Adding dllimport, dllexport and external weak linkage types.
[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 was developed by Reid Spencer and is distributed under the
6 // University of Illinois Open Source 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/hash_map"
27 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
28 #include "llvm/Config/config.h"
29 #include "llvm/Support/Debug.h"
30 #include "llvm/Target/TargetData.h"
31 #include "llvm/Transforms/IPO.h"
32 using namespace llvm;
33
34 namespace {
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("simplify-libcalls",
39   "Number of library calls simplified");
40
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 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 #ifndef NDEBUG
80     , occurrences("simplify-libcalls", Description)
81 #endif
82   {
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   /// @brief Called by SimplifyLibCalls to update the occurrences statistic.
131   void succeeded() {
132 #ifndef NDEBUG
133     DEBUG(++occurrences);
134 #endif
135   }
136 };
137
138 /// This class is an LLVM Pass that applies each of the LibCallOptimization
139 /// instances to all the call sites in a module, relatively efficiently. The
140 /// purpose of this pass is to provide optimizations for calls to well-known
141 /// functions with well-known semantics, such as those in the c library. The
142 /// class provides the basic infrastructure for handling runOnModule.  Whenever
143 /// this pass finds a function call, it asks the appropriate optimizer to
144 /// validate the call (ValidateLibraryCall). If it is validated, then
145 /// the OptimizeCall method is also called.
146 /// @brief A ModulePass for optimizing well-known function calls.
147 class SimplifyLibCalls : public ModulePass {
148 public:
149   /// We need some target data for accurate signature details that are
150   /// target dependent. So we require target data in our AnalysisUsage.
151   /// @brief Require TargetData from AnalysisUsage.
152   virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage& Info) const {
153     // Ask that the TargetData analysis be performed before us so we can use
154     // the target data.
155     Info.addRequired<TargetData>();
156   }
157
158   /// For this pass, process all of the function calls in the module, calling
159   /// ValidateLibraryCall and OptimizeCall as appropriate.
160   /// @brief Run all the lib call optimizations on a Module.
161   virtual bool runOnModule(Module &M) {
162     reset(M);
163
164     bool result = false;
165     hash_map<std::string, LibCallOptimization*> OptznMap;
166     for (LibCallOptimization *Optzn = OptList; Optzn; Optzn = Optzn->getNext())
167       OptznMap[Optzn->getFunctionName()] = Optzn;
168
169     // The call optimizations can be recursive. That is, the optimization might
170     // generate a call to another function which can also be optimized. This way
171     // we make the LibCallOptimization instances very specific to the case they
172     // handle. It also means we need to keep running over the function calls in
173     // the module until we don't get any more optimizations possible.
174     bool found_optimization = false;
175     do {
176       found_optimization = false;
177       for (Module::iterator FI = M.begin(), FE = M.end(); FI != FE; ++FI) {
178         // All the "well-known" functions are external and have external linkage
179         // because they live in a runtime library somewhere and were (probably)
180         // not compiled by LLVM.  So, we only act on external functions that
181         // have external or dllimport linkage and non-empty uses.
182         if (!FI->isExternal() ||
183             !(FI->hasExternalLinkage() || FI->hasDLLImportLinkage()) ||
184             FI->use_empty())
185           continue;
186
187         // Get the optimization class that pertains to this function
188         hash_map<std::string, LibCallOptimization*>::iterator OMI =
189           OptznMap.find(FI->getName());
190         if (OMI == OptznMap.end()) continue;
191         
192         LibCallOptimization *CO = OMI->second;
193
194         // Make sure the called function is suitable for the optimization
195         if (!CO->ValidateCalledFunction(FI, *this))
196           continue;
197
198         // Loop over each of the uses of the function
199         for (Value::use_iterator UI = FI->use_begin(), UE = FI->use_end();
200              UI != UE ; ) {
201           // If the use of the function is a call instruction
202           if (CallInst* CI = dyn_cast<CallInst>(*UI++)) {
203             // Do the optimization on the LibCallOptimization.
204             if (CO->OptimizeCall(CI, *this)) {
205               ++SimplifiedLibCalls;
206               found_optimization = result = true;
207               CO->succeeded();
208             }
209           }
210         }
211       }
212     } while (found_optimization);
213     
214     return result;
215   }
216
217   /// @brief Return the *current* module we're working on.
218   Module* getModule() const { return M; }
219
220   /// @brief Return the *current* target data for the module we're working on.
221   TargetData* getTargetData() const { return TD; }
222
223   /// @brief Return the size_t type -- syntactic shortcut
224   const Type* getIntPtrType() const { return TD->getIntPtrType(); }
225
226   /// @brief Return a Function* for the putchar libcall
227   Function* get_putchar() {
228     if (!putchar_func)
229       putchar_func = M->getOrInsertFunction("putchar", Type::IntTy, Type::IntTy,
230                                             NULL);
231     return putchar_func;
232   }
233
234   /// @brief Return a Function* for the puts libcall
235   Function* get_puts() {
236     if (!puts_func)
237       puts_func = M->getOrInsertFunction("puts", Type::IntTy,
238                                          PointerType::get(Type::SByteTy),
239                                          NULL);
240     return puts_func;
241   }
242
243   /// @brief Return a Function* for the fputc libcall
244   Function* get_fputc(const Type* FILEptr_type) {
245     if (!fputc_func)
246       fputc_func = M->getOrInsertFunction("fputc", Type::IntTy, Type::IntTy,
247                                           FILEptr_type, NULL);
248     return fputc_func;
249   }
250
251   /// @brief Return a Function* for the fputs libcall
252   Function* get_fputs(const Type* FILEptr_type) {
253     if (!fputs_func)
254       fputs_func = M->getOrInsertFunction("fputs", Type::IntTy,
255                                           PointerType::get(Type::SByteTy),
256                                           FILEptr_type, NULL);
257     return fputs_func;
258   }
259
260   /// @brief Return a Function* for the fwrite libcall
261   Function* get_fwrite(const Type* FILEptr_type) {
262     if (!fwrite_func)
263       fwrite_func = M->getOrInsertFunction("fwrite", TD->getIntPtrType(),
264                                            PointerType::get(Type::SByteTy),
265                                            TD->getIntPtrType(),
266                                            TD->getIntPtrType(),
267                                            FILEptr_type, NULL);
268     return fwrite_func;
269   }
270
271   /// @brief Return a Function* for the sqrt libcall
272   Function* get_sqrt() {
273     if (!sqrt_func)
274       sqrt_func = M->getOrInsertFunction("sqrt", Type::DoubleTy, 
275                                          Type::DoubleTy, NULL);
276     return sqrt_func;
277   }
278
279   /// @brief Return a Function* for the strlen libcall
280   Function* get_strcpy() {
281     if (!strcpy_func)
282       strcpy_func = M->getOrInsertFunction("strcpy",
283                                            PointerType::get(Type::SByteTy),
284                                            PointerType::get(Type::SByteTy),
285                                            PointerType::get(Type::SByteTy),
286                                            NULL);
287     return strcpy_func;
288   }
289
290   /// @brief Return a Function* for the strlen libcall
291   Function* get_strlen() {
292     if (!strlen_func)
293       strlen_func = M->getOrInsertFunction("strlen", TD->getIntPtrType(),
294                                            PointerType::get(Type::SByteTy),
295                                            NULL);
296     return strlen_func;
297   }
298
299   /// @brief Return a Function* for the memchr libcall
300   Function* get_memchr() {
301     if (!memchr_func)
302       memchr_func = M->getOrInsertFunction("memchr",
303                                            PointerType::get(Type::SByteTy),
304                                            PointerType::get(Type::SByteTy),
305                                            Type::IntTy, TD->getIntPtrType(),
306                                            NULL);
307     return memchr_func;
308   }
309
310   /// @brief Return a Function* for the memcpy libcall
311   Function* get_memcpy() {
312     if (!memcpy_func) {
313       const Type *SBP = PointerType::get(Type::SByteTy);
314       const char *N = TD->getIntPtrType() == Type::UIntTy ?
315                             "llvm.memcpy.i32" : "llvm.memcpy.i64";
316       memcpy_func = M->getOrInsertFunction(N, Type::VoidTy, SBP, SBP,
317                                            TD->getIntPtrType(), Type::UIntTy,
318                                            NULL);
319     }
320     return memcpy_func;
321   }
322
323   Function *getUnaryFloatFunction(const char *Name, Function *&Cache) {
324     if (!Cache)
325       Cache = M->getOrInsertFunction(Name, Type::FloatTy, Type::FloatTy, NULL);
326     return Cache;
327   }
328   
329   Function *get_floorf() { return getUnaryFloatFunction("floorf", floorf_func);}
330   Function *get_ceilf()  { return getUnaryFloatFunction( "ceilf",  ceilf_func);}
331   Function *get_roundf() { return getUnaryFloatFunction("roundf", roundf_func);}
332   Function *get_rintf()  { return getUnaryFloatFunction( "rintf",  rintf_func);}
333   Function *get_nearbyintf() { return getUnaryFloatFunction("nearbyintf",
334                                                             nearbyintf_func); }
335 private:
336   /// @brief Reset our cached data for a new Module
337   void reset(Module& mod) {
338     M = &mod;
339     TD = &getAnalysis<TargetData>();
340     putchar_func = 0;
341     puts_func = 0;
342     fputc_func = 0;
343     fputs_func = 0;
344     fwrite_func = 0;
345     memcpy_func = 0;
346     memchr_func = 0;
347     sqrt_func   = 0;
348     strcpy_func = 0;
349     strlen_func = 0;
350     floorf_func = 0;
351     ceilf_func = 0;
352     roundf_func = 0;
353     rintf_func = 0;
354     nearbyintf_func = 0;
355   }
356
357 private:
358   /// Caches for function pointers.
359   Function *putchar_func, *puts_func;
360   Function *fputc_func, *fputs_func, *fwrite_func;
361   Function *memcpy_func, *memchr_func;
362   Function* sqrt_func;
363   Function *strcpy_func, *strlen_func;
364   Function *floorf_func, *ceilf_func, *roundf_func;
365   Function *rintf_func, *nearbyintf_func;
366   Module *M;             ///< Cached Module
367   TargetData *TD;        ///< Cached TargetData
368 };
369
370 // Register the pass
371 RegisterPass<SimplifyLibCalls>
372 X("simplify-libcalls", "Simplify well-known library calls");
373
374 } // anonymous namespace
375
376 // The only public symbol in this file which just instantiates the pass object
377 ModulePass *llvm::createSimplifyLibCallsPass() {
378   return new SimplifyLibCalls();
379 }
380
381 // Classes below here, in the anonymous namespace, are all subclasses of the
382 // LibCallOptimization class, each implementing all optimizations possible for a
383 // single well-known library call. Each has a static singleton instance that
384 // auto registers it into the "optlist" global above.
385 namespace {
386
387 // Forward declare utility functions.
388 bool getConstantStringLength(Value* V, uint64_t& len, ConstantArray** A = 0 );
389 Value *CastToCStr(Value *V, Instruction &IP);
390
391 /// This LibCallOptimization will find instances of a call to "exit" that occurs
392 /// within the "main" function and change it to a simple "ret" instruction with
393 /// the same value passed to the exit function. When this is done, it splits the
394 /// basic block at the exit(3) call and deletes the call instruction.
395 /// @brief Replace calls to exit in main with a simple return
396 struct ExitInMainOptimization : public LibCallOptimization {
397   ExitInMainOptimization() : LibCallOptimization("exit",
398       "Number of 'exit' calls simplified") {}
399
400   // Make sure the called function looks like exit (int argument, int return
401   // type, external linkage, not varargs).
402   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function *F, SimplifyLibCalls &SLC){
403     return F->arg_size() >= 1 && F->arg_begin()->getType()->isInteger();
404   }
405
406   virtual bool OptimizeCall(CallInst* ci, SimplifyLibCalls& SLC) {
407     // To be careful, we check that the call to exit is coming from "main", that
408     // main has external linkage, and the return type of main and the argument
409     // to exit have the same type.
410     Function *from = ci->getParent()->getParent();
411     if (from->hasExternalLinkage())
412       if (from->getReturnType() == ci->getOperand(1)->getType())
413         if (from->getName() == "main") {
414           // Okay, time to actually do the optimization. First, get the basic
415           // block of the call instruction
416           BasicBlock* bb = ci->getParent();
417
418           // Create a return instruction that we'll replace the call with.
419           // Note that the argument of the return is the argument of the call
420           // instruction.
421           new ReturnInst(ci->getOperand(1), ci);
422
423           // Split the block at the call instruction which places it in a new
424           // basic block.
425           bb->splitBasicBlock(ci);
426
427           // The block split caused a branch instruction to be inserted into
428           // the end of the original block, right after the return instruction
429           // that we put there. That's not a valid block, so delete the branch
430           // instruction.
431           bb->getInstList().pop_back();
432
433           // Now we can finally get rid of the call instruction which now lives
434           // in the new basic block.
435           ci->eraseFromParent();
436
437           // Optimization succeeded, return true.
438           return true;
439         }
440     // We didn't pass the criteria for this optimization so return false
441     return false;
442   }
443 } ExitInMainOptimizer;
444
445 /// This LibCallOptimization will simplify a call to the strcat library
446 /// function. The simplification is possible only if the string being
447 /// concatenated is a constant array or a constant expression that results in
448 /// a constant string. In this case we can replace it with strlen + llvm.memcpy
449 /// of the constant string. Both of these calls are further reduced, if possible
450 /// on subsequent passes.
451 /// @brief Simplify the strcat library function.
452 struct StrCatOptimization : public LibCallOptimization {
453 public:
454   /// @brief Default constructor
455   StrCatOptimization() : LibCallOptimization("strcat",
456       "Number of 'strcat' calls simplified") {}
457
458 public:
459
460   /// @brief Make sure that the "strcat" function has the right prototype
461   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function* f, SimplifyLibCalls& SLC){
462     if (f->getReturnType() == PointerType::get(Type::SByteTy))
463       if (f->arg_size() == 2)
464       {
465         Function::const_arg_iterator AI = f->arg_begin();
466         if (AI++->getType() == PointerType::get(Type::SByteTy))
467           if (AI->getType() == PointerType::get(Type::SByteTy))
468           {
469             // Indicate this is a suitable call type.
470             return true;
471           }
472       }
473     return false;
474   }
475
476   /// @brief Optimize the strcat library function
477   virtual bool OptimizeCall(CallInst* ci, SimplifyLibCalls& SLC) {
478     // Extract some information from the instruction
479     Value* dest = ci->getOperand(1);
480     Value* src  = ci->getOperand(2);
481
482     // Extract the initializer (while making numerous checks) from the
483     // source operand of the call to strcat. If we get null back, one of
484     // a variety of checks in get_GVInitializer failed
485     uint64_t len = 0;
486     if (!getConstantStringLength(src,len))
487       return false;
488
489     // Handle the simple, do-nothing case
490     if (len == 0) {
491       ci->replaceAllUsesWith(dest);
492       ci->eraseFromParent();
493       return true;
494     }
495
496     // Increment the length because we actually want to memcpy the null
497     // terminator as well.
498     len++;
499
500     // We need to find the end of the destination string.  That's where the
501     // memory is to be moved to. We just generate a call to strlen (further
502     // optimized in another pass).  Note that the SLC.get_strlen() call
503     // caches the Function* for us.
504     CallInst* strlen_inst =
505       new CallInst(SLC.get_strlen(), dest, dest->getName()+".len",ci);
506
507     // Now that we have the destination's length, we must index into the
508     // destination's pointer to get the actual memcpy destination (end of
509     // the string .. we're concatenating).
510     std::vector<Value*> idx;
511     idx.push_back(strlen_inst);
512     GetElementPtrInst* gep =
513       new GetElementPtrInst(dest,idx,dest->getName()+".indexed",ci);
514
515     // We have enough information to now generate the memcpy call to
516     // do the concatenation for us.
517     std::vector<Value*> vals;
518     vals.push_back(gep); // destination
519     vals.push_back(ci->getOperand(2)); // source
520     vals.push_back(ConstantUInt::get(SLC.getIntPtrType(),len)); // length
521     vals.push_back(ConstantUInt::get(Type::UIntTy,1)); // alignment
522     new CallInst(SLC.get_memcpy(), vals, "", ci);
523
524     // Finally, substitute the first operand of the strcat call for the
525     // strcat call itself since strcat returns its first operand; and,
526     // kill the strcat CallInst.
527     ci->replaceAllUsesWith(dest);
528     ci->eraseFromParent();
529     return true;
530   }
531 } StrCatOptimizer;
532
533 /// This LibCallOptimization will simplify a call to the strchr library
534 /// function.  It optimizes out cases where the arguments are both constant
535 /// and the result can be determined statically.
536 /// @brief Simplify the strcmp library function.
537 struct StrChrOptimization : public LibCallOptimization {
538 public:
539   StrChrOptimization() : LibCallOptimization("strchr",
540       "Number of 'strchr' calls simplified") {}
541
542   /// @brief Make sure that the "strchr" function has the right prototype
543   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function* f, SimplifyLibCalls& SLC){
544     if (f->getReturnType() == PointerType::get(Type::SByteTy) &&
545         f->arg_size() == 2)
546       return true;
547     return false;
548   }
549
550   /// @brief Perform the strchr optimizations
551   virtual bool OptimizeCall(CallInst *ci, SimplifyLibCalls &SLC) {
552     // If there aren't three operands, bail
553     if (ci->getNumOperands() != 3)
554       return false;
555
556     // Check that the first argument to strchr is a constant array of sbyte.
557     // If it is, get the length and data, otherwise return false.
558     uint64_t len = 0;
559     ConstantArray* CA;
560     if (!getConstantStringLength(ci->getOperand(1),len,&CA))
561       return false;
562
563     // Check that the second argument to strchr is a constant int, return false
564     // if it isn't
565     ConstantSInt* CSI = dyn_cast<ConstantSInt>(ci->getOperand(2));
566     if (!CSI) {
567       // Just lower this to memchr since we know the length of the string as
568       // it is constant.
569       Function* f = SLC.get_memchr();
570       std::vector<Value*> args;
571       args.push_back(ci->getOperand(1));
572       args.push_back(ci->getOperand(2));
573       args.push_back(ConstantUInt::get(SLC.getIntPtrType(),len));
574       ci->replaceAllUsesWith( new CallInst(f,args,ci->getName(),ci));
575       ci->eraseFromParent();
576       return true;
577     }
578
579     // Get the character we're looking for
580     int64_t chr = CSI->getValue();
581
582     // Compute the offset
583     uint64_t offset = 0;
584     bool char_found = false;
585     for (uint64_t i = 0; i < len; ++i) {
586       if (ConstantSInt* CI = dyn_cast<ConstantSInt>(CA->getOperand(i))) {
587         // Check for the null terminator
588         if (CI->isNullValue())
589           break; // we found end of string
590         else if (CI->getValue() == chr) {
591           char_found = true;
592           offset = i;
593           break;
594         }
595       }
596     }
597
598     // strchr(s,c)  -> offset_of_in(c,s)
599     //    (if c is a constant integer and s is a constant string)
600     if (char_found) {
601       std::vector<Value*> indices;
602       indices.push_back(ConstantUInt::get(Type::ULongTy,offset));
603       GetElementPtrInst* GEP = new GetElementPtrInst(ci->getOperand(1),indices,
604           ci->getOperand(1)->getName()+".strchr",ci);
605       ci->replaceAllUsesWith(GEP);
606     } else {
607       ci->replaceAllUsesWith(
608           ConstantPointerNull::get(PointerType::get(Type::SByteTy)));
609     }
610     ci->eraseFromParent();
611     return true;
612   }
613 } StrChrOptimizer;
614
615 /// This LibCallOptimization will simplify a call to the strcmp library
616 /// function.  It optimizes out cases where one or both arguments are constant
617 /// and the result can be determined statically.
618 /// @brief Simplify the strcmp library function.
619 struct StrCmpOptimization : public LibCallOptimization {
620 public:
621   StrCmpOptimization() : LibCallOptimization("strcmp",
622       "Number of 'strcmp' calls simplified") {}
623
624   /// @brief Make sure that the "strcmp" function has the right prototype
625   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function *F, SimplifyLibCalls &SLC){
626     return F->getReturnType() == Type::IntTy && F->arg_size() == 2;
627   }
628
629   /// @brief Perform the strcmp optimization
630   virtual bool OptimizeCall(CallInst* ci, SimplifyLibCalls& SLC) {
631     // First, check to see if src and destination are the same. If they are,
632     // then the optimization is to replace the CallInst with a constant 0
633     // because the call is a no-op.
634     Value* s1 = ci->getOperand(1);
635     Value* s2 = ci->getOperand(2);
636     if (s1 == s2) {
637       // strcmp(x,x)  -> 0
638       ci->replaceAllUsesWith(ConstantInt::get(Type::IntTy,0));
639       ci->eraseFromParent();
640       return true;
641     }
642
643     bool isstr_1 = false;
644     uint64_t len_1 = 0;
645     ConstantArray* A1;
646     if (getConstantStringLength(s1,len_1,&A1)) {
647       isstr_1 = true;
648       if (len_1 == 0) {
649         // strcmp("",x) -> *x
650         LoadInst* load =
651           new LoadInst(CastToCStr(s2,*ci), ci->getName()+".load",ci);
652         CastInst* cast =
653           new CastInst(load,Type::IntTy,ci->getName()+".int",ci);
654         ci->replaceAllUsesWith(cast);
655         ci->eraseFromParent();
656         return true;
657       }
658     }
659
660     bool isstr_2 = false;
661     uint64_t len_2 = 0;
662     ConstantArray* A2;
663     if (getConstantStringLength(s2, len_2, &A2)) {
664       isstr_2 = true;
665       if (len_2 == 0) {
666         // strcmp(x,"") -> *x
667         LoadInst* load =
668           new LoadInst(CastToCStr(s1,*ci),ci->getName()+".val",ci);
669         CastInst* cast =
670           new CastInst(load,Type::IntTy,ci->getName()+".int",ci);
671         ci->replaceAllUsesWith(cast);
672         ci->eraseFromParent();
673         return true;
674       }
675     }
676
677     if (isstr_1 && isstr_2) {
678       // strcmp(x,y)  -> cnst  (if both x and y are constant strings)
679       std::string str1 = A1->getAsString();
680       std::string str2 = A2->getAsString();
681       int result = strcmp(str1.c_str(), str2.c_str());
682       ci->replaceAllUsesWith(ConstantSInt::get(Type::IntTy,result));
683       ci->eraseFromParent();
684       return true;
685     }
686     return false;
687   }
688 } StrCmpOptimizer;
689
690 /// This LibCallOptimization will simplify a call to the strncmp library
691 /// function.  It optimizes out cases where one or both arguments are constant
692 /// and the result can be determined statically.
693 /// @brief Simplify the strncmp library function.
694 struct StrNCmpOptimization : public LibCallOptimization {
695 public:
696   StrNCmpOptimization() : LibCallOptimization("strncmp",
697       "Number of 'strncmp' calls simplified") {}
698
699   /// @brief Make sure that the "strncmp" function has the right prototype
700   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function* f, SimplifyLibCalls& SLC){
701     if (f->getReturnType() == Type::IntTy && f->arg_size() == 3)
702       return true;
703     return false;
704   }
705
706   /// @brief Perform the strncpy optimization
707   virtual bool OptimizeCall(CallInst *ci, SimplifyLibCalls &SLC) {
708     // First, check to see if src and destination are the same. If they are,
709     // then the optimization is to replace the CallInst with a constant 0
710     // because the call is a no-op.
711     Value* s1 = ci->getOperand(1);
712     Value* s2 = ci->getOperand(2);
713     if (s1 == s2) {
714       // strncmp(x,x,l)  -> 0
715       ci->replaceAllUsesWith(ConstantInt::get(Type::IntTy,0));
716       ci->eraseFromParent();
717       return true;
718     }
719
720     // Check the length argument, if it is Constant zero then the strings are
721     // considered equal.
722     uint64_t len_arg = 0;
723     bool len_arg_is_const = false;
724     if (ConstantInt* len_CI = dyn_cast<ConstantInt>(ci->getOperand(3))) {
725       len_arg_is_const = true;
726       len_arg = len_CI->getRawValue();
727       if (len_arg == 0) {
728         // strncmp(x,y,0)   -> 0
729         ci->replaceAllUsesWith(ConstantInt::get(Type::IntTy,0));
730         ci->eraseFromParent();
731         return true;
732       }
733     }
734
735     bool isstr_1 = false;
736     uint64_t len_1 = 0;
737     ConstantArray* A1;
738     if (getConstantStringLength(s1, len_1, &A1)) {
739       isstr_1 = true;
740       if (len_1 == 0) {
741         // strncmp("",x) -> *x
742         LoadInst* load = new LoadInst(s1,ci->getName()+".load",ci);
743         CastInst* cast =
744           new CastInst(load,Type::IntTy,ci->getName()+".int",ci);
745         ci->replaceAllUsesWith(cast);
746         ci->eraseFromParent();
747         return true;
748       }
749     }
750
751     bool isstr_2 = false;
752     uint64_t len_2 = 0;
753     ConstantArray* A2;
754     if (getConstantStringLength(s2,len_2,&A2)) {
755       isstr_2 = true;
756       if (len_2 == 0) {
757         // strncmp(x,"") -> *x
758         LoadInst* load = new LoadInst(s2,ci->getName()+".val",ci);
759         CastInst* cast =
760           new CastInst(load,Type::IntTy,ci->getName()+".int",ci);
761         ci->replaceAllUsesWith(cast);
762         ci->eraseFromParent();
763         return true;
764       }
765     }
766
767     if (isstr_1 && isstr_2 && len_arg_is_const) {
768       // strncmp(x,y,const) -> constant
769       std::string str1 = A1->getAsString();
770       std::string str2 = A2->getAsString();
771       int result = strncmp(str1.c_str(), str2.c_str(), len_arg);
772       ci->replaceAllUsesWith(ConstantSInt::get(Type::IntTy,result));
773       ci->eraseFromParent();
774       return true;
775     }
776     return false;
777   }
778 } StrNCmpOptimizer;
779
780 /// This LibCallOptimization will simplify a call to the strcpy library
781 /// function.  Two optimizations are possible:
782 /// (1) If src and dest are the same and not volatile, just return dest
783 /// (2) If the src is a constant then we can convert to llvm.memmove
784 /// @brief Simplify the strcpy library function.
785 struct StrCpyOptimization : public LibCallOptimization {
786 public:
787   StrCpyOptimization() : LibCallOptimization("strcpy",
788       "Number of 'strcpy' calls simplified") {}
789
790   /// @brief Make sure that the "strcpy" function has the right prototype
791   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function* f, SimplifyLibCalls& SLC){
792     if (f->getReturnType() == PointerType::get(Type::SByteTy))
793       if (f->arg_size() == 2) {
794         Function::const_arg_iterator AI = f->arg_begin();
795         if (AI++->getType() == PointerType::get(Type::SByteTy))
796           if (AI->getType() == PointerType::get(Type::SByteTy)) {
797             // Indicate this is a suitable call type.
798             return true;
799           }
800       }
801     return false;
802   }
803
804   /// @brief Perform the strcpy optimization
805   virtual bool OptimizeCall(CallInst* ci, SimplifyLibCalls& SLC) {
806     // First, check to see if src and destination are the same. If they are,
807     // then the optimization is to replace the CallInst with the destination
808     // because the call is a no-op. Note that this corresponds to the
809     // degenerate strcpy(X,X) case which should have "undefined" results
810     // according to the C specification. However, it occurs sometimes and
811     // we optimize it as a no-op.
812     Value* dest = ci->getOperand(1);
813     Value* src = ci->getOperand(2);
814     if (dest == src) {
815       ci->replaceAllUsesWith(dest);
816       ci->eraseFromParent();
817       return true;
818     }
819
820     // Get the length of the constant string referenced by the second operand,
821     // the "src" parameter. Fail the optimization if we can't get the length
822     // (note that getConstantStringLength does lots of checks to make sure this
823     // is valid).
824     uint64_t len = 0;
825     if (!getConstantStringLength(ci->getOperand(2),len))
826       return false;
827
828     // If the constant string's length is zero we can optimize this by just
829     // doing a store of 0 at the first byte of the destination
830     if (len == 0) {
831       new StoreInst(ConstantInt::get(Type::SByteTy,0),ci->getOperand(1),ci);
832       ci->replaceAllUsesWith(dest);
833       ci->eraseFromParent();
834       return true;
835     }
836
837     // Increment the length because we actually want to memcpy the null
838     // terminator as well.
839     len++;
840
841     // We have enough information to now generate the memcpy call to
842     // do the concatenation for us.
843     std::vector<Value*> vals;
844     vals.push_back(dest); // destination
845     vals.push_back(src); // source
846     vals.push_back(ConstantUInt::get(SLC.getIntPtrType(),len)); // length
847     vals.push_back(ConstantUInt::get(Type::UIntTy,1)); // alignment
848     new CallInst(SLC.get_memcpy(), vals, "", ci);
849
850     // Finally, substitute the first operand of the strcat call for the
851     // strcat call itself since strcat returns its first operand; and,
852     // kill the strcat CallInst.
853     ci->replaceAllUsesWith(dest);
854     ci->eraseFromParent();
855     return true;
856   }
857 } StrCpyOptimizer;
858
859 /// This LibCallOptimization will simplify a call to the strlen library
860 /// function by replacing it with a constant value if the string provided to
861 /// it is a constant array.
862 /// @brief Simplify the strlen library function.
863 struct StrLenOptimization : public LibCallOptimization {
864   StrLenOptimization() : LibCallOptimization("strlen",
865       "Number of 'strlen' calls simplified") {}
866
867   /// @brief Make sure that the "strlen" function has the right prototype
868   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function* f, SimplifyLibCalls& SLC)
869   {
870     if (f->getReturnType() == SLC.getTargetData()->getIntPtrType())
871       if (f->arg_size() == 1)
872         if (Function::const_arg_iterator AI = f->arg_begin())
873           if (AI->getType() == PointerType::get(Type::SByteTy))
874             return true;
875     return false;
876   }
877
878   /// @brief Perform the strlen optimization
879   virtual bool OptimizeCall(CallInst* ci, SimplifyLibCalls& SLC)
880   {
881     // Make sure we're dealing with an sbyte* here.
882     Value* str = ci->getOperand(1);
883     if (str->getType() != PointerType::get(Type::SByteTy))
884       return false;
885
886     // Does the call to strlen have exactly one use?
887     if (ci->hasOneUse())
888       // Is that single use a binary operator?
889       if (BinaryOperator* bop = dyn_cast<BinaryOperator>(ci->use_back()))
890         // Is it compared against a constant integer?
891         if (ConstantInt* CI = dyn_cast<ConstantInt>(bop->getOperand(1)))
892         {
893           // Get the value the strlen result is compared to
894           uint64_t val = CI->getRawValue();
895
896           // If its compared against length 0 with == or !=
897           if (val == 0 &&
898               (bop->getOpcode() == Instruction::SetEQ ||
899                bop->getOpcode() == Instruction::SetNE))
900           {
901             // strlen(x) != 0 -> *x != 0
902             // strlen(x) == 0 -> *x == 0
903             LoadInst* load = new LoadInst(str,str->getName()+".first",ci);
904             BinaryOperator* rbop = BinaryOperator::create(bop->getOpcode(),
905               load, ConstantSInt::get(Type::SByteTy,0),
906               bop->getName()+".strlen", ci);
907             bop->replaceAllUsesWith(rbop);
908             bop->eraseFromParent();
909             ci->eraseFromParent();
910             return true;
911           }
912         }
913
914     // Get the length of the constant string operand
915     uint64_t len = 0;
916     if (!getConstantStringLength(ci->getOperand(1),len))
917       return false;
918
919     // strlen("xyz") -> 3 (for example)
920     const Type *Ty = SLC.getTargetData()->getIntPtrType();
921     if (Ty->isSigned())
922       ci->replaceAllUsesWith(ConstantSInt::get(Ty, len));
923     else
924       ci->replaceAllUsesWith(ConstantUInt::get(Ty, len));
925      
926     ci->eraseFromParent();
927     return true;
928   }
929 } StrLenOptimizer;
930
931 /// IsOnlyUsedInEqualsComparison - Return true if it only matters that the value
932 /// is equal or not-equal to zero. 
933 static bool IsOnlyUsedInEqualsZeroComparison(Instruction *I) {
934   for (Value::use_iterator UI = I->use_begin(), E = I->use_end();
935        UI != E; ++UI) {
936     Instruction *User = cast<Instruction>(*UI);
937     if (User->getOpcode() == Instruction::SetNE ||
938         User->getOpcode() == Instruction::SetEQ) {
939       if (isa<Constant>(User->getOperand(1)) && 
940           cast<Constant>(User->getOperand(1))->isNullValue())
941         continue;
942     } else if (CastInst *CI = dyn_cast<CastInst>(User))
943       if (CI->getType() == Type::BoolTy)
944         continue;
945     // Unknown instruction.
946     return false;
947   }
948   return true;
949 }
950
951 /// This memcmpOptimization will simplify a call to the memcmp library
952 /// function.
953 struct memcmpOptimization : public LibCallOptimization {
954   /// @brief Default Constructor
955   memcmpOptimization()
956     : LibCallOptimization("memcmp", "Number of 'memcmp' calls simplified") {}
957   
958   /// @brief Make sure that the "memcmp" function has the right prototype
959   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function *F, SimplifyLibCalls &TD) {
960     Function::const_arg_iterator AI = F->arg_begin();
961     if (F->arg_size() != 3 || !isa<PointerType>(AI->getType())) return false;
962     if (!isa<PointerType>((++AI)->getType())) return false;
963     if (!(++AI)->getType()->isInteger()) return false;
964     if (!F->getReturnType()->isInteger()) return false;
965     return true;
966   }
967   
968   /// Because of alignment and instruction information that we don't have, we
969   /// leave the bulk of this to the code generators.
970   ///
971   /// Note that we could do much more if we could force alignment on otherwise
972   /// small aligned allocas, or if we could indicate that loads have a small
973   /// alignment.
974   virtual bool OptimizeCall(CallInst *CI, SimplifyLibCalls &TD) {
975     Value *LHS = CI->getOperand(1), *RHS = CI->getOperand(2);
976
977     // If the two operands are the same, return zero.
978     if (LHS == RHS) {
979       // memcmp(s,s,x) -> 0
980       CI->replaceAllUsesWith(Constant::getNullValue(CI->getType()));
981       CI->eraseFromParent();
982       return true;
983     }
984     
985     // Make sure we have a constant length.
986     ConstantInt *LenC = dyn_cast<ConstantInt>(CI->getOperand(3));
987     if (!LenC) return false;
988     uint64_t Len = LenC->getRawValue();
989       
990     // If the length is zero, this returns 0.
991     switch (Len) {
992     case 0:
993       // memcmp(s1,s2,0) -> 0
994       CI->replaceAllUsesWith(Constant::getNullValue(CI->getType()));
995       CI->eraseFromParent();
996       return true;
997     case 1: {
998       // memcmp(S1,S2,1) -> *(ubyte*)S1 - *(ubyte*)S2
999       const Type *UCharPtr = PointerType::get(Type::UByteTy);
1000       CastInst *Op1Cast = new CastInst(LHS, UCharPtr, LHS->getName(), CI);
1001       CastInst *Op2Cast = new CastInst(RHS, UCharPtr, RHS->getName(), CI);
1002       Value *S1V = new LoadInst(Op1Cast, LHS->getName()+".val", CI);
1003       Value *S2V = new LoadInst(Op2Cast, RHS->getName()+".val", CI);
1004       Value *RV = BinaryOperator::createSub(S1V, S2V, CI->getName()+".diff",CI);
1005       if (RV->getType() != CI->getType())
1006         RV = new CastInst(RV, CI->getType(), RV->getName(), CI);
1007       CI->replaceAllUsesWith(RV);
1008       CI->eraseFromParent();
1009       return true;
1010     }
1011     case 2:
1012       if (IsOnlyUsedInEqualsZeroComparison(CI)) {
1013         // TODO: IF both are aligned, use a short load/compare.
1014       
1015         // memcmp(S1,S2,2) -> S1[0]-S2[0] | S1[1]-S2[1] iff only ==/!= 0 matters
1016         const Type *UCharPtr = PointerType::get(Type::UByteTy);
1017         CastInst *Op1Cast = new CastInst(LHS, UCharPtr, LHS->getName(), CI);
1018         CastInst *Op2Cast = new CastInst(RHS, UCharPtr, RHS->getName(), CI);
1019         Value *S1V1 = new LoadInst(Op1Cast, LHS->getName()+".val1", CI);
1020         Value *S2V1 = new LoadInst(Op2Cast, RHS->getName()+".val1", CI);
1021         Value *D1 = BinaryOperator::createSub(S1V1, S2V1,
1022                                               CI->getName()+".d1", CI);
1023         Constant *One = ConstantInt::get(Type::IntTy, 1);
1024         Value *G1 = new GetElementPtrInst(Op1Cast, One, "next1v", CI);
1025         Value *G2 = new GetElementPtrInst(Op2Cast, One, "next2v", CI);
1026         Value *S1V2 = new LoadInst(G1, LHS->getName()+".val2", CI);
1027         Value *S2V2 = new LoadInst(G2, RHS->getName()+".val2", CI);
1028         Value *D2 = BinaryOperator::createSub(S1V2, S2V2,
1029                                               CI->getName()+".d1", CI);
1030         Value *Or = BinaryOperator::createOr(D1, D2, CI->getName()+".res", CI);
1031         if (Or->getType() != CI->getType())
1032           Or = new CastInst(Or, CI->getType(), Or->getName(), CI);
1033         CI->replaceAllUsesWith(Or);
1034         CI->eraseFromParent();
1035         return true;
1036       }
1037       break;
1038     default:
1039       break;
1040     }
1041     
1042     return false;
1043   }
1044 } memcmpOptimizer;
1045
1046
1047 /// This LibCallOptimization will simplify a call to the memcpy library
1048 /// function by expanding it out to a single store of size 0, 1, 2, 4, or 8
1049 /// bytes depending on the length of the string and the alignment. Additional
1050 /// optimizations are possible in code generation (sequence of immediate store)
1051 /// @brief Simplify the memcpy library function.
1052 struct LLVMMemCpyMoveOptzn : public LibCallOptimization {
1053   LLVMMemCpyMoveOptzn(const char* fname, const char* desc)
1054   : LibCallOptimization(fname, desc) {}
1055
1056   /// @brief Make sure that the "memcpy" function has the right prototype
1057   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function* f, SimplifyLibCalls& TD) {
1058     // Just make sure this has 4 arguments per LLVM spec.
1059     return (f->arg_size() == 4);
1060   }
1061
1062   /// Because of alignment and instruction information that we don't have, we
1063   /// leave the bulk of this to the code generators. The optimization here just
1064   /// deals with a few degenerate cases where the length of the string and the
1065   /// alignment match the sizes of our intrinsic types so we can do a load and
1066   /// store instead of the memcpy call.
1067   /// @brief Perform the memcpy optimization.
1068   virtual bool OptimizeCall(CallInst* ci, SimplifyLibCalls& TD) {
1069     // Make sure we have constant int values to work with
1070     ConstantInt* LEN = dyn_cast<ConstantInt>(ci->getOperand(3));
1071     if (!LEN)
1072       return false;
1073     ConstantInt* ALIGN = dyn_cast<ConstantInt>(ci->getOperand(4));
1074     if (!ALIGN)
1075       return false;
1076
1077     // If the length is larger than the alignment, we can't optimize
1078     uint64_t len = LEN->getRawValue();
1079     uint64_t alignment = ALIGN->getRawValue();
1080     if (alignment == 0)
1081       alignment = 1; // Alignment 0 is identity for alignment 1
1082     if (len > alignment)
1083       return false;
1084
1085     // Get the type we will cast to, based on size of the string
1086     Value* dest = ci->getOperand(1);
1087     Value* src = ci->getOperand(2);
1088     Type* castType = 0;
1089     switch (len)
1090     {
1091       case 0:
1092         // memcpy(d,s,0,a) -> noop
1093         ci->eraseFromParent();
1094         return true;
1095       case 1: castType = Type::SByteTy; break;
1096       case 2: castType = Type::ShortTy; break;
1097       case 4: castType = Type::IntTy; break;
1098       case 8: castType = Type::LongTy; break;
1099       default:
1100         return false;
1101     }
1102
1103     // Cast source and dest to the right sized primitive and then load/store
1104     CastInst* SrcCast =
1105       new CastInst(src,PointerType::get(castType),src->getName()+".cast",ci);
1106     CastInst* DestCast =
1107       new CastInst(dest,PointerType::get(castType),dest->getName()+".cast",ci);
1108     LoadInst* LI = new LoadInst(SrcCast,SrcCast->getName()+".val",ci);
1109     StoreInst* SI = new StoreInst(LI, DestCast, ci);
1110     ci->eraseFromParent();
1111     return true;
1112   }
1113 };
1114
1115 /// This LibCallOptimization will simplify a call to the memcpy/memmove library
1116 /// functions.
1117 LLVMMemCpyMoveOptzn LLVMMemCpyOptimizer32("llvm.memcpy.i32",
1118                                     "Number of 'llvm.memcpy' calls simplified");
1119 LLVMMemCpyMoveOptzn LLVMMemCpyOptimizer64("llvm.memcpy.i64",
1120                                    "Number of 'llvm.memcpy' calls simplified");
1121 LLVMMemCpyMoveOptzn LLVMMemMoveOptimizer32("llvm.memmove.i32",
1122                                    "Number of 'llvm.memmove' calls simplified");
1123 LLVMMemCpyMoveOptzn LLVMMemMoveOptimizer64("llvm.memmove.i64",
1124                                    "Number of 'llvm.memmove' calls simplified");
1125
1126 /// This LibCallOptimization will simplify a call to the memset library
1127 /// function by expanding it out to a single store of size 0, 1, 2, 4, or 8
1128 /// bytes depending on the length argument.
1129 struct LLVMMemSetOptimization : public LibCallOptimization {
1130   /// @brief Default Constructor
1131   LLVMMemSetOptimization(const char *Name) : LibCallOptimization(Name,
1132       "Number of 'llvm.memset' calls simplified") {}
1133
1134   /// @brief Make sure that the "memset" function has the right prototype
1135   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function *F, SimplifyLibCalls &TD) {
1136     // Just make sure this has 3 arguments per LLVM spec.
1137     return F->arg_size() == 4;
1138   }
1139
1140   /// Because of alignment and instruction information that we don't have, we
1141   /// leave the bulk of this to the code generators. The optimization here just
1142   /// deals with a few degenerate cases where the length parameter is constant
1143   /// and the alignment matches the sizes of our intrinsic types so we can do
1144   /// store instead of the memcpy call. Other calls are transformed into the
1145   /// llvm.memset intrinsic.
1146   /// @brief Perform the memset optimization.
1147   virtual bool OptimizeCall(CallInst *ci, SimplifyLibCalls &TD) {
1148     // Make sure we have constant int values to work with
1149     ConstantInt* LEN = dyn_cast<ConstantInt>(ci->getOperand(3));
1150     if (!LEN)
1151       return false;
1152     ConstantInt* ALIGN = dyn_cast<ConstantInt>(ci->getOperand(4));
1153     if (!ALIGN)
1154       return false;
1155
1156     // Extract the length and alignment
1157     uint64_t len = LEN->getRawValue();
1158     uint64_t alignment = ALIGN->getRawValue();
1159
1160     // Alignment 0 is identity for alignment 1
1161     if (alignment == 0)
1162       alignment = 1;
1163
1164     // If the length is zero, this is a no-op
1165     if (len == 0) {
1166       // memset(d,c,0,a) -> noop
1167       ci->eraseFromParent();
1168       return true;
1169     }
1170
1171     // If the length is larger than the alignment, we can't optimize
1172     if (len > alignment)
1173       return false;
1174
1175     // Make sure we have a constant ubyte to work with so we can extract
1176     // the value to be filled.
1177     ConstantUInt* FILL = dyn_cast<ConstantUInt>(ci->getOperand(2));
1178     if (!FILL)
1179       return false;
1180     if (FILL->getType() != Type::UByteTy)
1181       return false;
1182
1183     // memset(s,c,n) -> store s, c (for n=1,2,4,8)
1184
1185     // Extract the fill character
1186     uint64_t fill_char = FILL->getValue();
1187     uint64_t fill_value = fill_char;
1188
1189     // Get the type we will cast to, based on size of memory area to fill, and
1190     // and the value we will store there.
1191     Value* dest = ci->getOperand(1);
1192     Type* castType = 0;
1193     switch (len) {
1194       case 1:
1195         castType = Type::UByteTy;
1196         break;
1197       case 2:
1198         castType = Type::UShortTy;
1199         fill_value |= fill_char << 8;
1200         break;
1201       case 4:
1202         castType = Type::UIntTy;
1203         fill_value |= fill_char << 8 | fill_char << 16 | fill_char << 24;
1204         break;
1205       case 8:
1206         castType = Type::ULongTy;
1207         fill_value |= fill_char << 8 | fill_char << 16 | fill_char << 24;
1208         fill_value |= fill_char << 32 | fill_char << 40 | fill_char << 48;
1209         fill_value |= fill_char << 56;
1210         break;
1211       default:
1212         return false;
1213     }
1214
1215     // Cast dest to the right sized primitive and then load/store
1216     CastInst* DestCast =
1217       new CastInst(dest,PointerType::get(castType),dest->getName()+".cast",ci);
1218     new StoreInst(ConstantUInt::get(castType,fill_value),DestCast, ci);
1219     ci->eraseFromParent();
1220     return true;
1221   }
1222 };
1223
1224 LLVMMemSetOptimization MemSet32Optimizer("llvm.memset.i32");
1225 LLVMMemSetOptimization MemSet64Optimizer("llvm.memset.i64");
1226
1227
1228 /// This LibCallOptimization will simplify calls to the "pow" library
1229 /// function. It looks for cases where the result of pow is well known and
1230 /// substitutes the appropriate value.
1231 /// @brief Simplify the pow library function.
1232 struct PowOptimization : public LibCallOptimization {
1233 public:
1234   /// @brief Default Constructor
1235   PowOptimization() : LibCallOptimization("pow",
1236       "Number of 'pow' calls simplified") {}
1237
1238   /// @brief Make sure that the "pow" function has the right prototype
1239   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function* f, SimplifyLibCalls& SLC){
1240     // Just make sure this has 2 arguments
1241     return (f->arg_size() == 2);
1242   }
1243
1244   /// @brief Perform the pow optimization.
1245   virtual bool OptimizeCall(CallInst *ci, SimplifyLibCalls &SLC) {
1246     const Type *Ty = cast<Function>(ci->getOperand(0))->getReturnType();
1247     Value* base = ci->getOperand(1);
1248     Value* expn = ci->getOperand(2);
1249     if (ConstantFP *Op1 = dyn_cast<ConstantFP>(base)) {
1250       double Op1V = Op1->getValue();
1251       if (Op1V == 1.0) {
1252         // pow(1.0,x) -> 1.0
1253         ci->replaceAllUsesWith(ConstantFP::get(Ty,1.0));
1254         ci->eraseFromParent();
1255         return true;
1256       }
1257     }  else if (ConstantFP* Op2 = dyn_cast<ConstantFP>(expn)) {
1258       double Op2V = Op2->getValue();
1259       if (Op2V == 0.0) {
1260         // pow(x,0.0) -> 1.0
1261         ci->replaceAllUsesWith(ConstantFP::get(Ty,1.0));
1262         ci->eraseFromParent();
1263         return true;
1264       } else if (Op2V == 0.5) {
1265         // pow(x,0.5) -> sqrt(x)
1266         CallInst* sqrt_inst = new CallInst(SLC.get_sqrt(), base,
1267             ci->getName()+".pow",ci);
1268         ci->replaceAllUsesWith(sqrt_inst);
1269         ci->eraseFromParent();
1270         return true;
1271       } else if (Op2V == 1.0) {
1272         // pow(x,1.0) -> x
1273         ci->replaceAllUsesWith(base);
1274         ci->eraseFromParent();
1275         return true;
1276       } else if (Op2V == -1.0) {
1277         // pow(x,-1.0)    -> 1.0/x
1278         BinaryOperator* div_inst= BinaryOperator::createDiv(
1279           ConstantFP::get(Ty,1.0), base, ci->getName()+".pow", ci);
1280         ci->replaceAllUsesWith(div_inst);
1281         ci->eraseFromParent();
1282         return true;
1283       }
1284     }
1285     return false; // opt failed
1286   }
1287 } PowOptimizer;
1288
1289 /// This LibCallOptimization will simplify calls to the "printf" library
1290 /// function. It looks for cases where the result of printf is not used and the
1291 /// operation can be reduced to something simpler.
1292 /// @brief Simplify the printf library function.
1293 struct PrintfOptimization : public LibCallOptimization {
1294 public:
1295   /// @brief Default Constructor
1296   PrintfOptimization() : LibCallOptimization("printf",
1297       "Number of 'printf' calls simplified") {}
1298
1299   /// @brief Make sure that the "printf" function has the right prototype
1300   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function* f, SimplifyLibCalls& SLC){
1301     // Just make sure this has at least 1 arguments
1302     return (f->arg_size() >= 1);
1303   }
1304
1305   /// @brief Perform the printf optimization.
1306   virtual bool OptimizeCall(CallInst* ci, SimplifyLibCalls& SLC) {
1307     // If the call has more than 2 operands, we can't optimize it
1308     if (ci->getNumOperands() > 3 || ci->getNumOperands() <= 2)
1309       return false;
1310
1311     // If the result of the printf call is used, none of these optimizations
1312     // can be made.
1313     if (!ci->use_empty())
1314       return false;
1315
1316     // All the optimizations depend on the length of the first argument and the
1317     // fact that it is a constant string array. Check that now
1318     uint64_t len = 0;
1319     ConstantArray* CA = 0;
1320     if (!getConstantStringLength(ci->getOperand(1), len, &CA))
1321       return false;
1322
1323     if (len != 2 && len != 3)
1324       return false;
1325
1326     // The first character has to be a %
1327     if (ConstantInt* CI = dyn_cast<ConstantInt>(CA->getOperand(0)))
1328       if (CI->getRawValue() != '%')
1329         return false;
1330
1331     // Get the second character and switch on its value
1332     ConstantInt* CI = dyn_cast<ConstantInt>(CA->getOperand(1));
1333     switch (CI->getRawValue()) {
1334       case 's':
1335       {
1336         if (len != 3 ||
1337             dyn_cast<ConstantInt>(CA->getOperand(2))->getRawValue() != '\n')
1338           return false;
1339
1340         // printf("%s\n",str) -> puts(str)
1341         Function* puts_func = SLC.get_puts();
1342         if (!puts_func)
1343           return false;
1344         std::vector<Value*> args;
1345         args.push_back(CastToCStr(ci->getOperand(2), *ci));
1346         new CallInst(puts_func,args,ci->getName(),ci);
1347         ci->replaceAllUsesWith(ConstantSInt::get(Type::IntTy,len));
1348         break;
1349       }
1350       case 'c':
1351       {
1352         // printf("%c",c) -> putchar(c)
1353         if (len != 2)
1354           return false;
1355
1356         Function* putchar_func = SLC.get_putchar();
1357         if (!putchar_func)
1358           return false;
1359         CastInst* cast = new CastInst(ci->getOperand(2), Type::IntTy,
1360                                       CI->getName()+".int", ci);
1361         new CallInst(putchar_func, cast, "", ci);
1362         ci->replaceAllUsesWith(ConstantSInt::get(Type::IntTy, 1));
1363         break;
1364       }
1365       default:
1366         return false;
1367     }
1368     ci->eraseFromParent();
1369     return true;
1370   }
1371 } PrintfOptimizer;
1372
1373 /// This LibCallOptimization will simplify calls to the "fprintf" library
1374 /// function. It looks for cases where the result of fprintf is not used and the
1375 /// operation can be reduced to something simpler.
1376 /// @brief Simplify the fprintf library function.
1377 struct FPrintFOptimization : public LibCallOptimization {
1378 public:
1379   /// @brief Default Constructor
1380   FPrintFOptimization() : LibCallOptimization("fprintf",
1381       "Number of 'fprintf' calls simplified") {}
1382
1383   /// @brief Make sure that the "fprintf" function has the right prototype
1384   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function* f, SimplifyLibCalls& SLC){
1385     // Just make sure this has at least 2 arguments
1386     return (f->arg_size() >= 2);
1387   }
1388
1389   /// @brief Perform the fprintf optimization.
1390   virtual bool OptimizeCall(CallInst* ci, SimplifyLibCalls& SLC) {
1391     // If the call has more than 3 operands, we can't optimize it
1392     if (ci->getNumOperands() > 4 || ci->getNumOperands() <= 2)
1393       return false;
1394
1395     // If the result of the fprintf call is used, none of these optimizations
1396     // can be made.
1397     if (!ci->use_empty())
1398       return false;
1399
1400     // All the optimizations depend on the length of the second argument and the
1401     // fact that it is a constant string array. Check that now
1402     uint64_t len = 0;
1403     ConstantArray* CA = 0;
1404     if (!getConstantStringLength(ci->getOperand(2), len, &CA))
1405       return false;
1406
1407     if (ci->getNumOperands() == 3) {
1408       // Make sure there's no % in the constant array
1409       for (unsigned i = 0; i < len; ++i) {
1410         if (ConstantInt* CI = dyn_cast<ConstantInt>(CA->getOperand(i))) {
1411           // Check for the null terminator
1412           if (CI->getRawValue() == '%')
1413             return false; // we found end of string
1414         } else {
1415           return false;
1416         }
1417       }
1418
1419       // fprintf(file,fmt) -> fwrite(fmt,strlen(fmt),file)
1420       const Type* FILEptr_type = ci->getOperand(1)->getType();
1421       Function* fwrite_func = SLC.get_fwrite(FILEptr_type);
1422       if (!fwrite_func)
1423         return false;
1424
1425       // Make sure that the fprintf() and fwrite() functions both take the
1426       // same type of char pointer.
1427       if (ci->getOperand(2)->getType() !=
1428           fwrite_func->getFunctionType()->getParamType(0))
1429         return false;
1430
1431       std::vector<Value*> args;
1432       args.push_back(ci->getOperand(2));
1433       args.push_back(ConstantUInt::get(SLC.getIntPtrType(),len));
1434       args.push_back(ConstantUInt::get(SLC.getIntPtrType(),1));
1435       args.push_back(ci->getOperand(1));
1436       new CallInst(fwrite_func,args,ci->getName(),ci);
1437       ci->replaceAllUsesWith(ConstantSInt::get(Type::IntTy,len));
1438       ci->eraseFromParent();
1439       return true;
1440     }
1441
1442     // The remaining optimizations require the format string to be length 2
1443     // "%s" or "%c".
1444     if (len != 2)
1445       return false;
1446
1447     // The first character has to be a %
1448     if (ConstantInt* CI = dyn_cast<ConstantInt>(CA->getOperand(0)))
1449       if (CI->getRawValue() != '%')
1450         return false;
1451
1452     // Get the second character and switch on its value
1453     ConstantInt* CI = dyn_cast<ConstantInt>(CA->getOperand(1));
1454     switch (CI->getRawValue()) {
1455       case 's':
1456       {
1457         uint64_t len = 0;
1458         ConstantArray* CA = 0;
1459         if (getConstantStringLength(ci->getOperand(3), len, &CA)) {
1460           // fprintf(file,"%s",str) -> fwrite(str,strlen(str),1,file)
1461           const Type* FILEptr_type = ci->getOperand(1)->getType();
1462           Function* fwrite_func = SLC.get_fwrite(FILEptr_type);
1463           if (!fwrite_func)
1464             return false;
1465           std::vector<Value*> args;
1466           args.push_back(CastToCStr(ci->getOperand(3), *ci));
1467           args.push_back(ConstantUInt::get(SLC.getIntPtrType(),len));
1468           args.push_back(ConstantUInt::get(SLC.getIntPtrType(),1));
1469           args.push_back(ci->getOperand(1));
1470           new CallInst(fwrite_func,args,ci->getName(),ci);
1471           ci->replaceAllUsesWith(ConstantSInt::get(Type::IntTy,len));
1472         } else {
1473           // fprintf(file,"%s",str) -> fputs(str,file)
1474           const Type* FILEptr_type = ci->getOperand(1)->getType();
1475           Function* fputs_func = SLC.get_fputs(FILEptr_type);
1476           if (!fputs_func)
1477             return false;
1478           std::vector<Value*> args;
1479           args.push_back(CastToCStr(ci->getOperand(3), *ci));
1480           args.push_back(ci->getOperand(1));
1481           new CallInst(fputs_func,args,ci->getName(),ci);
1482           ci->replaceAllUsesWith(ConstantSInt::get(Type::IntTy,len));
1483         }
1484         break;
1485       }
1486       case 'c':
1487       {
1488         // fprintf(file,"%c",c) -> fputc(c,file)
1489         const Type* FILEptr_type = ci->getOperand(1)->getType();
1490         Function* fputc_func = SLC.get_fputc(FILEptr_type);
1491         if (!fputc_func)
1492           return false;
1493         CastInst* cast = new CastInst(ci->getOperand(3), Type::IntTy,
1494                                       CI->getName()+".int", ci);
1495         new CallInst(fputc_func,cast,ci->getOperand(1),"",ci);
1496         ci->replaceAllUsesWith(ConstantSInt::get(Type::IntTy,1));
1497         break;
1498       }
1499       default:
1500         return false;
1501     }
1502     ci->eraseFromParent();
1503     return true;
1504   }
1505 } FPrintFOptimizer;
1506
1507 /// This LibCallOptimization will simplify calls to the "sprintf" library
1508 /// function. It looks for cases where the result of sprintf is not used and the
1509 /// operation can be reduced to something simpler.
1510 /// @brief Simplify the sprintf library function.
1511 struct SPrintFOptimization : public LibCallOptimization {
1512 public:
1513   /// @brief Default Constructor
1514   SPrintFOptimization() : LibCallOptimization("sprintf",
1515       "Number of 'sprintf' calls simplified") {}
1516
1517   /// @brief Make sure that the "fprintf" function has the right prototype
1518   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function *f, SimplifyLibCalls &SLC){
1519     // Just make sure this has at least 2 arguments
1520     return (f->getReturnType() == Type::IntTy && f->arg_size() >= 2);
1521   }
1522
1523   /// @brief Perform the sprintf optimization.
1524   virtual bool OptimizeCall(CallInst *ci, SimplifyLibCalls &SLC) {
1525     // If the call has more than 3 operands, we can't optimize it
1526     if (ci->getNumOperands() > 4 || ci->getNumOperands() < 3)
1527       return false;
1528
1529     // All the optimizations depend on the length of the second argument and the
1530     // fact that it is a constant string array. Check that now
1531     uint64_t len = 0;
1532     ConstantArray* CA = 0;
1533     if (!getConstantStringLength(ci->getOperand(2), len, &CA))
1534       return false;
1535
1536     if (ci->getNumOperands() == 3) {
1537       if (len == 0) {
1538         // If the length is 0, we just need to store a null byte
1539         new StoreInst(ConstantInt::get(Type::SByteTy,0),ci->getOperand(1),ci);
1540         ci->replaceAllUsesWith(ConstantSInt::get(Type::IntTy,0));
1541         ci->eraseFromParent();
1542         return true;
1543       }
1544
1545       // Make sure there's no % in the constant array
1546       for (unsigned i = 0; i < len; ++i) {
1547         if (ConstantInt* CI = dyn_cast<ConstantInt>(CA->getOperand(i))) {
1548           // Check for the null terminator
1549           if (CI->getRawValue() == '%')
1550             return false; // we found a %, can't optimize
1551         } else {
1552           return false; // initializer is not constant int, can't optimize
1553         }
1554       }
1555
1556       // Increment length because we want to copy the null byte too
1557       len++;
1558
1559       // sprintf(str,fmt) -> llvm.memcpy(str,fmt,strlen(fmt),1)
1560       Function* memcpy_func = SLC.get_memcpy();
1561       if (!memcpy_func)
1562         return false;
1563       std::vector<Value*> args;
1564       args.push_back(ci->getOperand(1));
1565       args.push_back(ci->getOperand(2));
1566       args.push_back(ConstantUInt::get(SLC.getIntPtrType(),len));
1567       args.push_back(ConstantUInt::get(Type::UIntTy,1));
1568       new CallInst(memcpy_func,args,"",ci);
1569       ci->replaceAllUsesWith(ConstantSInt::get(Type::IntTy,len));
1570       ci->eraseFromParent();
1571       return true;
1572     }
1573
1574     // The remaining optimizations require the format string to be length 2
1575     // "%s" or "%c".
1576     if (len != 2)
1577       return false;
1578
1579     // The first character has to be a %
1580     if (ConstantInt* CI = dyn_cast<ConstantInt>(CA->getOperand(0)))
1581       if (CI->getRawValue() != '%')
1582         return false;
1583
1584     // Get the second character and switch on its value
1585     ConstantInt* CI = dyn_cast<ConstantInt>(CA->getOperand(1));
1586     switch (CI->getRawValue()) {
1587     case 's': {
1588       // sprintf(dest,"%s",str) -> llvm.memcpy(dest, str, strlen(str)+1, 1)
1589       Function* strlen_func = SLC.get_strlen();
1590       Function* memcpy_func = SLC.get_memcpy();
1591       if (!strlen_func || !memcpy_func)
1592         return false;
1593       
1594       Value *Len = new CallInst(strlen_func, CastToCStr(ci->getOperand(3), *ci),
1595                                 ci->getOperand(3)->getName()+".len", ci);
1596       Value *Len1 = BinaryOperator::createAdd(Len,
1597                                             ConstantInt::get(Len->getType(), 1),
1598                                               Len->getName()+"1", ci);
1599       if (Len1->getType() != SLC.getIntPtrType())
1600         Len1 = new CastInst(Len1, SLC.getIntPtrType(), Len1->getName(), ci);
1601       std::vector<Value*> args;
1602       args.push_back(CastToCStr(ci->getOperand(1), *ci));
1603       args.push_back(CastToCStr(ci->getOperand(3), *ci));
1604       args.push_back(Len1);
1605       args.push_back(ConstantUInt::get(Type::UIntTy,1));
1606       new CallInst(memcpy_func, args, "", ci);
1607       
1608       // The strlen result is the unincremented number of bytes in the string.
1609       if (!ci->use_empty()) {
1610         if (Len->getType() != ci->getType())
1611           Len = new CastInst(Len, ci->getType(), Len->getName(), ci);
1612         ci->replaceAllUsesWith(Len);
1613       }
1614       ci->eraseFromParent();
1615       return true;
1616     }
1617     case 'c': {
1618       // sprintf(dest,"%c",chr) -> store chr, dest
1619       CastInst* cast = new CastInst(ci->getOperand(3),Type::SByteTy,"char",ci);
1620       new StoreInst(cast, ci->getOperand(1), ci);
1621       GetElementPtrInst* gep = new GetElementPtrInst(ci->getOperand(1),
1622         ConstantUInt::get(Type::UIntTy,1),ci->getOperand(1)->getName()+".end",
1623         ci);
1624       new StoreInst(ConstantInt::get(Type::SByteTy,0),gep,ci);
1625       ci->replaceAllUsesWith(ConstantSInt::get(Type::IntTy,1));
1626       ci->eraseFromParent();
1627       return true;
1628     }
1629     }
1630     return false;
1631   }
1632 } SPrintFOptimizer;
1633
1634 /// This LibCallOptimization will simplify calls to the "fputs" library
1635 /// function. It looks for cases where the result of fputs is not used and the
1636 /// operation can be reduced to something simpler.
1637 /// @brief Simplify the puts library function.
1638 struct PutsOptimization : public LibCallOptimization {
1639 public:
1640   /// @brief Default Constructor
1641   PutsOptimization() : LibCallOptimization("fputs",
1642       "Number of 'fputs' calls simplified") {}
1643
1644   /// @brief Make sure that the "fputs" function has the right prototype
1645   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function *F, SimplifyLibCalls &SLC){
1646     // Just make sure this has 2 arguments
1647     return F->arg_size() == 2;
1648   }
1649
1650   /// @brief Perform the fputs optimization.
1651   virtual bool OptimizeCall(CallInst* ci, SimplifyLibCalls& SLC) {
1652     // If the result is used, none of these optimizations work
1653     if (!ci->use_empty())
1654       return false;
1655
1656     // All the optimizations depend on the length of the first argument and the
1657     // fact that it is a constant string array. Check that now
1658     uint64_t len = 0;
1659     if (!getConstantStringLength(ci->getOperand(1), len))
1660       return false;
1661
1662     switch (len) {
1663       case 0:
1664         // fputs("",F) -> noop
1665         break;
1666       case 1:
1667       {
1668         // fputs(s,F)  -> fputc(s[0],F)  (if s is constant and strlen(s) == 1)
1669         const Type* FILEptr_type = ci->getOperand(2)->getType();
1670         Function* fputc_func = SLC.get_fputc(FILEptr_type);
1671         if (!fputc_func)
1672           return false;
1673         LoadInst* loadi = new LoadInst(ci->getOperand(1),
1674           ci->getOperand(1)->getName()+".byte",ci);
1675         CastInst* casti = new CastInst(loadi,Type::IntTy,
1676           loadi->getName()+".int",ci);
1677         new CallInst(fputc_func,casti,ci->getOperand(2),"",ci);
1678         break;
1679       }
1680       default:
1681       {
1682         // fputs(s,F)  -> fwrite(s,1,len,F) (if s is constant and strlen(s) > 1)
1683         const Type* FILEptr_type = ci->getOperand(2)->getType();
1684         Function* fwrite_func = SLC.get_fwrite(FILEptr_type);
1685         if (!fwrite_func)
1686           return false;
1687         std::vector<Value*> parms;
1688         parms.push_back(ci->getOperand(1));
1689         parms.push_back(ConstantUInt::get(SLC.getIntPtrType(),len));
1690         parms.push_back(ConstantUInt::get(SLC.getIntPtrType(),1));
1691         parms.push_back(ci->getOperand(2));
1692         new CallInst(fwrite_func,parms,"",ci);
1693         break;
1694       }
1695     }
1696     ci->eraseFromParent();
1697     return true; // success
1698   }
1699 } PutsOptimizer;
1700
1701 /// This LibCallOptimization will simplify calls to the "isdigit" library
1702 /// function. It simply does range checks the parameter explicitly.
1703 /// @brief Simplify the isdigit library function.
1704 struct isdigitOptimization : public LibCallOptimization {
1705 public:
1706   isdigitOptimization() : LibCallOptimization("isdigit",
1707       "Number of 'isdigit' calls simplified") {}
1708
1709   /// @brief Make sure that the "isdigit" function has the right prototype
1710   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function* f, SimplifyLibCalls& SLC){
1711     // Just make sure this has 1 argument
1712     return (f->arg_size() == 1);
1713   }
1714
1715   /// @brief Perform the toascii optimization.
1716   virtual bool OptimizeCall(CallInst *ci, SimplifyLibCalls &SLC) {
1717     if (ConstantInt* CI = dyn_cast<ConstantInt>(ci->getOperand(1))) {
1718       // isdigit(c)   -> 0 or 1, if 'c' is constant
1719       uint64_t val = CI->getRawValue();
1720       if (val >= '0' && val <='9')
1721         ci->replaceAllUsesWith(ConstantSInt::get(Type::IntTy,1));
1722       else
1723         ci->replaceAllUsesWith(ConstantSInt::get(Type::IntTy,0));
1724       ci->eraseFromParent();
1725       return true;
1726     }
1727
1728     // isdigit(c)   -> (unsigned)c - '0' <= 9
1729     CastInst* cast =
1730       new CastInst(ci->getOperand(1),Type::UIntTy,
1731         ci->getOperand(1)->getName()+".uint",ci);
1732     BinaryOperator* sub_inst = BinaryOperator::createSub(cast,
1733         ConstantUInt::get(Type::UIntTy,0x30),
1734         ci->getOperand(1)->getName()+".sub",ci);
1735     SetCondInst* setcond_inst = new SetCondInst(Instruction::SetLE,sub_inst,
1736         ConstantUInt::get(Type::UIntTy,9),
1737         ci->getOperand(1)->getName()+".cmp",ci);
1738     CastInst* c2 =
1739       new CastInst(setcond_inst,Type::IntTy,
1740         ci->getOperand(1)->getName()+".isdigit",ci);
1741     ci->replaceAllUsesWith(c2);
1742     ci->eraseFromParent();
1743     return true;
1744   }
1745 } isdigitOptimizer;
1746
1747 struct isasciiOptimization : public LibCallOptimization {
1748 public:
1749   isasciiOptimization()
1750     : LibCallOptimization("isascii", "Number of 'isascii' calls simplified") {}
1751   
1752   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function *F, SimplifyLibCalls &SLC){
1753     return F->arg_size() == 1 && F->arg_begin()->getType()->isInteger() && 
1754            F->getReturnType()->isInteger();
1755   }
1756   
1757   /// @brief Perform the isascii optimization.
1758   virtual bool OptimizeCall(CallInst *CI, SimplifyLibCalls &SLC) {
1759     // isascii(c)   -> (unsigned)c < 128
1760     Value *V = CI->getOperand(1);
1761     if (V->getType()->isSigned())
1762       V = new CastInst(V, V->getType()->getUnsignedVersion(), V->getName(), CI);
1763     Value *Cmp = BinaryOperator::createSetLT(V, ConstantUInt::get(V->getType(),
1764                                                                   128),
1765                                              V->getName()+".isascii", CI);
1766     if (Cmp->getType() != CI->getType())
1767       Cmp = new CastInst(Cmp, CI->getType(), Cmp->getName(), CI);
1768     CI->replaceAllUsesWith(Cmp);
1769     CI->eraseFromParent();
1770     return true;
1771   }
1772 } isasciiOptimizer;
1773
1774
1775 /// This LibCallOptimization will simplify calls to the "toascii" library
1776 /// function. It simply does the corresponding and operation to restrict the
1777 /// range of values to the ASCII character set (0-127).
1778 /// @brief Simplify the toascii library function.
1779 struct ToAsciiOptimization : public LibCallOptimization {
1780 public:
1781   /// @brief Default Constructor
1782   ToAsciiOptimization() : LibCallOptimization("toascii",
1783       "Number of 'toascii' calls simplified") {}
1784
1785   /// @brief Make sure that the "fputs" function has the right prototype
1786   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function* f, SimplifyLibCalls& SLC){
1787     // Just make sure this has 2 arguments
1788     return (f->arg_size() == 1);
1789   }
1790
1791   /// @brief Perform the toascii optimization.
1792   virtual bool OptimizeCall(CallInst *ci, SimplifyLibCalls &SLC) {
1793     // toascii(c)   -> (c & 0x7f)
1794     Value* chr = ci->getOperand(1);
1795     BinaryOperator* and_inst = BinaryOperator::createAnd(chr,
1796         ConstantInt::get(chr->getType(),0x7F),ci->getName()+".toascii",ci);
1797     ci->replaceAllUsesWith(and_inst);
1798     ci->eraseFromParent();
1799     return true;
1800   }
1801 } ToAsciiOptimizer;
1802
1803 /// This LibCallOptimization will simplify calls to the "ffs" library
1804 /// calls which find the first set bit in an int, long, or long long. The
1805 /// optimization is to compute the result at compile time if the argument is
1806 /// a constant.
1807 /// @brief Simplify the ffs library function.
1808 struct FFSOptimization : public LibCallOptimization {
1809 protected:
1810   /// @brief Subclass Constructor
1811   FFSOptimization(const char* funcName, const char* description)
1812     : LibCallOptimization(funcName, description) {}
1813
1814 public:
1815   /// @brief Default Constructor
1816   FFSOptimization() : LibCallOptimization("ffs",
1817       "Number of 'ffs' calls simplified") {}
1818
1819   /// @brief Make sure that the "ffs" function has the right prototype
1820   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function *F, SimplifyLibCalls &SLC){
1821     // Just make sure this has 2 arguments
1822     return F->arg_size() == 1 && F->getReturnType() == Type::IntTy;
1823   }
1824
1825   /// @brief Perform the ffs optimization.
1826   virtual bool OptimizeCall(CallInst *TheCall, SimplifyLibCalls &SLC) {
1827     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(TheCall->getOperand(1))) {
1828       // ffs(cnst)  -> bit#
1829       // ffsl(cnst) -> bit#
1830       // ffsll(cnst) -> bit#
1831       uint64_t val = CI->getRawValue();
1832       int result = 0;
1833       if (val) {
1834         ++result;
1835         while ((val & 1) == 0) {
1836           ++result;
1837           val >>= 1;
1838         }
1839       }
1840       TheCall->replaceAllUsesWith(ConstantSInt::get(Type::IntTy, result));
1841       TheCall->eraseFromParent();
1842       return true;
1843     }
1844
1845     // ffs(x)   -> x == 0 ? 0 : llvm.cttz(x)+1
1846     // ffsl(x)  -> x == 0 ? 0 : llvm.cttz(x)+1
1847     // ffsll(x) -> x == 0 ? 0 : llvm.cttz(x)+1
1848     const Type *ArgType = TheCall->getOperand(1)->getType();
1849     ArgType = ArgType->getUnsignedVersion();
1850     const char *CTTZName;
1851     switch (ArgType->getTypeID()) {
1852     default: assert(0 && "Unknown unsigned type!");
1853     case Type::UByteTyID : CTTZName = "llvm.cttz.i8" ; break;
1854     case Type::UShortTyID: CTTZName = "llvm.cttz.i16"; break;
1855     case Type::UIntTyID  : CTTZName = "llvm.cttz.i32"; break;
1856     case Type::ULongTyID : CTTZName = "llvm.cttz.i64"; break;
1857     }
1858     
1859     Function *F = SLC.getModule()->getOrInsertFunction(CTTZName, ArgType,
1860                                                        ArgType, NULL);
1861     Value *V = new CastInst(TheCall->getOperand(1), ArgType, "tmp", TheCall);
1862     Value *V2 = new CallInst(F, V, "tmp", TheCall);
1863     V2 = new CastInst(V2, Type::IntTy, "tmp", TheCall);
1864     V2 = BinaryOperator::createAdd(V2, ConstantSInt::get(Type::IntTy, 1),
1865                                    "tmp", TheCall);
1866     Value *Cond = 
1867       BinaryOperator::createSetEQ(V, Constant::getNullValue(V->getType()),
1868                                   "tmp", TheCall);
1869     V2 = new SelectInst(Cond, ConstantInt::get(Type::IntTy, 0), V2,
1870                         TheCall->getName(), TheCall);
1871     TheCall->replaceAllUsesWith(V2);
1872     TheCall->eraseFromParent();
1873     return true;
1874   }
1875 } FFSOptimizer;
1876
1877 /// This LibCallOptimization will simplify calls to the "ffsl" library
1878 /// calls. It simply uses FFSOptimization for which the transformation is
1879 /// identical.
1880 /// @brief Simplify the ffsl library function.
1881 struct FFSLOptimization : public FFSOptimization {
1882 public:
1883   /// @brief Default Constructor
1884   FFSLOptimization() : FFSOptimization("ffsl",
1885       "Number of 'ffsl' calls simplified") {}
1886
1887 } FFSLOptimizer;
1888
1889 /// This LibCallOptimization will simplify calls to the "ffsll" library
1890 /// calls. It simply uses FFSOptimization for which the transformation is
1891 /// identical.
1892 /// @brief Simplify the ffsl library function.
1893 struct FFSLLOptimization : public FFSOptimization {
1894 public:
1895   /// @brief Default Constructor
1896   FFSLLOptimization() : FFSOptimization("ffsll",
1897       "Number of 'ffsll' calls simplified") {}
1898
1899 } FFSLLOptimizer;
1900
1901 /// This optimizes unary functions that take and return doubles.
1902 struct UnaryDoubleFPOptimizer : public LibCallOptimization {
1903   UnaryDoubleFPOptimizer(const char *Fn, const char *Desc)
1904   : LibCallOptimization(Fn, Desc) {}
1905   
1906   // Make sure that this function has the right prototype
1907   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function *F, SimplifyLibCalls &SLC){
1908     return F->arg_size() == 1 && F->arg_begin()->getType() == Type::DoubleTy &&
1909            F->getReturnType() == Type::DoubleTy;
1910   }
1911
1912   /// ShrinkFunctionToFloatVersion - If the input to this function is really a
1913   /// float, strength reduce this to a float version of the function,
1914   /// e.g. floor((double)FLT) -> (double)floorf(FLT).  This can only be called
1915   /// when the target supports the destination function and where there can be
1916   /// no precision loss.
1917   static bool ShrinkFunctionToFloatVersion(CallInst *CI, SimplifyLibCalls &SLC,
1918                                            Function *(SimplifyLibCalls::*FP)()){
1919     if (CastInst *Cast = dyn_cast<CastInst>(CI->getOperand(1)))
1920       if (Cast->getOperand(0)->getType() == Type::FloatTy) {
1921         Value *New = new CallInst((SLC.*FP)(), Cast->getOperand(0),
1922                                   CI->getName(), CI);
1923         New = new CastInst(New, Type::DoubleTy, CI->getName(), CI);
1924         CI->replaceAllUsesWith(New);
1925         CI->eraseFromParent();
1926         if (Cast->use_empty())
1927           Cast->eraseFromParent();
1928         return true;
1929       }
1930     return false;
1931   }
1932 };
1933
1934
1935 struct FloorOptimization : public UnaryDoubleFPOptimizer {
1936   FloorOptimization()
1937     : UnaryDoubleFPOptimizer("floor", "Number of 'floor' calls simplified") {}
1938   
1939   virtual bool OptimizeCall(CallInst *CI, SimplifyLibCalls &SLC) {
1940 #ifdef HAVE_FLOORF
1941     // If this is a float argument passed in, convert to floorf.
1942     if (ShrinkFunctionToFloatVersion(CI, SLC, &SimplifyLibCalls::get_floorf))
1943       return true;
1944 #endif
1945     return false; // opt failed
1946   }
1947 } FloorOptimizer;
1948
1949 struct CeilOptimization : public UnaryDoubleFPOptimizer {
1950   CeilOptimization()
1951   : UnaryDoubleFPOptimizer("ceil", "Number of 'ceil' calls simplified") {}
1952   
1953   virtual bool OptimizeCall(CallInst *CI, SimplifyLibCalls &SLC) {
1954 #ifdef HAVE_CEILF
1955     // If this is a float argument passed in, convert to ceilf.
1956     if (ShrinkFunctionToFloatVersion(CI, SLC, &SimplifyLibCalls::get_ceilf))
1957       return true;
1958 #endif
1959     return false; // opt failed
1960   }
1961 } CeilOptimizer;
1962
1963 struct RoundOptimization : public UnaryDoubleFPOptimizer {
1964   RoundOptimization()
1965   : UnaryDoubleFPOptimizer("round", "Number of 'round' calls simplified") {}
1966   
1967   virtual bool OptimizeCall(CallInst *CI, SimplifyLibCalls &SLC) {
1968 #ifdef HAVE_ROUNDF
1969     // If this is a float argument passed in, convert to roundf.
1970     if (ShrinkFunctionToFloatVersion(CI, SLC, &SimplifyLibCalls::get_roundf))
1971       return true;
1972 #endif
1973     return false; // opt failed
1974   }
1975 } RoundOptimizer;
1976
1977 struct RintOptimization : public UnaryDoubleFPOptimizer {
1978   RintOptimization()
1979   : UnaryDoubleFPOptimizer("rint", "Number of 'rint' calls simplified") {}
1980   
1981   virtual bool OptimizeCall(CallInst *CI, SimplifyLibCalls &SLC) {
1982 #ifdef HAVE_RINTF
1983     // If this is a float argument passed in, convert to rintf.
1984     if (ShrinkFunctionToFloatVersion(CI, SLC, &SimplifyLibCalls::get_rintf))
1985       return true;
1986 #endif
1987     return false; // opt failed
1988   }
1989 } RintOptimizer;
1990
1991 struct NearByIntOptimization : public UnaryDoubleFPOptimizer {
1992   NearByIntOptimization()
1993   : UnaryDoubleFPOptimizer("nearbyint",
1994                            "Number of 'nearbyint' calls simplified") {}
1995   
1996   virtual bool OptimizeCall(CallInst *CI, SimplifyLibCalls &SLC) {
1997 #ifdef HAVE_NEARBYINTF
1998     // If this is a float argument passed in, convert to nearbyintf.
1999     if (ShrinkFunctionToFloatVersion(CI, SLC,&SimplifyLibCalls::get_nearbyintf))
2000       return true;
2001 #endif
2002     return false; // opt failed
2003   }
2004 } NearByIntOptimizer;
2005
2006 /// A function to compute the length of a null-terminated constant array of
2007 /// integers.  This function can't rely on the size of the constant array
2008 /// because there could be a null terminator in the middle of the array.
2009 /// We also have to bail out if we find a non-integer constant initializer
2010 /// of one of the elements or if there is no null-terminator. The logic
2011 /// below checks each of these conditions and will return true only if all
2012 /// conditions are met. In that case, the \p len parameter is set to the length
2013 /// of the null-terminated string. If false is returned, the conditions were
2014 /// not met and len is set to 0.
2015 /// @brief Get the length of a constant string (null-terminated array).
2016 bool getConstantStringLength(Value *V, uint64_t &len, ConstantArray **CA) {
2017   assert(V != 0 && "Invalid args to getConstantStringLength");
2018   len = 0; // make sure we initialize this
2019   User* GEP = 0;
2020   // If the value is not a GEP instruction nor a constant expression with a
2021   // GEP instruction, then return false because ConstantArray can't occur
2022   // any other way
2023   if (GetElementPtrInst* GEPI = dyn_cast<GetElementPtrInst>(V))
2024     GEP = GEPI;
2025   else if (ConstantExpr* CE = dyn_cast<ConstantExpr>(V))
2026     if (CE->getOpcode() == Instruction::GetElementPtr)
2027       GEP = CE;
2028     else
2029       return false;
2030   else
2031     return false;
2032
2033   // Make sure the GEP has exactly three arguments.
2034   if (GEP->getNumOperands() != 3)
2035     return false;
2036
2037   // Check to make sure that the first operand of the GEP is an integer and
2038   // has value 0 so that we are sure we're indexing into the initializer.
2039   if (ConstantInt* op1 = dyn_cast<ConstantInt>(GEP->getOperand(1))) {
2040     if (!op1->isNullValue())
2041       return false;
2042   } else
2043     return false;
2044
2045   // Ensure that the second operand is a ConstantInt. If it isn't then this
2046   // GEP is wonky and we're not really sure what were referencing into and
2047   // better of not optimizing it. While we're at it, get the second index
2048   // value. We'll need this later for indexing the ConstantArray.
2049   uint64_t start_idx = 0;
2050   if (ConstantInt* CI = dyn_cast<ConstantInt>(GEP->getOperand(2)))
2051     start_idx = CI->getRawValue();
2052   else
2053     return false;
2054
2055   // The GEP instruction, constant or instruction, must reference a global
2056   // variable that is a constant and is initialized. The referenced constant
2057   // initializer is the array that we'll use for optimization.
2058   GlobalVariable* GV = dyn_cast<GlobalVariable>(GEP->getOperand(0));
2059   if (!GV || !GV->isConstant() || !GV->hasInitializer())
2060     return false;
2061
2062   // Get the initializer.
2063   Constant* INTLZR = GV->getInitializer();
2064
2065   // Handle the ConstantAggregateZero case
2066   if (ConstantAggregateZero *CAZ = dyn_cast<ConstantAggregateZero>(INTLZR)) {
2067     // This is a degenerate case. The initializer is constant zero so the
2068     // length of the string must be zero.
2069     len = 0;
2070     return true;
2071   }
2072
2073   // Must be a Constant Array
2074   ConstantArray* A = dyn_cast<ConstantArray>(INTLZR);
2075   if (!A)
2076     return false;
2077
2078   // Get the number of elements in the array
2079   uint64_t max_elems = A->getType()->getNumElements();
2080
2081   // Traverse the constant array from start_idx (derived above) which is
2082   // the place the GEP refers to in the array.
2083   for (len = start_idx; len < max_elems; len++) {
2084     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(A->getOperand(len))) {
2085       // Check for the null terminator
2086       if (CI->isNullValue())
2087         break; // we found end of string
2088     } else
2089       return false; // This array isn't suitable, non-int initializer
2090   }
2091   
2092   if (len >= max_elems)
2093     return false; // This array isn't null terminated
2094
2095   // Subtract out the initial value from the length
2096   len -= start_idx;
2097   if (CA)
2098     *CA = A;
2099   return true; // success!
2100 }
2101
2102 /// CastToCStr - Return V if it is an sbyte*, otherwise cast it to sbyte*,
2103 /// inserting the cast before IP, and return the cast.
2104 /// @brief Cast a value to a "C" string.
2105 Value *CastToCStr(Value *V, Instruction &IP) {
2106   const Type *SBPTy = PointerType::get(Type::SByteTy);
2107   if (V->getType() != SBPTy)
2108     return new CastInst(V, SBPTy, V->getName(), &IP);
2109   return V;
2110 }
2111
2112 // TODO:
2113 //   Additional cases that we need to add to this file:
2114 //
2115 // cbrt:
2116 //   * cbrt(expN(X))  -> expN(x/3)
2117 //   * cbrt(sqrt(x))  -> pow(x,1/6)
2118 //   * cbrt(sqrt(x))  -> pow(x,1/9)
2119 //
2120 // cos, cosf, cosl:
2121 //   * cos(-x)  -> cos(x)
2122 //
2123 // exp, expf, expl:
2124 //   * exp(log(x))  -> x
2125 //
2126 // log, logf, logl:
2127 //   * log(exp(x))   -> x
2128 //   * log(x**y)     -> y*log(x)
2129 //   * log(exp(y))   -> y*log(e)
2130 //   * log(exp2(y))  -> y*log(2)
2131 //   * log(exp10(y)) -> y*log(10)
2132 //   * log(sqrt(x))  -> 0.5*log(x)
2133 //   * log(pow(x,y)) -> y*log(x)
2134 //
2135 // lround, lroundf, lroundl:
2136 //   * lround(cnst) -> cnst'
2137 //
2138 // memcmp:
2139 //   * memcmp(x,y,l)   -> cnst
2140 //      (if all arguments are constant and strlen(x) <= l and strlen(y) <= l)
2141 //
2142 // memmove:
2143 //   * memmove(d,s,l,a) -> memcpy(d,s,l,a)
2144 //       (if s is a global constant array)
2145 //
2146 // pow, powf, powl:
2147 //   * pow(exp(x),y)  -> exp(x*y)
2148 //   * pow(sqrt(x),y) -> pow(x,y*0.5)
2149 //   * pow(pow(x,y),z)-> pow(x,y*z)
2150 //
2151 // puts:
2152 //   * puts("") -> fputc("\n",stdout) (how do we get "stdout"?)
2153 //
2154 // round, roundf, roundl:
2155 //   * round(cnst) -> cnst'
2156 //
2157 // signbit:
2158 //   * signbit(cnst) -> cnst'
2159 //   * signbit(nncst) -> 0 (if pstv is a non-negative constant)
2160 //
2161 // sqrt, sqrtf, sqrtl:
2162 //   * sqrt(expN(x))  -> expN(x*0.5)
2163 //   * sqrt(Nroot(x)) -> pow(x,1/(2*N))
2164 //   * sqrt(pow(x,y)) -> pow(|x|,y*0.5)
2165 //
2166 // stpcpy:
2167 //   * stpcpy(str, "literal") ->
2168 //           llvm.memcpy(str,"literal",strlen("literal")+1,1)
2169 // strrchr:
2170 //   * strrchr(s,c) -> reverse_offset_of_in(c,s)
2171 //      (if c is a constant integer and s is a constant string)
2172 //   * strrchr(s1,0) -> strchr(s1,0)
2173 //
2174 // strncat:
2175 //   * strncat(x,y,0) -> x
2176 //   * strncat(x,y,0) -> x (if strlen(y) = 0)
2177 //   * strncat(x,y,l) -> strcat(x,y) (if y and l are constants an l > strlen(y))
2178 //
2179 // strncpy:
2180 //   * strncpy(d,s,0) -> d
2181 //   * strncpy(d,s,l) -> memcpy(d,s,l,1)
2182 //      (if s and l are constants)
2183 //
2184 // strpbrk:
2185 //   * strpbrk(s,a) -> offset_in_for(s,a)
2186 //      (if s and a are both constant strings)
2187 //   * strpbrk(s,"") -> 0
2188 //   * strpbrk(s,a) -> strchr(s,a[0]) (if a is constant string of length 1)
2189 //
2190 // strspn, strcspn:
2191 //   * strspn(s,a)   -> const_int (if both args are constant)
2192 //   * strspn("",a)  -> 0
2193 //   * strspn(s,"")  -> 0
2194 //   * strcspn(s,a)  -> const_int (if both args are constant)
2195 //   * strcspn("",a) -> 0
2196 //   * strcspn(s,"") -> strlen(a)
2197 //
2198 // strstr:
2199 //   * strstr(x,x)  -> x
2200 //   * strstr(s1,s2) -> offset_of_s2_in(s1)
2201 //       (if s1 and s2 are constant strings)
2202 //
2203 // tan, tanf, tanl:
2204 //   * tan(atan(x)) -> x
2205 //
2206 // trunc, truncf, truncl:
2207 //   * trunc(cnst) -> cnst'
2208 //
2209 //
2210 }