqual(Type::Int8Ty),
249                                          NULL);
250     return puts_func;
251   }
252
253   /// @brief Return a Function* for the fputc libcall
254   Constant *get_fputc(const Type* FILEptr_type) {
255     if (!fputc_func)
256       fputc_func = M->getOrInsertFunction("fputc", Type::Int32Ty, Type::Int32Ty,
257                                           FILEptr_type, NULL);
258     return fputc_func;
259   }
260
261   /// @brief Return a Function* for the fputs libcall
262   Constant *get_fputs(const Type* FILEptr_type) {
263     if (!fputs_func)
264       fputs_func = M->getOrInsertFunction("fputs", Type::Int32Ty,
265                                           PointerType::getUnqual(Type::Int8Ty),
266                                           FILEptr_type, NULL);
267     return fputs_func;
268   }
269
270   /// @brief Return a Function* for the fwrite libcall
271   Constant *get_fwrite(const Type* FILEptr_type) {
272     if (!fwrite_func)
273       fwrite_func = M->getOrInsertFunction("fwrite", TD->getIntPtrType(),
274                                            PointerType::getUnqual(Type::Int8Ty),
275                                            TD->getIntPtrType(),
276                                            TD->getIntPtrType(),
277                                            FILEptr_type, NULL);
278     return fwrite_func;
279   }
280
281   /// @brief Return a Function* for the sqrt libcall
282   Constant *get_sqrt() {
283     if (!sqrt_func)
284       sqrt_func = M->getOrInsertFunction("sqrt", Type::DoubleTy, 
285                                          Type::DoubleTy, NULL);
286     return sqrt_func;
287   }
288
289   /// @brief Return a Function* for the strcpy libcall
290   Constant *get_strcpy() {
291     if (!strcpy_func)
292       strcpy_func = M->getOrInsertFunction("strcpy",
293                                            PointerType::getUnqual(Type::Int8Ty),
294                                            PointerType::getUnqual(Type::Int8Ty),
295                                            PointerType::getUnqual(Type::Int8Ty),
296                                            NULL);
297     return strcpy_func;
298   }
299
300   /// @brief Return a Function* for the strlen libcall
301   Constant *get_strlen() {
302     if (!strlen_func)
303       strlen_func = M->getOrInsertFunction("strlen", TD->getIntPtrType(),
304                                            PointerType::getUnqual(Type::Int8Ty),
305                                            NULL);
306     return strlen_func;
307   }
308
309   /// @brief Return a Function* for the memchr libcall
310   Constant *get_memchr() {
311     if (!memchr_func)
312       memchr_func = M->getOrInsertFunction("memchr",
313                                            PointerType::getUnqual(Type::Int8Ty),
314                                            PointerType::getUnqual(Type::Int8Ty),
315                                            Type::Int32Ty, TD->getIntPtrType(),
316                                            NULL);
317     return memchr_func;
318   }
319
320   /// @brief Return a Function* for the memcpy libcall
321   Constant *get_memcpy() {
322     if (!memcpy_func) {
323       const Type *SBP = PointerType::getUnqual(Type::Int8Ty);
324       const char *N = TD->getIntPtrType() == Type::Int32Ty ?
325                             "llvm.memcpy.i32" : "llvm.memcpy.i64";
326       memcpy_func = M->getOrInsertFunction(N, Type::VoidTy, SBP, SBP,
327                                            TD->getIntPtrType(), Type::Int32Ty,
328                                            NULL);
329     }
330     return memcpy_func;
331   }
332
333   Constant *getUnaryFloatFunction(const char *Name, Constant *&Cache) {
334     if (!Cache)
335       Cache = M->getOrInsertFunction(Name, Type::FloatTy, Type::FloatTy, NULL);
336     return Cache;
337   }
338   
339   Constant *get_floorf() { return getUnaryFloatFunction("floorf", floorf_func);}
340   Constant *get_ceilf()  { return getUnaryFloatFunction( "ceilf",  ceilf_func);}
341   Constant *get_roundf() { return getUnaryFloatFunction("roundf", roundf_func);}
342   Constant *get_rintf()  { return getUnaryFloatFunction( "rintf",  rintf_func);}
343   Constant *get_nearbyintf() { return getUnaryFloatFunction("nearbyintf",
344                                                             nearbyintf_func); }
345 private:
346   /// @brief Reset our cached data for a new Module
347   void reset(Module& mod) {
348     M = &mod;
349     TD = &getAnalysis<TargetData>();
350     putchar_func = 0;
351     puts_func = 0;
352     fputc_func = 0;
353     fputs_func = 0;
354     fwrite_func = 0;
355     memcpy_func = 0;
356     memchr_func = 0;
357     sqrt_func   = 0;
358     strcpy_func = 0;
359     strlen_func = 0;
360     floorf_func = 0;
361     ceilf_func = 0;
362     roundf_func = 0;
363     rintf_func = 0;
364     nearbyintf_func = 0;
365   }
366
367 private:
368   /// Caches for function pointers.
369   Constant *putchar_func, *puts_func;
370   Constant *fputc_func, *fputs_func, *fwrite_func;
371   Constant *memcpy_func, *memchr_func;
372   Constant *sqrt_func;
373   Constant *strcpy_func, *strlen_func;
374   Constant *floorf_func, *ceilf_func, *roundf_func;
375   Constant *rintf_func, *nearbyintf_func;
376   Module *M;             ///< Cached Module
377   TargetData *TD;        ///< Cached TargetData
378 };
379
380 char SimplifyLibCalls::ID = 0;
381 // Register the pass
382 RegisterPass<SimplifyLibCalls>
383 X("simplify-libcalls", "Simplify well-known library calls");
384
385 } // anonymous namespace
386
387 // The only public symbol in this file which just instantiates the pass object
388 ModulePass *llvm::createSimplifyLibCallsPass() {
389   return new SimplifyLibCalls();
390 }
391
392 // Classes below here, in the anonymous namespace, are all subclasses of the
393 // LibCallOptimization class, each implementing all optimizations possible for a
394 // single well-known library call. Each has a static singleton instance that
395 // auto registers it into the "optlist" global above.
396 namespace {
397
398 // Forward declare utility functions.
399 static bool GetConstantStringInfo(Value *V, std::string &Str);
400 static Value *CastToCStr(Value *V, Instruction *IP);
401
402 /// This LibCallOptimization will find instances of a call to "exit" that occurs
403 /// within the "main" function and change it to a simple "ret" instruction with
404 /// the same value passed to the exit function. When this is done, it splits the
405 /// basic block at the exit(3) call and deletes the call instruction.
406 /// @brief Replace calls to exit in main with a simple return
407 struct VISIBILITY_HIDDEN ExitInMainOptimization : public LibCallOptimization {
408   ExitInMainOptimization() : LibCallOptimization("exit",
409       "Number of 'exit' calls simplified") {}
410
411   // Make sure the called function looks like exit (int argument, int return
412   // type, external linkage, not varargs).
413   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function *F, SimplifyLibCalls &SLC){
414     return F->arg_size() >= 1 && F->arg_begin()->getType()->isInteger();
415   }
416
417   virtual bool OptimizeCall(CallInst* ci, SimplifyLibCalls& SLC) {
418     // To be careful, we check that the call to exit is coming from "main", that
419     // main has external linkage, and the return type of main and the argument
420     // to exit have the same type.
421     Function *from = ci->getParent()->getParent();
422     if (from->hasExternalLinkage())
423       if (from->getReturnType() == ci->getOperand(1)->getType()
424           && !isa<StructType>(from->getReturnType()))
425         if (from->getName() == "main") {
426           // Okay, time to actually do the optimization. First, get the basic
427           // block of the call instruction
428           BasicBlock* bb = ci->getParent();
429
430           // Create a return instruction that we'll replace the call with.
431           // Note that the argument of the return is the argument of the call
432           // instruction.
433           new ReturnInst(ci->getOperand(1), ci);
434
435           // Split the block at the call instruction which places it in a new
436           // basic block.
437           bb->splitBasicBlock(ci);
438
439           // The block split caused a branch instruction to be inserted into
440           // the end of the original block, right after the return instruction
441           // that we put there. That's not a valid block, so delete the branch
442           // instruction.
443           bb->getInstList().pop_back();
444
445           // Now we can finally get rid of the call instruction which now lives
446           // in the new basic block.
447           ci->eraseFromParent();
448
449           // Optimization succeeded, return true.
450           return true;
451         }
452     // We didn't pass the criteria for this optimization so return false
453     return false;
454   }
455 } ExitInMainOptimizer;
456
457 /// This LibCallOptimization will simplify a call to the strcat library
458 /// function. The simplification is possible only if the string being
459 /// concatenated is a constant array or a constant expression that results in
460 /// a constant string. In this case we can replace it with strlen + llvm.memcpy
461 /// of the constant string. Both of these calls are further reduced, if possible
462 /// on subsequent passes.
463 /// @brief Simplify the strcat library function.
464 struct VISIBILITY_HIDDEN StrCatOptimization : public LibCallOptimization {
465 public:
466   /// @brief Default constructor
467   StrCatOptimization() : LibCallOptimization("strcat",
468       "Number of 'strcat' calls simplified") {}
469
470 public:
471
472   /// @brief Make sure that the "strcat" function has the right prototype
473   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function *F, SimplifyLibCalls &SLC){
474     const FunctionType *FT = F->getFunctionType();
475     return FT->getNumParams() == 2 &&
476            FT->getReturnType() == PointerType::getUnqual(Type::Int8Ty) &&
477            FT->getParamType(0) == FT->getReturnType() &&
478            FT->getParamType(1) == FT->getReturnType();
479   }
480
481   /// @brief Optimize the strcat library function
482   virtual bool OptimizeCall(CallInst *CI, SimplifyLibCalls &SLC) {
483     // Extract some information from the instruction
484     Value *Dst = CI->getOperand(1);
485     Value *Src = CI->getOperand(2);
486
487     // Extract the initializer (while making numerous checks) from the
488     // source operand of the call to strcat.
489     std::string SrcStr;
490     if (!GetConstantStringInfo(Src, SrcStr))
491       return false;
492
493     // Handle the simple, do-nothing case
494     if (SrcStr.empty())
495       return ReplaceCallWith(CI, Dst);
496
497     // We need to find the end of the destination string.  That's where the
498     // memory is to be moved to. We just generate a call to strlen.
499     CallInst *DstLen = new CallInst(SLC.get_strlen(), Dst,
500                                     Dst->getName()+".len", CI);
501
502     // Now that we have the destination's length, we must index into the
503     // destination's pointer to get the actual memcpy destination (end of
504     // the string .. we're concatenating).
505     Dst = new GetElementPtrInst(Dst, DstLen, Dst->getName()+".indexed", CI);
506
507     // We have enough information to now generate the memcpy call to
508     // do the concatenation for us.
509     Value *Vals[] = {
510       Dst, Src,
511       ConstantInt::get(SLC.getIntPtrType(), SrcStr.size()+1), // copy nul byte.
512       ConstantInt::get(Type::Int32Ty, 1)  // alignment
513     };
514     new CallInst(SLC.get_memcpy(), Vals, Vals + 4, "", CI);
515
516     return ReplaceCallWith(CI, Dst);
517   }
518 } StrCatOptimizer;
519
520 /// This LibCallOptimization will simplify a call to the strchr library
521 /// function.  It optimizes out cases where the arguments are both constant
522 /// and the result can be determined statically.
523 /// @brief Simplify the strcmp library function.
524 struct VISIBILITY_HIDDEN StrChrOptimization : public LibCallOptimization {
525 public:
526   StrChrOptimization() : LibCallOptimization("strchr",
527       "Number of 'strchr' calls simplified") {}
528
529   /// @brief Make sure that the "strchr" function has the right prototype
530   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function *F, SimplifyLibCalls &SLC){
531     const FunctionType *FT = F->getFunctionType();
532     return FT->getNumParams() == 2 &&
533            FT->getReturnType() == PointerType::getUnqual(Type::Int8Ty) &&
534            FT->getParamType(0) == FT->getReturnType() &&
535            isa<IntegerType>(FT->getParamType(1));
536   }
537
538   /// @brief Perform the strchr optimizations
539   virtual bool OptimizeCall(CallInst *CI, SimplifyLibCalls &SLC) {
540     // Check that the first argument to strchr is a constant array of sbyte.
541     std::string Str;
542     if (!GetConstantStringInfo(CI->getOperand(1), Str))
543       return false;
544
545     // If the second operand is not constant, just lower this to memchr since we
546     // know the length of the input string.
547     ConstantInt *CSI = dyn_cast<ConstantInt>(CI->getOperand(2));
548     if (!CSI) {
549       Value *Args[3] = {
550         CI->getOperand(1),
551         CI->getOperand(2),
552         ConstantInt::get(SLC.getIntPtrType(), Str.size()+1)
553       };
554       return ReplaceCallWith(CI, new CallInst(SLC.get_memchr(), Args, Args + 3,
555                                               CI->getName(), CI));
556     }
557
558     // strchr can find the nul character.
559     Str += '\0';
560     
561     // Get the character we're looking for
562     char CharValue = CSI->getSExtValue();
563
564     // Compute the offset
565     uint64_t i = 0;
566     while (1) {
567       if (i == Str.size())    // Didn't find the char.  strchr returns null.
568         return ReplaceCallWith(CI, Constant::getNullValue(CI->getType()));
569       // Did we find our match?
570       if (Str[i] == CharValue)
571         break;
572       ++i;
573     }
574
575     // strchr(s+n,c)  -> gep(s+n+i,c)
576     //    (if c is a constant integer and s is a constant string)
577     Value *Idx = ConstantInt::get(Type::Int64Ty, i);
578     Value *GEP = new GetElementPtrInst(CI->getOperand(1), Idx, 
579                                        CI->getOperand(1)->getName() +
580                                        ".strchr", CI);
581     return ReplaceCallWith(CI, GEP);
582   }
583 } StrChrOptimizer;
584
585 /// This LibCallOptimization will simplify a call to the strcmp library
586 /// function.  It optimizes out cases where one or both arguments are constant
587 /// and the result can be determined statically.
588 /// @brief Simplify the strcmp library function.
589 struct VISIBILITY_HIDDEN StrCmpOptimization : public LibCallOptimization {
590 public:
591   StrCmpOptimization() : LibCallOptimization("strcmp",
592       "Number of 'strcmp' calls simplified") {}
593
594   /// @brief Make sure that the "strcmp" function has the right prototype
595   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function *F, SimplifyLibCalls &SLC){
596     const FunctionType *FT = F->getFunctionType();
597     return FT->getReturnType() == Type::Int32Ty && FT->getNumParams() == 2 &&
598            FT->getParamType(0) == FT->getParamType(1) &&
599            FT->getParamType(0) == PointerType::getUnqual(Type::Int8Ty);
600   }
601
602   /// @brief Perform the strcmp optimization
603   virtual bool OptimizeCall(CallInst *CI, SimplifyLibCalls &SLC) {
604     // First, check to see if src and destination are the same. If they are,
605     // then the optimization is to replace the CallInst with a constant 0
606     // because the call is a no-op.
607     Value *Str1P = CI->getOperand(1);
608     Value *Str2P = CI->getOperand(2);
609     if (Str1P == Str2P)      // strcmp(x,x)  -> 0
610       return ReplaceCallWith(CI, ConstantInt::get(CI->getType(), 0));
611
612     std::string Str1;
613     if (!GetConstantStringInfo(Str1P, Str1))
614       return false;
615     if (Str1.empty()) {
616       // strcmp("", x) -> *x
617       Value *V = new LoadInst(Str2P, CI->getName()+".load", CI);
618       V = new ZExtInst(V, CI->getType(), CI->getName()+".int", CI);
619       return ReplaceCallWith(CI, V);
620     }
621
622     std::string Str2;
623     if (!GetConstantStringInfo(Str2P, Str2))
624       return false;
625     if (Str2.empty()) {
626       // strcmp(x,"") -> *x
627       Value *V = new LoadInst(Str1P, CI->getName()+".load", CI);
628       V = new ZExtInst(V, CI->getType(), CI->getName()+".int", CI);
629       return ReplaceCallWith(CI, V);
630     }
631
632     // strcmp(x, y)  -> cnst  (if both x and y are constant strings)
633     int R = strcmp(Str1.c_str(), Str2.c_str());
634     return ReplaceCallWith(CI, ConstantInt::get(CI->getType(), R));
635   }
636 } StrCmpOptimizer;
637
638 /// This LibCallOptimization will simplify a call to the strncmp library
639 /// function.  It optimizes out cases where one or both arguments are constant
640 /// and the result can be determined statically.
641 /// @brief Simplify the strncmp library function.
642 struct VISIBILITY_HIDDEN StrNCmpOptimization : public LibCallOptimization {
643 public:
644   StrNCmpOptimization() : LibCallOptimization("strncmp",
645       "Number of 'strncmp' calls simplified") {}
646
647   /// @brief Make sure that the "strncmp" function has the right prototype
648   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function *F, SimplifyLibCalls &SLC){
649     const FunctionType *FT = F->getFunctionType();
650     return FT->getReturnType() == Type::Int32Ty && FT->getNumParams() == 3 &&
651            FT->getParamType(0) == FT->getParamType(1) &&
652            FT->getParamType(0) == PointerType::getUnqual(Type::Int8Ty) &&
653            isa<IntegerType>(FT->getParamType(2));
654     return false;
655   }
656
657   /// @brief Perform the strncmp optimization
658   virtual bool OptimizeCall(CallInst *CI, SimplifyLibCalls &SLC) {
659     // First, check to see if src and destination are the same. If they are,
660     // then the optimization is to replace the CallInst with a constant 0
661     // because the call is a no-op.
662     Value *Str1P = CI->getOperand(1);
663     Value *Str2P = CI->getOperand(2);
664     if (Str1P == Str2P)  // strncmp(x,x, n)  -> 0
665       return ReplaceCallWith(CI, ConstantInt::get(CI->getType(), 0));
666     
667     // Check the length argument, if it is Constant zero then the strings are
668     // considered equal.
669     uint64_t Length;
670     if (ConstantInt *LengthArg = dyn_cast<ConstantInt>(CI->getOperand(3)))
671       Length = LengthArg->getZExtValue();
672     else
673       return false;
674     
675     if (Length == 0) // strncmp(x,y,0)   -> 0
676       return ReplaceCallWith(CI, ConstantInt::get(CI->getType(), 0));
677     
678     std::string Str1;
679     if (!GetConstantStringInfo(Str1P, Str1))
680       return false;
681     if (Str1.empty()) {
682       // strncmp("", x, n) -> *x
683       Value *V = new LoadInst(Str2P, CI->getName()+".load", CI);
684       V = new ZExtInst(V, CI->getType(), CI->getName()+".int", CI);
685       return ReplaceCallWith(CI, V);
686     }
687     
688     std::string Str2;
689     if (!GetConstantStringInfo(Str2P, Str2))
690       return false;
691     if (Str2.empty()) {
692       // strncmp(x, "", n) -> *x
693       Value *V = new LoadInst(Str1P, CI->getName()+".load", CI);
694       V = new ZExtInst(V, CI->getType(), CI->getName()+".int", CI);
695       return ReplaceCallWith(CI, V);
696     }
697     
698     // strncmp(x, y, n)  -> cnst  (if both x and y are constant strings)
699     int R = strncmp(Str1.c_str(), Str2.c_str(), Length);
700     return ReplaceCallWith(CI, ConstantInt::get(CI->getType(), R));
701   }
702 } StrNCmpOptimizer;
703
704 /// This LibCallOptimization will simplify a call to the strcpy library
705 /// function.  Two optimizations are possible:
706 /// (1) If src and dest are the same and not volatile, just return dest
707 /// (2) If the src is a constant then we can convert to llvm.memmove
708 /// @brief Simplify the strcpy library function.
709 struct VISIBILITY_HIDDEN StrCpyOptimization : public LibCallOptimization {
710 public:
711   StrCpyOptimization() : LibCallOptimization("strcpy",
712       "Number of 'strcpy' calls simplified") {}
713
714   /// @brief Make sure that the "strcpy" function has the right prototype
715   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function *F, SimplifyLibCalls &SLC){
716     const FunctionType *FT = F->getFunctionType();
717     return FT->getNumParams() == 2 &&
718            FT->getParamType(0) == FT->getParamType(1) &&
719            FT->getReturnType() == FT->getParamType(0) &&
720            FT->getParamType(0) == PointerType::getUnqual(Type::Int8Ty);
721   }
722
723   /// @brief Perform the strcpy optimization
724   virtual bool OptimizeCall(CallInst *CI, SimplifyLibCalls &SLC) {
725     // First, check to see if src and destination are the same. If they are,
726     // then the optimization is to replace the CallInst with the destination
727     // because the call is a no-op. Note that this corresponds to the
728     // degenerate strcpy(X,X) case which should have "undefined" results
729     // according to the C specification. However, it occurs sometimes and
730     // we optimize it as a no-op.
731     Value *Dst = CI->getOperand(1);
732     Value *Src = CI->getOperand(2);
733     if (Dst == Src) {
734       // strcpy(x, x) -> x
735       return ReplaceCallWith(CI, Dst);
736     }
737     
738     // Get the length of the constant string referenced by the Src operand.
739     std::string SrcStr;
740     if (!GetConstantStringInfo(Src, SrcStr))
741       return false;
742     
743     // If the constant string's length is zero we can optimize this by just
744     // doing a store of 0 at the first byte of the destination
745     if (SrcStr.empty()) {
746       new StoreInst(ConstantInt::get(Type::Int8Ty, 0), Dst, CI);
747       return ReplaceCallWith(CI, Dst);
748     }
749
750     // We have enough information to now generate the memcpy call to
751     // do the concatenation for us.
752     Value *MemcpyOps[] = {
753       Dst, Src, // Pass length including nul byte.
754       ConstantInt::get(SLC.getIntPtrType(), SrcStr.size()+1),
755       ConstantInt::get(Type::Int32Ty, 1) // alignment
756     };
757     new CallInst(SLC.get_memcpy(), MemcpyOps, MemcpyOps + 4, "", CI);
758
759     return ReplaceCallWith(CI, Dst);
760   }
761 } StrCpyOptimizer;
762
763 /// This LibCallOptimization will simplify a call to the strlen library
764 /// function by replacing it with a constant value if the string provided to
765 /// it is a constant array.
766 /// @brief Simplify the strlen library function.
767 struct VISIBILITY_HIDDEN StrLenOptimization : public LibCallOptimization {
768   StrLenOptimization() : LibCallOptimization("strlen",
769       "Number of 'strlen' calls simplified") {}
770
771   /// @brief Make sure that the "strlen" function has the right prototype
772   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function *F, SimplifyLibCalls &SLC){
773     const FunctionType *FT = F->getFunctionType();
774     return FT->getNumParams() == 1 &&
775            FT->getParamType(0) == PointerType::getUnqual(Type::Int8Ty) &&
776            isa<IntegerType>(FT->getReturnType());
777   }
778
779   /// @brief Perform the strlen optimization
780   virtual bool OptimizeCall(CallInst *CI, SimplifyLibCalls &SLC) {
781     // Make sure we're dealing with an sbyte* here.
782     Value *Src = CI->getOperand(1);
783
784     // Does the call to strlen have exactly one use?
785     if (CI->hasOneUse()) {
786       // Is that single use a icmp operator?
787       if (ICmpInst *Cmp = dyn_cast<ICmpInst>(CI->use_back()))
788         // Is it compared against a constant integer?
789         if (ConstantInt *Cst = dyn_cast<ConstantInt>(Cmp->getOperand(1))) {
790           // If its compared against length 0 with == or !=
791           if (Cst->getZExtValue() == 0 && Cmp->isEquality()) {
792             // strlen(x) != 0 -> *x != 0
793             // strlen(x) == 0 -> *x == 0
794             Value *V = new LoadInst(Src, Src->getName()+".first", CI);
795             V = new ICmpInst(Cmp->getPredicate(), V, 
796                              ConstantInt::get(Type::Int8Ty, 0),
797                              Cmp->getName()+".strlen", CI);
798             Cmp->replaceAllUsesWith(V);
799             Cmp->eraseFromParent();
800             return ReplaceCallWith(CI, 0);  // no uses.
801           }
802         }
803     }
804
805     // Get the length of the constant string operand
806     std::string Str;
807     if (!GetConstantStringInfo(Src, Str))
808       return false;
809       
810     // strlen("xyz") -> 3 (for example)
811     return ReplaceCallWith(CI, ConstantInt::get(CI->getType(), Str.size()));
812   }
813 } StrLenOptimizer;
814
815 /// IsOnlyUsedInEqualsComparison - Return true if it only matters that the value
816 /// is equal or not-equal to zero. 
817 static bool IsOnlyUsedInEqualsZeroComparison(Instruction *I) {
818   for (Value::use_iterator UI = I->use_begin(), E = I->use_end();
819        UI != E; ++UI) {
820     if (ICmpInst *IC = dyn_cast<ICmpInst>(*UI))
821       if (IC->isEquality())
822         if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(IC->getOperand(1)))
823           if (C->isNullValue())
824             continue;
825     // Unknown instruction.
826     return false;
827   }
828   return true;
829 }
830
831 /// This memcmpOptimization will simplify a call to the memcmp library
832 /// function.
833 struct VISIBILITY_HIDDEN memcmpOptimization : public LibCallOptimization {
834   /// @brief Default Constructor
835   memcmpOptimization()
836     : LibCallOptimization("memcmp", "Number of 'memcmp' calls simplified") {}
837   
838   /// @brief Make sure that the "memcmp" function has the right prototype
839   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function *F, SimplifyLibCalls &TD) {
840     Function::const_arg_iterator AI = F->arg_begin();
841     if (F->arg_size() != 3 || !isa<PointerType>(AI->getType())) return false;
842     if (!isa<PointerType>((++AI)->getType())) return false;
843     if (!(++AI)->getType()->isInteger()) return false;
844     if (!F->getReturnType()->isInteger()) return false;
845     return true;
846   }
847   
848   /// Because of alignment and instruction information that we don't have, we
849   /// leave the bulk of this to the code generators.
850   ///
851   /// Note that we could do much more if we could force alignment on otherwise
852   /// small aligned allocas, or if we could indicate that loads have a small
853   /// alignment.
854   virtual bool OptimizeCall(CallInst *CI, SimplifyLibCalls &TD) {
855     Value *LHS = CI->getOperand(1), *RHS = CI->getOperand(2);
856
857     // If the two operands are the same, return zero.
858     if (LHS == RHS) {
859       // memcmp(s,s,x) -> 0
860       return ReplaceCallWith(CI, Constant::getNullValue(CI->getType()));
861     }
862     
863     // Make sure we have a constant length.
864     ConstantInt *LenC = dyn_cast<ConstantInt>(CI->getOperand(3));
865     if (!LenC) return false;
866     uint64_t Len = LenC->getZExtValue();
867       
868     // If the length is zero, this returns 0.
869     switch (Len) {
870     case 0:
871       // memcmp(s1,s2,0) -> 0
872       return ReplaceCallWith(CI, Constant::getNullValue(CI->getType()));
873     case 1: {
874       // memcmp(S1,S2,1) -> *(ubyte*)S1 - *(ubyte*)S2
875       const Type *UCharPtr = PointerType::getUnqual(Type::Int8Ty);
876       CastInst *Op1Cast = CastInst::create(
877           Instruction::BitCast, LHS, UCharPtr, LHS->getName(), CI);
878       CastInst *Op2Cast = CastInst::create(
879           Instruction::BitCast, RHS, UCharPtr, RHS->getName(), CI);
880       Value *S1V = new LoadInst(Op1Cast, LHS->getName()+".val", CI);
881       Value *S2V = new LoadInst(Op2Cast, RHS->getName()+".val", CI);
882       Value *RV = BinaryOperator::createSub(S1V, S2V, CI->getName()+".diff",CI);
883       if (RV->getType() != CI->getType())
884         RV = CastInst::createIntegerCast(RV, CI->getType(), false, 
885                                          RV->getName(), CI);
886       return ReplaceCallWith(CI, RV);
887     }
888     case 2:
889       if (IsOnlyUsedInEqualsZeroComparison(CI)) {
890         // TODO: IF both are aligned, use a short load/compare.
891       
892         // memcmp(S1,S2,2) -> S1[0]-S2[0] | S1[1]-S2[1] iff only ==/!= 0 matters
893         const Type *UCharPtr = PointerType::getUnqual(Type::Int8Ty);
894         CastInst *Op1Cast = CastInst::create(
895             Instruction::BitCast, LHS, UCharPtr, LHS->getName(), CI);
896         CastInst *Op2Cast = CastInst::create(
897             Instruction::BitCast, RHS, UCharPtr, RHS->getName(), CI);
898         Value *S1V1 = new LoadInst(Op1Cast, LHS->getName()+".val1", CI);
899         Value *S2V1 = new LoadInst(Op2Cast, RHS->getName()+".val1", CI);
900         Value *D1 = BinaryOperator::createSub(S1V1, S2V1,
901                                               CI->getName()+".d1", CI);
902         Constant *One = ConstantInt::get(Type::Int32Ty, 1);
903         Value *G1 = new GetElementPtrInst(Op1Cast, One, "next1v", CI);
904         Value *G2 = new GetElementPtrInst(Op2Cast, One, "next2v", CI);
905         Value *S1V2 = new LoadInst(G1, LHS->getName()+".val2", CI);
906         Value *S2V2 = new LoadInst(G2, RHS->getName()+".val2", CI);
907         Value *D2 = BinaryOperator::createSub(S1V2, S2V2,
908                                               CI->getName()+".d1", CI);
909         Value *Or = BinaryOperator::createOr(D1, D2, CI->getName()+".res", CI);
910         if (Or->getType() != CI->getType())
911           Or = CastInst::createIntegerCast(Or, CI->getType(), false /*ZExt*/, 
912                                            Or->getName(), CI);
913         return ReplaceCallWith(CI, Or);
914       }
915       break;
916     default:
917       break;
918     }
919     
920     return false;
921   }
922 } memcmpOptimizer;
923
924 /// This LibCallOptimization will simplify a call to the memcpy library
925 /// function.  It simply converts them into calls to llvm.memcpy.*;
926 /// the resulting call should be optimized later.
927 /// @brief Simplify the memcpy library function.
928 struct VISIBILITY_HIDDEN MemCpyOptimization : public LibCallOptimization {
929 public:
930   MemCpyOptimization() : LibCallOptimization("memcpy",
931       "Number of 'memcpy' calls simplified") {}
932
933   /// @brief Make sure that the "memcpy" function has the right prototype
934   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function *F, SimplifyLibCalls &SLC){
935     const FunctionType *FT = F->getFunctionType();
936     const Type* voidPtr = PointerType::getUnqual(Type::Int8Ty);
937     return FT->getReturnType() == voidPtr && FT->getNumParams() == 3 &&
938            FT->getParamType(0) == voidPtr &&
939            FT->getParamType(1) == voidPtr &&
940            FT->getParamType(2) == SLC.getIntPtrType();
941   }
942
943   /// @brief Perform the memcpy optimization
944   virtual bool OptimizeCall(CallInst *CI, SimplifyLibCalls &SLC) {
945     Value *MemcpyOps[] = {
946       CI->getOperand(1), CI->getOperand(2), CI->getOperand(3),
947       ConstantInt::get(Type::Int32Ty, 1)   // align = 1 always.
948     };
949     new CallInst(SLC.get_memcpy(), MemcpyOps, MemcpyOps + 4, "", CI);
950     // memcpy always returns the destination
951     return ReplaceCallWith(CI, CI->getOperand(1));
952   }
953 } MemCpyOptimizer;
954
955 /// This LibCallOptimization will simplify a call to the memcpy library
956 /// function by expanding it out to a single store of size 0, 1, 2, 4, or 8
957 /// bytes depending on the length of the string and the alignment. Additional
958 /// optimizations are possible in code generation (sequence of immediate store)
959 /// @brief Simplify the memcpy library function.
960 struct VISIBILITY_HIDDEN LLVMMemCpyMoveOptzn : public LibCallOptimization {
961   LLVMMemCpyMoveOptzn(const char* fname, const char* desc)
962   : LibCallOptimization(fname, desc) {}
963
964   /// @brief Make sure that the "memcpy" function has the right prototype
965   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function* f, SimplifyLibCalls& TD) {
966     // Just make sure this has 4 arguments per LLVM spec.
967     return (f->arg_size() == 4);
968   }
969
970   /// Because of alignment and instruction information that we don't have, we
971   /// leave the bulk of this to the code generators. The optimization here just
972   /// deals with a few degenerate cases where the length of the string and the
973   /// alignment match the sizes of our intrinsic types so we can do a load and
974   /// store instead of the memcpy call.
975   /// @brief Perform the memcpy optimization.
976   virtual bool OptimizeCall(CallInst* ci, SimplifyLibCalls& TD) {
977     // Make sure we have constant int values to work with
978     ConstantInt* LEN = dyn_cast<ConstantInt>(ci->getOperand(3));
979     if (!LEN)
980       return false;
981     ConstantInt* ALIGN = dyn_cast<ConstantInt>(ci->getOperand(4));
982     if (!ALIGN)
983       return false;
984
985     // If the length is larger than the alignment, we can't optimize
986     uint64_t len = LEN->getZExtValue();
987     uint64_t alignment = ALIGN->getZExtValue();
988     if (alignment == 0)
989       alignment = 1; // Alignment 0 is identity for alignment 1
990     if (len > alignment)
991       return false;
992
993     // Get the type we will cast to, based on size of the string
994     Value* dest = ci->getOperand(1);
995     Value* src = ci->getOperand(2);
996     const Type* castType = 0;
997     switch (len) {
998       case 0:
999         // memcpy(d,s,0,a) -> d
1000         return ReplaceCallWith(ci, 0);
1001       case 1: castType = Type::Int8Ty; break;
1002       case 2: castType = Type::Int16Ty; break;
1003       case 4: castType = Type::Int32Ty; break;
1004       case 8: castType = Type::Int64Ty; break;
1005       default:
1006         return false;
1007     }
1008
1009     // Cast source and dest to the right sized primitive and then load/store
1010     CastInst* SrcCast = CastInst::create(Instruction::BitCast,
1011         src, PointerType::getUnqual(castType), src->getName()+".cast", ci);
1012     CastInst* DestCast = CastInst::create(Instruction::BitCast,
1013         dest, PointerType::getUnqual(castType),dest->getName()+".cast", ci);
1014     LoadInst* LI = new LoadInst(SrcCast,SrcCast->getName()+".val",ci);
1015     new StoreInst(LI, DestCast, ci);
1016     return ReplaceCallWith(ci, 0);
1017   }
1018 };
1019
1020 /// This LibCallOptimization will simplify a call to the memcpy/memmove library
1021 /// functions.
1022 LLVMMemCpyMoveOptzn LLVMMemCpyOptimizer32("llvm.memcpy.i32",
1023                                     "Number of 'llvm.memcpy' calls simplified");
1024 LLVMMemCpyMoveOptzn LLVMMemCpyOptimizer64("llvm.memcpy.i64",
1025                                    "Number of 'llvm.memcpy' calls simplified");
1026 LLVMMemCpyMoveOptzn LLVMMemMoveOptimizer32("llvm.memmove.i32",
1027                                    "Number of 'llvm.memmove' calls simplified");
1028 LLVMMemCpyMoveOptzn LLVMMemMoveOptimizer64("llvm.memmove.i64",
1029                                    "Number of 'llvm.memmove' calls simplified");
1030
1031 /// This LibCallOptimization will simplify a call to the memset library
1032 /// function by expanding it out to a single store of size 0, 1, 2, 4, or 8
1033 /// bytes depending on the length argument.
1034 struct VISIBILITY_HIDDEN LLVMMemSetOptimization : public LibCallOptimization {
1035   /// @brief Default Constructor
1036   LLVMMemSetOptimization(const char *Name) : LibCallOptimization(Name,
1037       "Number of 'llvm.memset' calls simplified") {}
1038
1039   /// @brief Make sure that the "memset" function has the right prototype
1040   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function *F, SimplifyLibCalls &TD) {
1041     // Just make sure this has 3 arguments per LLVM spec.
1042     return F->arg_size() == 4;
1043   }
1044
1045   /// Because of alignment and instruction information that we don't have, we
1046   /// leave the bulk of this to the code generators. The optimization here just
1047   /// deals with a few degenerate cases where the length parameter is constant
1048   /// and the alignment matches the sizes of our intrinsic types so we can do
1049   /// store instead of the memcpy call. Other calls are transformed into the
1050   /// llvm.memset intrinsic.
1051   /// @brief Perform the memset optimization.
1052   virtual bool OptimizeCall(CallInst *ci, SimplifyLibCalls &TD) {
1053     // Make sure we have constant int values to work with
1054     ConstantInt* LEN = dyn_cast<ConstantInt>(ci->getOperand(3));
1055     if (!LEN)
1056       return false;
1057     ConstantInt* ALIGN = dyn_cast<ConstantInt>(ci->getOperand(4));
1058     if (!ALIGN)
1059       return false;
1060
1061     // Extract the length and alignment
1062     uint64_t len = LEN->getZExtValue();
1063     uint64_t alignment = ALIGN->getZExtValue();
1064
1065     // Alignment 0 is identity for alignment 1
1066     if (alignment == 0)
1067       alignment = 1;
1068
1069     // If the length is zero, this is a no-op
1070     if (len == 0) {
1071       // memset(d,c,0,a) -> noop
1072       return ReplaceCallWith(ci, 0);
1073     }
1074
1075     // If the length is larger than the alignment, we can't optimize
1076     if (len > alignment)
1077       return false;
1078
1079     // Make sure we have a constant ubyte to work with so we can extract
1080     // the value to be filled.
1081     ConstantInt* FILL = dyn_cast<ConstantInt>(ci->getOperand(2));
1082     if (!FILL)
1083       return false;
1084     if (FILL->getType() != Type::Int8Ty)
1085       return false;
1086
1087     // memset(s,c,n) -> store s, c (for n=1,2,4,8)
1088
1089     // Extract the fill character
1090     uint64_t fill_char = FILL->getZExtValue();
1091     uint64_t fill_value = fill_char;
1092
1093     // Get the type we will cast to, based on size of memory area to fill, and
1094     // and the value we will store there.
1095     Value* dest = ci->getOperand(1);
1096     const Type* castType = 0;
1097     switch (len) {
1098       case 1:
1099         castType = Type::Int8Ty;
1100         break;
1101       case 2:
1102         castType = Type::Int16Ty;
1103         fill_value |= fill_char << 8;
1104         break;
1105       case 4:
1106         castType = Type::Int32Ty;
1107         fill_value |= fill_char << 8 | fill_char << 16 | fill_char << 24;
1108         break;
1109       case 8:
1110         castType = Type::Int64Ty;
1111         fill_value |= fill_char << 8 | fill_char << 16 | fill_char << 24;
1112         fill_value |= fill_char << 32 | fill_char << 40 | fill_char << 48;
1113         fill_value |= fill_char << 56;
1114         break;
1115       default:
1116         return false;
1117     }
1118
1119     // Cast dest to the right sized primitive and then load/store
1120     CastInst* DestCast = new BitCastInst(dest, PointerType::getUnqual(castType), 
1121                                          dest->getName()+".cast", ci);
1122     new StoreInst(ConstantInt::get(castType,fill_value),DestCast, ci);
1123     return ReplaceCallWith(ci, 0);
1124   }
1125 };
1126
1127 LLVMMemSetOptimization MemSet32Optimizer("llvm.memset.i32");
1128 LLVMMemSetOptimization MemSet64Optimizer("llvm.memset.i64");
1129
1130
1131 /// This LibCallOptimization will simplify calls to the "pow" library
1132 /// function. It looks for cases where the result of pow is well known and
1133 /// substitutes the appropriate value.
1134 /// @brief Simplify the pow library function.
1135 struct VISIBILITY_HIDDEN PowOptimization : public LibCallOptimization {
1136 public:
1137   /// @brief Default Constructor
1138   PowOptimization() : LibCallOptimization("pow",
1139       "Number of 'pow' calls simplified") {}
1140
1141   /// @brief Make sure that the "pow" function has the right prototype
1142   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function* f, SimplifyLibCalls& SLC){
1143     // Just make sure this has 2 arguments
1144     return (f->arg_size() == 2);
1145   }
1146
1147   /// @brief Perform the pow optimization.
1148   virtual bool OptimizeCall(CallInst *ci, SimplifyLibCalls &SLC) {
1149     const Type *Ty = cast<Function>(ci->getOperand(0))->getReturnType();
1150     if (Ty!=Type::FloatTy && Ty!=Type::DoubleTy)
1151       return false;   // FIXME long double not yet supported
1152     Value* base = ci->getOperand(1);
1153     Value* expn = ci->getOperand(2);
1154     if (ConstantFP *Op1 = dyn_cast<ConstantFP>(base)) {
1155       if (Op1->isExactlyValue(1.0)) // pow(1.0,x) -> 1.0
1156         return ReplaceCallWith(ci, ConstantFP::get(Ty, 
1157           Ty==Type::FloatTy ? APFloat(1.0f) : APFloat(1.0)));
1158     }  else if (ConstantFP* Op2 = dyn_cast<ConstantFP>(expn)) {
1159       if (Op2->getValueAPF().isZero()) {
1160         // pow(x,0.0) -> 1.0
1161         return ReplaceCallWith(ci, ConstantFP::get(Ty,
1162             Ty==Type::FloatTy ? APFloat(1.0f) : APFloat(1.0)));
1163       } else if (Op2->isExactlyValue(0.5)) {
1164         // pow(x,0.5) -> sqrt(x)
1165         CallInst* sqrt_inst = new CallInst(SLC.get_sqrt(), base,
1166             ci->getName()+".pow",ci);
1167         return ReplaceCallWith(ci, sqrt_inst);
1168       } else if (Op2->isExactlyValue(1.0)) {
1169         // pow(x,1.0) -> x
1170         return ReplaceCallWith(ci, base);
1171       } else if (Op2->isExactlyValue(-1.0)) {
1172         // pow(x,-1.0)    -> 1.0/x
1173         Value *div_inst = 
1174           BinaryOperator::createFDiv(ConstantFP::get(Ty,
1175             Ty==Type::FloatTy ? APFloat(1.0f) : APFloat(1.0)), 
1176             base, ci->getName()+".pow", ci);
1177         return ReplaceCallWith(ci, div_inst);
1178       }
1179     }
1180     return false; // opt failed
1181   }
1182 } PowOptimizer;
1183
1184 /// This LibCallOptimization will simplify calls to the "printf" library
1185 /// function. It looks for cases where the result of printf is not used and the
1186 /// operation can be reduced to something simpler.
1187 /// @brief Simplify the printf library function.
1188 struct VISIBILITY_HIDDEN PrintfOptimization : public LibCallOptimization {
1189 public:
1190   /// @brief Default Constructor
1191   PrintfOptimization() : LibCallOptimization("printf",
1192       "Number of 'printf' calls simplified") {}
1193
1194   /// @brief Make sure that the "printf" function has the right prototype
1195   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function *F, SimplifyLibCalls &SLC){
1196     // Just make sure this has at least 1 argument and returns an integer or
1197     // void type.
1198     const FunctionType *FT = F->getFunctionType();
1199     return FT->getNumParams() >= 1 &&
1200           (isa<IntegerType>(FT->getReturnType()) ||
1201            FT->getReturnType() == Type::VoidTy);
1202   }
1203
1204   /// @brief Perform the printf optimization.
1205   virtual bool OptimizeCall(CallInst *CI, SimplifyLibCalls &SLC) {
1206     // All the optimizations depend on the length of the first argument and the
1207     // fact that it is a constant string array. Check that now
1208     std::string FormatStr;
1209     if (!GetConstantStringInfo(CI->getOperand(1), FormatStr))
1210       return false;
1211     
1212     // If this is a simple constant string with no format specifiers that ends
1213     // with a \n, turn it into a puts call.
1214     if (FormatStr.empty()) {
1215       // Tolerate printf's declared void.
1216       if (CI->use_empty()) return ReplaceCallWith(CI, 0);
1217       return ReplaceCallWith(CI, ConstantInt::get(CI->getType(), 0));
1218     }
1219     
1220     if (FormatStr.size() == 1) {
1221       // Turn this into a putchar call, even if it is a %.
1222       Value *V = ConstantInt::get(Type::Int32Ty, FormatStr[0]);
1223       new CallInst(SLC.get_putchar(), V, "", CI);
1224       if (CI->use_empty()) return ReplaceCallWith(CI, 0);
1225       return ReplaceCallWith(CI, ConstantInt::get(CI->getType(), 1));
1226     }
1227
1228     // Check to see if the format str is something like "foo\n", in which case
1229     // we convert it to a puts call.  We don't allow it to contain any format
1230     // characters.
1231     if (FormatStr[FormatStr.size()-1] == '\n' &&
1232         FormatStr.find('%') == std::string::npos) {
1233       // Create a string literal with no \n on it.  We expect the constant merge
1234       // pass to be run after this pass, to merge duplicate strings.
1235       FormatStr.erase(FormatStr.end()-1);
1236       Constant *Init = ConstantArray::get(FormatStr, true);
1237       Constant *GV = new GlobalVariable(Init->getType(), true,
1238                                         GlobalVariable::InternalLinkage,
1239                                         Init, "str",
1240                                      CI->getParent()->getParent()->getParent());
1241       // Cast GV to be a pointer to char.
1242       GV = ConstantExpr::getBitCast(GV, PointerType::getUnqual(Type::Int8Ty));
1243       new CallInst(SLC.get_puts(), GV, "", CI);
1244
1245       if (CI->use_empty()) return ReplaceCallWith(CI, 0);
1246       // The return value from printf includes the \n we just removed, so +1.
1247       return ReplaceCallWith(CI,
1248                              ConstantInt::get(CI->getType(), 
1249                                               FormatStr.size()+1));
1250     }
1251     
1252     
1253     // Only support %c or "%s\n" for now.
1254     if (FormatStr.size() < 2 || FormatStr[0] != '%')
1255       return false;
1256
1257     // Get the second character and switch on its value
1258     switch (FormatStr[1]) {
1259     default:  return false;
1260     case 's':
1261       if (FormatStr != "%s\n" || CI->getNumOperands() < 3 ||
1262           // TODO: could insert strlen call to compute string length.
1263           !CI->use_empty())
1264         return false;
1265
1266       // printf("%s\n",str) -> puts(str)
1267       new CallInst(SLC.get_puts(), CastToCStr(CI->getOperand(2), CI),
1268                    CI->getName(), CI);
1269       return ReplaceCallWith(CI, 0);
1270     case 'c': {
1271       // printf("%c",c) -> putchar(c)
1272       if (FormatStr.size() != 2 || CI->getNumOperands() < 3)
1273         return false;
1274       
1275       Value *V = CI->getOperand(2);
1276       if (!isa<IntegerType>(V->getType()) ||
1277           cast<IntegerType>(V->getType())->getBitWidth() > 32)
1278         return false;
1279
1280       V = CastInst::createZExtOrBitCast(V, Type::Int32Ty, CI->getName()+".int",
1281                                         CI);
1282       new CallInst(SLC.get_putchar(), V, "", CI);
1283       return ReplaceCallWith(CI, ConstantInt::get(CI->getType(), 1));
1284     }
1285     }
1286   }
1287 } PrintfOptimizer;
1288
1289 /// This LibCallOptimization will simplify calls to the "fprintf" library
1290 /// function. It looks for cases where the result of fprintf is not used and the
1291 /// operation can be reduced to something simpler.
1292 /// @brief Simplify the fprintf library function.
1293 struct VISIBILITY_HIDDEN FPrintFOptimization : public LibCallOptimization {
1294 public:
1295   /// @brief Default Constructor
1296   FPrintFOptimization() : LibCallOptimization("fprintf",
1297       "Number of 'fprintf' calls simplified") {}
1298
1299   /// @brief Make sure that the "fprintf" function has the right prototype
1300   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function *F, SimplifyLibCalls &SLC){
1301     const FunctionType *FT = F->getFunctionType();
1302     return FT->getNumParams() == 2 &&  // two fixed arguments.
1303            FT->getParamType(1) == PointerType::getUnqual(Type::Int8Ty) &&
1304            isa<PointerType>(FT->getParamType(0)) &&
1305            isa<IntegerType>(FT->getReturnType());
1306   }
1307
1308   /// @brief Perform the fprintf optimization.
1309   virtual bool OptimizeCall(CallInst *CI, SimplifyLibCalls &SLC) {
1310     // If the call has more than 3 operands, we can't optimize it
1311     if (CI->getNumOperands() != 3 && CI->getNumOperands() != 4)
1312       return false;
1313
1314     // All the optimizations depend on the format string.
1315     std::string FormatStr;
1316     if (!GetConstantStringInfo(CI->getOperand(2), FormatStr))
1317       return false;
1318
1319     // If this is just a format string, turn it into fwrite.
1320     if (CI->getNumOperands() == 3) {
1321       for (unsigned i = 0, e = FormatStr.size(); i != e; ++i)
1322         if (FormatStr[i] == '%')
1323           return false; // we found a format specifier
1324
1325       // fprintf(file,fmt) -> fwrite(fmt,strlen(fmt),file)
1326       const Type *FILEty = CI->getOperand(1)->getType();
1327
1328       Value *FWriteArgs[] = {
1329         CI->getOperand(2),
1330         ConstantInt::get(SLC.getIntPtrType(), FormatStr.size()),
1331         ConstantInt::get(SLC.getIntPtrType(), 1),
1332         CI->getOperand(1)
1333       };
1334       new CallInst(SLC.get_fwrite(FILEty), FWriteArgs, FWriteArgs + 4, CI->getName(), CI);
1335       return ReplaceCallWith(CI, ConstantInt::get(CI->getType(), 
1336                                                   FormatStr.size()));
1337     }
1338     
1339     // The remaining optimizations require the format string to be length 2:
1340     // "%s" or "%c".
1341     if (FormatStr.size() != 2 || FormatStr[0] != '%')
1342       return false;
1343
1344     // Get the second character and switch on its value
1345     switch (FormatStr[1]) {
1346     case 'c': {
1347       // fprintf(file,"%c",c) -> fputc(c,file)
1348       const Type *FILETy = CI->getOperand(1)->getType();
1349       Value *C = CastInst::createZExtOrBitCast(CI->getOperand(3), Type::Int32Ty,
1350                                                CI->getName()+".int", CI);
1351       SmallVector<Value *, 2> Args;
1352       Args.push_back(C);
1353       Args.push_back(CI->getOperand(1));
1354       new CallInst(SLC.get_fputc(FILETy), Args.begin(), Args.end(), "", CI);
1355       return ReplaceCallWith(CI, ConstantInt::get(CI->getType(), 1));
1356     }
1357     case 's': {
1358       const Type *FILETy = CI->getOperand(1)->getType();
1359       
1360       // If the result of the fprintf call is used, we can't do this.
1361       // TODO: we should insert a strlen call.
1362       if (!CI->use_empty())
1363         return false;
1364       
1365       // fprintf(file,"%s",str) -> fputs(str,file)
1366       SmallVector<Value *, 2> Args;
1367       Args.push_back(CastToCStr(CI->getOperand(3), CI));
1368       Args.push_back(CI->getOperand(1));
1369       new CallInst(SLC.get_fputs(FILETy), Args.begin(),
1370                    Args.end(), CI->getName(), CI);
1371       return ReplaceCallWith(CI, 0);
1372     }
1373     default:
1374       return false;
1375     }
1376   }
1377 } FPrintFOptimizer;
1378
1379 /// This LibCallOptimization will simplify calls to the "sprintf" library
1380 /// function. It looks for cases where the result of sprintf is not used and the
1381 /// operation can be reduced to something simpler.
1382 /// @brief Simplify the sprintf library function.
1383 struct VISIBILITY_HIDDEN SPrintFOptimization : public LibCallOptimization {
1384 public:
1385   /// @brief Default Constructor
1386   SPrintFOptimization() : LibCallOptimization("sprintf",
1387       "Number of 'sprintf' calls simplified") {}
1388
1389   /// @brief Make sure that the "sprintf" function has the right prototype
1390   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function *F, SimplifyLibCalls &SLC){
1391     const FunctionType *FT = F->getFunctionType();
1392     return FT->getNumParams() == 2 &&  // two fixed arguments.
1393            FT->getParamType(1) == PointerType::getUnqual(Type::Int8Ty) &&
1394            FT->getParamType(0) == FT->getParamType(1) &&
1395            isa<IntegerType>(FT->getReturnType());
1396   }
1397
1398   /// @brief Perform the sprintf optimization.
1399   virtual bool OptimizeCall(CallInst *CI, SimplifyLibCalls &SLC) {
1400     // If the call has more than 3 operands, we can't optimize it
1401     if (CI->getNumOperands() != 3 && CI->getNumOperands() != 4)
1402       return false;
1403
1404     std::string FormatStr;
1405     if (!GetConstantStringInfo(CI->getOperand(2), FormatStr))
1406       return false;
1407     
1408     if (CI->getNumOperands() == 3) {
1409       // Make sure there's no % in the constant array
1410       for (unsigned i = 0, e = FormatStr.size(); i != e; ++i)
1411         if (FormatStr[i] == '%')
1412           return false; // we found a format specifier
1413       
1414       // sprintf(str,fmt) -> llvm.memcpy(str,fmt,strlen(fmt),1)
1415       Value *MemCpyArgs[] = {
1416         CI->getOperand(1), CI->getOperand(2),
1417         ConstantInt::get(SLC.getIntPtrType(), 
1418                          FormatStr.size()+1), // Copy the nul byte.
1419         ConstantInt::get(Type::Int32Ty, 1)
1420       };
1421       new CallInst(SLC.get_memcpy(), MemCpyArgs, MemCpyArgs + 4, "", CI);
1422       return ReplaceCallWith(CI, ConstantInt::get(CI->getType(), 
1423                                                   FormatStr.size()));
1424     }
1425
1426     // The remaining optimizations require the format string to be "%s" or "%c".
1427     if (FormatStr.size() != 2 || FormatStr[0] != '%')
1428       return false;
1429
1430     // Get the second character and switch on its value
1431     switch (FormatStr[1]) {
1432     case 'c': {
1433       // sprintf(dest,"%c",chr) -> store chr, dest
1434       Value *V = CastInst::createTruncOrBitCast(CI->getOperand(3),
1435                                                 Type::Int8Ty, "char", CI);
1436       new StoreInst(V, CI->getOperand(1), CI);
1437       Value *Ptr = new GetElementPtrInst(CI->getOperand(1),
1438                                          ConstantInt::get(Type::Int32Ty, 1),
1439                                          CI->getOperand(1)->getName()+".end",
1440                                          CI);
1441       new StoreInst(ConstantInt::get(Type::Int8Ty,0), Ptr, CI);
1442       return ReplaceCallWith(CI, ConstantInt::get(Type::Int32Ty, 1));
1443     }
1444     case 's': {
1445       // sprintf(dest,"%s",str) -> llvm.memcpy(dest, str, strlen(str)+1, 1)
1446       Value *Len = new CallInst(SLC.get_strlen(),
1447                                 CastToCStr(CI->getOperand(3), CI),
1448                                 CI->getOperand(3)->getName()+".len", CI);
1449       Value *UnincLen = Len;
1450       Len = BinaryOperator::createAdd(Len, ConstantInt::get(Len->getType(), 1),
1451                                       Len->getName()+"1", CI);
1452       Value *MemcpyArgs[4] = {
1453         CI->getOperand(1),
1454         CastToCStr(CI->getOperand(3), CI),
1455         Len,
1456         ConstantInt::get(Type::Int32Ty, 1)
1457       };
1458       new CallInst(SLC.get_memcpy(), MemcpyArgs, MemcpyArgs + 4, "", CI);
1459       
1460       // The strlen result is the unincremented number of bytes in the string.
1461       if (!CI->use_empty()) {
1462         if (UnincLen->getType() != CI->getType())
1463           UnincLen = CastInst::createIntegerCast(UnincLen, CI->getType(), false, 
1464                                                  Len->getName(), CI);
1465         CI->replaceAllUsesWith(UnincLen);
1466       }
1467       return ReplaceCallWith(CI, 0);
1468     }
1469     }
1470     return false;
1471   }
1472 } SPrintFOptimizer;
1473
1474 /// This LibCallOptimization will simplify calls to the "fputs" library
1475 /// function. It looks for cases where the result of fputs is not used and the
1476 /// operation can be reduced to something simpler.
1477 /// @brief Simplify the fputs library function.
1478 struct VISIBILITY_HIDDEN FPutsOptimization : public LibCallOptimization {
1479 public:
1480   /// @brief Default Constructor
1481   FPutsOptimization() : LibCallOptimization("fputs",
1482       "Number of 'fputs' calls simplified") {}
1483
1484   /// @brief Make sure that the "fputs" function has the right prototype
1485   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function *F, SimplifyLibCalls &SLC){
1486     // Just make sure this has 2 arguments
1487     return F->arg_size() == 2;
1488   }
1489
1490   /// @brief Perform the fputs optimization.
1491   virtual bool OptimizeCall(CallInst *CI, SimplifyLibCalls &SLC) {
1492     // If the result is used, none of these optimizations work.
1493     if (!CI->use_empty())
1494       return false;
1495
1496     // All the optimizations depend on the length of the first argument and the
1497     // fact that it is a constant string array. Check that now
1498     std::string Str;
1499     if (!GetConstantStringInfo(CI->getOperand(1), Str))
1500       return false;
1501
1502     const Type *FILETy = CI->getOperand(2)->getType();
1503     // fputs(s,F)  -> fwrite(s,1,len,F) (if s is constant and strlen(s) > 1)
1504     Value *FWriteParms[4] = {
1505       CI->getOperand(1),
1506       ConstantInt::get(SLC.getIntPtrType(), Str.size()),
1507       ConstantInt::get(SLC.getIntPtrType(), 1),
1508       CI->getOperand(2)
1509     };
1510     new CallInst(SLC.get_fwrite(FILETy), FWriteParms, FWriteParms + 4, "", CI);
1511     return ReplaceCallWith(CI, 0);  // Known to have no uses (see above).
1512   }
1513 } FPutsOptimizer;
1514
1515 /// This LibCallOptimization will simplify calls to the "fwrite" function.
1516 struct VISIBILITY_HIDDEN FWriteOptimization : public LibCallOptimization {
1517 public:
1518   /// @brief Default Constructor
1519   FWriteOptimization() : LibCallOptimization("fwrite",
1520                                        "Number of 'fwrite' calls simplified") {}
1521   
1522   /// @brief Make sure that the "fputs" function has the right prototype
1523   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function *F, SimplifyLibCalls &SLC){
1524     const FunctionType *FT = F->getFunctionType();
1525     return FT->getNumParams() == 4 && 
1526            FT->getParamType(0) == PointerType::getUnqual(Type::Int8Ty) &&
1527            FT->getParamType(1) == FT->getParamType(2) &&
1528            isa<IntegerType>(FT->getParamType(1)) &&
1529            isa<PointerType>(FT->getParamType(3)) &&
1530            isa<IntegerType>(FT->getReturnType());
1531   }
1532   
1533   virtual bool OptimizeCall(CallInst *CI, SimplifyLibCalls &SLC) {
1534     // Get the element size and count.
1535     uint64_t EltSize, EltCount;
1536     if (ConstantInt *C = dyn_cast<ConstantInt>(CI->getOperand(2)))
1537       EltSize = C->getZExtValue();
1538     else
1539       return false;
1540     if (ConstantInt *C = dyn_cast<ConstantInt>(CI->getOperand(3)))
1541       EltCount = C->getZExtValue();
1542     else
1543       return false;
1544     
1545     // If this is writing zero records, remove the call (it's a noop).
1546     if (EltSize * EltCount == 0)
1547       return ReplaceCallWith(CI, ConstantInt::get(CI->getType(), 0));
1548     
1549     // If this is writing one byte, turn it into fputc.
1550     if (EltSize == 1 && EltCount == 1) {
1551       SmallVector<Value *, 2> Args;
1552       // fwrite(s,1,1,F) -> fputc(s[0],F)
1553       Value *Ptr = CI->getOperand(1);
1554       Value *Val = new LoadInst(Ptr, Ptr->getName()+".byte", CI);
1555       Args.push_back(new ZExtInst(Val, Type::Int32Ty, Val->getName()+".int", CI));
1556       Args.push_back(CI->getOperand(4));
1557       const Type *FILETy = CI->getOperand(4)->getType();
1558       new CallInst(SLC.get_fputc(FILETy), Args.begin(), Args.end(), "", CI);
1559       return ReplaceCallWith(CI, ConstantInt::get(CI->getType(), 1));
1560     }
1561     return false;
1562   }
1563 } FWriteOptimizer;
1564
1565 /// This LibCallOptimization will simplify calls to the "isdigit" library
1566 /// function. It simply does range checks the parameter explicitly.
1567 /// @brief Simplify the isdigit library function.
1568 struct VISIBILITY_HIDDEN isdigitOptimization : public LibCallOptimization {
1569 public:
1570   isdigitOptimization() : LibCallOptimization("isdigit",
1571       "Number of 'isdigit' calls simplified") {}
1572
1573   /// @brief Make sure that the "isdigit" function has the right prototype
1574   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function* f, SimplifyLibCalls& SLC){
1575     // Just make sure this has 1 argument
1576     return (f->arg_size() == 1);
1577   }
1578
1579   /// @brief Perform the toascii optimization.
1580   virtual bool OptimizeCall(CallInst *ci, SimplifyLibCalls &SLC) {
1581     if (ConstantInt* CI = dyn_cast<ConstantInt>(ci->getOperand(1))) {
1582       // isdigit(c)   -> 0 or 1, if 'c' is constant
1583       uint64_t val = CI->getZExtValue();
1584       if (val >= '0' && val <= '9')
1585         return ReplaceCallWith(ci, ConstantInt::get(Type::Int32Ty, 1));
1586       else
1587         return ReplaceCallWith(ci, ConstantInt::get(Type::Int32Ty, 0));
1588     }
1589
1590     // isdigit(c)   -> (unsigned)c - '0' <= 9
1591     CastInst* cast = CastInst::createIntegerCast(ci->getOperand(1),
1592         Type::Int32Ty, false/*ZExt*/, ci->getOperand(1)->getName()+".uint", ci);
1593     BinaryOperator* sub_inst = BinaryOperator::createSub(cast,
1594         ConstantInt::get(Type::Int32Ty,0x30),
1595         ci->getOperand(1)->getName()+".sub",ci);
1596     ICmpInst* setcond_inst = new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_ULE,sub_inst,
1597         ConstantInt::get(Type::Int32Ty,9),
1598         ci->getOperand(1)->getName()+".cmp",ci);
1599     CastInst* c2 = new ZExtInst(setcond_inst, Type::Int32Ty, 
1600         ci->getOperand(1)->getName()+".isdigit", ci);
1601     return ReplaceCallWith(ci, c2);
1602   }
1603 } isdigitOptimizer;
1604
1605 struct VISIBILITY_HIDDEN isasciiOptimization : public LibCallOptimization {
1606 public:
1607   isasciiOptimization()
1608     : LibCallOptimization("isascii", "Number of 'isascii' calls simplified") {}
1609   
1610   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function *F, SimplifyLibCalls &SLC){
1611     return F->arg_size() == 1 && F->arg_begin()->getType()->isInteger() && 
1612            F->getReturnType()->isInteger();
1613   }
1614   
1615   /// @brief Perform the isascii optimization.
1616   virtual bool OptimizeCall(CallInst *CI, SimplifyLibCalls &SLC) {
1617     // isascii(c)   -> (unsigned)c < 128
1618     Value *V = CI->getOperand(1);
1619     Value *Cmp = new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_ULT, V, 
1620                               ConstantInt::get(V->getType(), 128), 
1621                               V->getName()+".isascii", CI);
1622     if (Cmp->getType() != CI->getType())
1623       Cmp = new ZExtInst(Cmp, CI->getType(), Cmp->getName(), CI);
1624     return ReplaceCallWith(CI, Cmp);
1625   }
1626 } isasciiOptimizer;
1627
1628
1629 /// This LibCallOptimization will simplify calls to the "toascii" library
1630 /// function. It simply does the corresponding and operation to restrict the
1631 /// range of values to the ASCII character set (0-127).
1632 /// @brief Simplify the toascii library function.
1633 struct VISIBILITY_HIDDEN ToAsciiOptimization : public LibCallOptimization {
1634 public:
1635   /// @brief Default Constructor
1636   ToAsciiOptimization() : LibCallOptimization("toascii",
1637       "Number of 'toascii' calls simplified") {}
1638
1639   /// @brief Make sure that the "fputs" function has the right prototype
1640   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function* f, SimplifyLibCalls& SLC){
1641     // Just make sure this has 2 arguments
1642     return (f->arg_size() == 1);
1643   }
1644
1645   /// @brief Perform the toascii optimization.
1646   virtual bool OptimizeCall(CallInst *ci, SimplifyLibCalls &SLC) {
1647     // toascii(c)   -> (c & 0x7f)
1648     Value *chr = ci->getOperand(1);
1649     Value *and_inst = BinaryOperator::createAnd(chr,
1650         ConstantInt::get(chr->getType(),0x7F),ci->getName()+".toascii",ci);
1651     return ReplaceCallWith(ci, and_inst);
1652   }
1653 } ToAsciiOptimizer;
1654
1655 /// This LibCallOptimization will simplify calls to the "ffs" library
1656 /// calls which find the first set bit in an int, long, or long long. The
1657 /// optimization is to compute the result at compile time if the argument is
1658 /// a constant.
1659 /// @brief Simplify the ffs library function.
1660 struct VISIBILITY_HIDDEN FFSOptimization : public LibCallOptimization {
1661 protected:
1662   /// @brief Subclass Constructor
1663   FFSOptimization(const char* funcName, const char* description)
1664     : LibCallOptimization(funcName, description) {}
1665
1666 public:
1667   /// @brief Default Constructor
1668   FFSOptimization() : LibCallOptimization("ffs",
1669       "Number of 'ffs' calls simplified") {}
1670
1671   /// @brief Make sure that the "ffs" function has the right prototype
1672   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function *F, SimplifyLibCalls &SLC){
1673     // Just make sure this has 2 arguments
1674     return F->arg_size() == 1 && F->getReturnType() == Type::Int32Ty;
1675   }
1676
1677   /// @brief Perform the ffs optimization.
1678   virtual bool OptimizeCall(CallInst *TheCall, SimplifyLibCalls &SLC) {
1679     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(TheCall->getOperand(1))) {
1680       // ffs(cnst)  -> bit#
1681       // ffsl(cnst) -> bit#
1682       // ffsll(cnst) -> bit#
1683       uint64_t val = CI->getZExtValue();
1684       int result = 0;
1685       if (val) {
1686         ++result;
1687         while ((val & 1) == 0) {
1688           ++result;
1689           val >>= 1;
1690         }
1691       }
1692       return ReplaceCallWith(TheCall, ConstantInt::get(Type::Int32Ty, result));
1693     }
1694
1695     // ffs(x)   -> x == 0 ? 0 : llvm.cttz(x)+1
1696     // ffsl(x)  -> x == 0 ? 0 : llvm.cttz(x)+1
1697     // ffsll(x) -> x == 0 ? 0 : llvm.cttz(x)+1
1698     const Type *ArgType = TheCall->getOperand(1)->getType();
1699     const char *CTTZName;
1700     assert(ArgType->getTypeID() == Type::IntegerTyID &&
1701            "llvm.cttz argument is not an integer?");
1702     unsigned BitWidth = cast<IntegerType>(ArgType)->getBitWidth();
1703     if (BitWidth == 8)
1704       CTTZName = "llvm.cttz.i8";
1705     else if (BitWidth == 16)
1706       CTTZName = "llvm.cttz.i16"; 
1707     else if (BitWidth == 32)
1708       CTTZName = "llvm.cttz.i32";
1709     else {
1710       assert(BitWidth == 64 && "Unknown bitwidth");
1711       CTTZName = "llvm.cttz.i64";
1712     }
1713     
1714     Constant *F = SLC.getModule()->getOrInsertFunction(CTTZName, ArgType,
1715                                                        ArgType, NULL);
1716     Value *V = CastInst::createIntegerCast(TheCall->getOperand(1), ArgType, 
1717                                            false/*ZExt*/, "tmp", TheCall);
1718     Value *V2 = new CallInst(F, V, "tmp", TheCall);
1719     V2 = CastInst::createIntegerCast(V2, Type::Int32Ty, false/*ZExt*/, 
1720                                      "tmp", TheCall);
1721     V2 = BinaryOperator::createAdd(V2, ConstantInt::get(Type::Int32Ty, 1),
1722                                    "tmp", TheCall);
1723     Value *Cond = new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_EQ, V, 
1724                                Constant::getNullValue(V->getType()), "tmp", 
1725                                TheCall);
1726     V2 = new SelectInst(Cond, ConstantInt::get(Type::Int32Ty, 0), V2,
1727                         TheCall->getName(), TheCall);
1728     return ReplaceCallWith(TheCall, V2);
1729   }
1730 } FFSOptimizer;
1731
1732 /// This LibCallOptimization will simplify calls to the "ffsl" library
1733 /// calls. It simply uses FFSOptimization for which the transformation is
1734 /// identical.
1735 /// @brief Simplify the ffsl library function.
1736 struct VISIBILITY_HIDDEN FFSLOptimization : public FFSOptimization {
1737 public:
1738   /// @brief Default Constructor
1739   FFSLOptimization() : FFSOptimization("ffsl",
1740       "Number of 'ffsl' calls simplified") {}
1741
1742 } FFSLOptimizer;
1743
1744 /// This LibCallOptimization will simplify calls to the "ffsll" library
1745 /// calls. It simply uses FFSOptimization for which the transformation is
1746 /// identical.
1747 /// @brief Simplify the ffsl library function.
1748 struct VISIBILITY_HIDDEN FFSLLOptimization : public FFSOptimization {
1749 public:
1750   /// @brief Default Constructor
1751   FFSLLOptimization() : FFSOptimization("ffsll",
1752       "Number of 'ffsll' calls simplified") {}
1753
1754 } FFSLLOptimizer;
1755
1756 /// This optimizes unary functions that take and return doubles.
1757 struct UnaryDoubleFPOptimizer : public LibCallOptimization {
1758   UnaryDoubleFPOptimizer(const char *Fn, const char *Desc)
1759   : LibCallOptimization(Fn, Desc) {}
1760   
1761   // Make sure that this function has the right prototype
1762   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function *F, SimplifyLibCalls &SLC){
1763     return F->arg_size() == 1 && F->arg_begin()->getType() == Type::DoubleTy &&
1764            F->getReturnType() == Type::DoubleTy;
1765   }
1766
1767   /// ShrinkFunctionToFloatVersion - If the input to this function is really a
1768   /// float, strength reduce this to a float version of the function,
1769   /// e.g. floor((double)FLT) -> (double)floorf(FLT).  This can only be called
1770   /// when the target supports the destination function and where there can be
1771   /// no precision loss.
1772   static bool ShrinkFunctionToFloatVersion(CallInst *CI, SimplifyLibCalls &SLC,
1773                                            Constant *(SimplifyLibCalls::*FP)()){
1774     if (FPExtInst *Cast = dyn_cast<FPExtInst>(CI->getOperand(1)))
1775       if (Cast->getOperand(0)->getType() == Type::FloatTy) {
1776         Value *New = new CallInst((SLC.*FP)(), Cast->getOperand(0),
1777                                   CI->getName(), CI);
1778         New = new FPExtInst(New, Type::DoubleTy, CI->getName(), CI);
1779         CI->replaceAllUsesWith(New);
1780         CI->eraseFromParent();
1781         if (Cast->use_empty())
1782           Cast->eraseFromParent();
1783         return true;
1784       }
1785     return false;
1786   }
1787 };
1788
1789
1790 struct VISIBILITY_HIDDEN FloorOptimization : public UnaryDoubleFPOptimizer {
1791   FloorOptimization()
1792     : UnaryDoubleFPOptimizer("floor", "Number of 'floor' calls simplified") {}
1793   
1794   virtual bool OptimizeCall(CallInst *CI, SimplifyLibCalls &SLC) {
1795 #ifdef HAVE_FLOORF
1796     // If this is a float argument passed in, convert to floorf.
1797     if (ShrinkFunctionToFloatVersion(CI, SLC, &SimplifyLibCalls::get_floorf))
1798       return true;
1799 #endif
1800     return false; // opt failed
1801   }
1802 } FloorOptimizer;
1803
1804 struct VISIBILITY_HIDDEN CeilOptimization : public UnaryDoubleFPOptimizer {
1805   CeilOptimization()
1806   : UnaryDoubleFPOptimizer("ceil", "Number of 'ceil' calls simplified") {}
1807   
1808   virtual bool OptimizeCall(CallInst *CI, SimplifyLibCalls &SLC) {
1809 #ifdef HAVE_CEILF
1810     // If this is a float argument passed in, convert to ceilf.
1811     if (ShrinkFunctionToFloatVersion(CI, SLC, &SimplifyLibCalls::get_ceilf))
1812       return true;
1813 #endif
1814     return false; // opt failed
1815   }
1816 } CeilOptimizer;
1817
1818 struct VISIBILITY_HIDDEN RoundOptimization : public UnaryDoubleFPOptimizer {
1819   RoundOptimization()
1820   : UnaryDoubleFPOptimizer("round", "Number of 'round' calls simplified") {}
1821   
1822   virtual bool OptimizeCall(CallInst *CI, SimplifyLibCalls &SLC) {
1823 #ifdef HAVE_ROUNDF
1824     // If this is a float argument passed in, convert to roundf.
1825     if (ShrinkFunctionToFloatVersion(CI, SLC, &SimplifyLibCalls::get_roundf))
1826       return true;
1827 #endif
1828     return false; // opt failed
1829   }
1830 } RoundOptimizer;
1831
1832 struct VISIBILITY_HIDDEN RintOptimization : public UnaryDoubleFPOptimizer {
1833   RintOptimization()
1834   : UnaryDoubleFPOptimizer("rint", "Number of 'rint' calls simplified") {}
1835   
1836   virtual bool OptimizeCall(CallInst *CI, SimplifyLibCalls &SLC) {
1837 #ifdef HAVE_RINTF
1838     // If this is a float argument passed in, convert to rintf.
1839     if (ShrinkFunctionToFloatVersion(CI, SLC, &SimplifyLibCalls::get_rintf))
1840       return true;
1841 #endif
1842     return false; // opt failed
1843   }
1844 } RintOptimizer;
1845
1846 struct VISIBILITY_HIDDEN NearByIntOptimization : public UnaryDoubleFPOptimizer {
1847   NearByIntOptimization()
1848   : UnaryDoubleFPOptimizer("nearbyint",
1849                            "Number of 'nearbyint' calls simplified") {}
1850   
1851   virtual bool OptimizeCall(CallInst *CI, SimplifyLibCalls &SLC) {
1852 #ifdef HAVE_NEARBYINTF
1853     // If this is a float argument passed in, convert to nearbyintf.
1854     if (ShrinkFunctionToFloatVersion(CI, SLC,&SimplifyLibCalls::get_nearbyintf))
1855       return true;
1856 #endif
1857     return false; // opt failed
1858   }
1859 } NearByIntOptimizer;
1860
1861 /// GetConstantStringInfo - This function computes the length of a
1862 /// null-terminated constant array of integers.  This function can't rely on the
1863 /// size of the constant array because there could be a null terminator in the
1864 /// middle of the array.
1865 ///
1866 /// We also have to bail out if we find a non-integer constant initializer
1867 /// of one of the elements or if there is no null-terminator. The logic
1868 /// below checks each of these conditions and will return true only if all
1869 /// conditions are met.  If the conditions aren't met, this returns false.
1870 ///
1871 /// If successful, the \p Array param is set to the constant array being
1872 /// indexed, the \p Length parameter is set to the length of the null-terminated
1873 /// string pointed to by V, the \p StartIdx value is set to the first
1874 /// element of the Array that V points to, and true is returned.
1875 static bool GetConstantStringInfo(Value *V, std::string &Str) {
1876   // Look through noop bitcast instructions.
1877   if (BitCastInst *BCI = dyn_cast<BitCastInst>(V)) {
1878     if (BCI->getType() == BCI->getOperand(0)->getType())
1879       return GetConstantStringInfo(BCI->getOperand(0), Str);
1880     return false;
1881   }
1882   
1883   // If the value is not a GEP instruction nor a constant expression with a
1884   // GEP instruction, then return false because ConstantArray can't occur
1885   // any other way
1886   User *GEP = 0;
1887   if (GetElementPtrInst *GEPI = dyn_cast<GetElementPtrInst>(V)) {
1888     GEP = GEPI;
1889   } else if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(V)) {
1890     if (CE->getOpcode() != Instruction::GetElementPtr)
1891       return false;
1892     GEP = CE;
1893   } else {
1894     return false;
1895   }
1896
1897   // Make sure the GEP has exactly three arguments.
1898   if (GEP->getNumOperands() != 3)
1899     return false;
1900
1901   // Check to make sure that the first operand of the GEP is an integer and
1902   // has value 0 so that we are sure we're indexing into the initializer.
1903   if (ConstantInt *Idx = dyn_cast<ConstantInt>(GEP->getOperand(1))) {
1904     if (!Idx->isZero())
1905       return false;
1906   } else
1907     return false;
1908
1909   // If the second index isn't a ConstantInt, then this is a variable index
1910   // into the array.  If this occurs, we can't say anything meaningful about
1911   // the string.
1912   uint64_t StartIdx = 0;
1913   if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(GEP->getOperand(2)))
1914     StartIdx = CI->getZExtValue();
1915   else
1916     return false;
1917
1918   // The GEP instruction, constant or instruction, must reference a global
1919   // variable that is a constant and is initialized. The referenced constant
1920   // initializer is the array that we'll use for optimization.
1921   GlobalVariable* GV = dyn_cast<GlobalVariable>(GEP->getOperand(0));
1922   if (!GV || !GV->isConstant() || !GV->hasInitializer())
1923     return false;
1924   Constant *GlobalInit = GV->getInitializer();
1925
1926   // Handle the ConstantAggregateZero case
1927   if (isa<ConstantAggregateZero>(GlobalInit)) {
1928     // This is a degenerate case. The initializer is constant zero so the
1929     // length of the string must be zero.
1930     Str.clear();
1931     return true;
1932   }
1933
1934   // Must be a Constant Array
1935   ConstantArray *Array = dyn_cast<ConstantArray>(GlobalInit);
1936   if (!Array) return false;
1937
1938   // Get the number of elements in the array
1939   uint64_t NumElts = Array->getType()->getNumElements();
1940
1941   // Traverse the constant array from StartIdx (derived above) which is
1942   // the place the GEP refers to in the array.
1943   for (unsigned i = StartIdx; i < NumElts; ++i) {
1944     Constant *Elt = Array->getOperand(i);
1945     ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(Elt);
1946     if (!CI) // This array isn't suitable, non-int initializer.
1947       return false;
1948     if (CI->isZero())
1949       return true; // we found end of string, success!
1950     Str += (char)CI->getZExtValue();
1951   }
1952   
1953   return false; // The array isn't null terminated.
1954 }
1955
1956 /// CastToCStr - Return V if it is an sbyte*, otherwise cast it to sbyte*,
1957 /// inserting the cast before IP, and return the cast.
1958 /// @brief Cast a value to a "C" string.
1959 static Value *CastToCStr(Value *V, Instruction *IP) {
1960   assert(isa<PointerType>(V->getType()) && 
1961          "Can't cast non-pointer type to C string type");
1962   const Type *SBPTy = PointerType::getUnqual(Type::Int8Ty);
1963   if (V->getType() != SBPTy)
1964     return new BitCastInst(V, SBPTy, V->getName(), IP);
1965   return V;
1966 }
1967
1968 // TODO:
1969 //   Additional cases that we need to add to this file:
1970 //
1971 // cbrt:
1972 //   * cbrt(expN(X))  -> expN(x/3)
1973 //   * cbrt(sqrt(x))  -> pow(x,1/6)
1974 //   * cbrt(sqrt(x))  -> pow(x,1/9)
1975 //
1976 // cos, cosf, cosl:
1977 //   * cos(-x)  -> cos(x)
1978 //
1979 // exp, expf, expl:
1980 //   * exp(log(x))  -> x
1981 //
1982 // log, logf, logl:
1983 //   * log(exp(x))   -> x
1984 //   * log(x**y)     -> y*log(x)
1985 //   * log(exp(y))   -> y*log(e)
1986 //   * log(exp2(y))  -> y*log(2)
1987 //   * log(exp10(y)) -> y*log(10)
1988 //   * log(sqrt(x))  -> 0.5*log(x)
1989 //   * log(pow(x,y)) -> y*log(x)
1990 //
1991 // lround, lroundf, lroundl:
1992 //   * lround(cnst) -> cnst'
1993 //
1994 // memcmp:
1995 //   * memcmp(x,y,l)   -> cnst
1996 //      (if all arguments are constant and strlen(x) <= l and strlen(y) <= l)
1997 //
1998 // memmove:
1999 //   * memmove(d,s,l,a) -> memcpy(d,s,l,a)
2000 //       (if s is a global constant array)
2001 //
2002 // pow, powf, powl:
2003 //   * pow(exp(x),y)  -> exp(x*y)
2004 //   * pow(sqrt(x),y) -> pow(x,y*0.5)
2005 //   * pow(pow(x,y),z)-> pow(x,y*z)
2006 //
2007 // puts:
2008 //   * puts("") -> putchar("\n")
2009 //
2010 // round, roundf, roundl:
2011 //   * round(cnst) -> cnst'
2012 //
2013 // signbit:
2014 //   * signbit(cnst) -> cnst'
2015 //   * signbit(nncst) -> 0 (if pstv is a non-negative constant)
2016 //
2017 // sqrt, sqrtf, sqrtl:
2018 //   * sqrt(expN(x))  -> expN(x*0.5)
2019 //   * sqrt(Nroot(x)) -> pow(x,1/(2*N))
2020 //   * sqrt(pow(x,y)) -> pow(|x|,y*0.5)
2021 //
2022 // stpcpy:
2023 //   * stpcpy(str, "literal") ->
2024 //           llvm.memcpy(str,"literal",strlen("literal")+1,1)
2025 // strrchr:
2026 //   * strrchr(s,c) -> reverse_offset_of_in(c,s)
2027 //      (if c is a constant integer and s is a constant string)
2028 //   * strrchr(s1,0) -> strchr(s1,0)
2029 //
2030 // strncat:
2031 //   * strncat(x,y,0) -> x
2032 //   * strncat(x,y,0) -> x (if strlen(y) = 0)
2033 //   * strncat(x,y,l) -> strcat(x,y) (if y and l are constants an l > strlen(y))
2034 //
2035 // strncpy:
2036 //   * strncpy(d,s,0) -> d
2037 //   * strncpy(d,s,l) -> memcpy(d,s,l,1)
2038 //      (if s and l are constants)
2039 //
2040 // strpbrk:
2041 //   * strpbrk(s,a) -> offset_in_for(s,a)
2042 //      (if s and a are both constant strings)
2043 //   * strpbrk(s,"") -> 0
2044 //   * strpbrk(s,a) -> strchr(s,a[0]) (if a is constant string of length 1)
2045 //
2046 // strspn, strcspn:
2047 //   * strspn(s,a)   -> const_int (if both args are constant)
2048 //   * strspn("",a)  -> 0
2049 //   * strspn(s,"")  -> 0
2050 //   * strcspn(s,a)  -> const_int (if both args are constant)
2051 //   * strcspn("",a) -> 0
2052 //   * strcspn(s,"") -> strlen(a)
2053 //
2054 // strstr:
2055 //   * strstr(x,x)  -> x
2056 //   * strstr(s1,s2) -> offset_of_s2_in(s1)
2057 //       (if s1 and s2 are constant strings)
2058 //
2059 // tan, tanf, tanl:
2060 //   * tan(atan(x)) -> x
2061 //
2062 // trunc, truncf, truncl:
2063 //   * trunc(cnst) -> cnst'
2064 //
2065 //
2066 }