clean up strcat optimizer, no functionality change.
[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/Compiler.h"
30 #include "llvm/Support/Debug.h"
31 #include "llvm/Target/TargetData.h"
32 #include "llvm/Transforms/IPO.h"
33 using namespace llvm;
34
35 /// This statistic keeps track of the total number of library calls that have
36 /// been simplified regardless of which call it is.
37 STATISTIC(SimplifiedLibCalls, "Number of library calls simplified");
38
39 namespace {
40   // Forward declarations
41   class LibCallOptimization;
42   class SimplifyLibCalls;
43   
44 /// This list is populated by the constructor for LibCallOptimization class.
45 /// Therefore all subclasses are registered here at static initialization time
46 /// and this list is what the SimplifyLibCalls pass uses to apply the individual
47 /// optimizations to the call sites.
48 /// @brief The list of optimizations deriving from LibCallOptimization
49 static LibCallOptimization *OptList = 0;
50
51 /// This class is the abstract base class for the set of optimizations that
52 /// corresponds to one library call. The SimplifyLibCalls pass will call the
53 /// ValidateCalledFunction method to ask the optimization if a given Function
54 /// is the kind that the optimization can handle. If the subclass returns true,
55 /// then SImplifyLibCalls will also call the OptimizeCall method to perform,
56 /// or attempt to perform, the optimization(s) for the library call. Otherwise,
57 /// OptimizeCall won't be called. Subclasses are responsible for providing the
58 /// name of the library call (strlen, strcpy, etc.) to the LibCallOptimization
59 /// constructor. This is used to efficiently select which call instructions to
60 /// optimize. The criteria for a "lib call" is "anything with well known
61 /// semantics", typically a library function that is defined by an international
62 /// standard. Because the semantics are well known, the optimizations can
63 /// generally short-circuit actually calling the function if there's a simpler
64 /// way (e.g. strlen(X) can be reduced to a constant if X is a constant global).
65 /// @brief Base class for library call optimizations
66 class VISIBILITY_HIDDEN LibCallOptimization {
67   LibCallOptimization **Prev, *Next;
68   const char *FunctionName; ///< Name of the library call we optimize
69 #ifndef NDEBUG
70   Statistic occurrences; ///< debug statistic (-debug-only=simplify-libcalls)
71 #endif
72 public:
73   /// The \p fname argument must be the name of the library function being
74   /// optimized by the subclass.
75   /// @brief Constructor that registers the optimization.
76   LibCallOptimization(const char *FName, const char *Description)
77     : FunctionName(FName) {
78       
79 #ifndef NDEBUG
80     occurrences.construct("simplify-libcalls", Description);
81 #endif
82     // Register this optimizer in the list of optimizations.
83     Next = OptList;
84     OptList = this;
85     Prev = &OptList;
86     if (Next) Next->Prev = &Next;
87   }
88   
89   /// getNext - All libcall optimizations are chained together into a list,
90   /// return the next one in the list.
91   LibCallOptimization *getNext() { return Next; }
92
93   /// @brief Deregister from the optlist
94   virtual ~LibCallOptimization() {
95     *Prev = Next;
96     if (Next) Next->Prev = Prev;
97   }
98
99   /// The implementation of this function in subclasses should determine if
100   /// \p F is suitable for the optimization. This method is called by
101   /// SimplifyLibCalls::runOnModule to short circuit visiting all the call
102   /// sites of such a function if that function is not suitable in the first
103   /// place.  If the called function is suitabe, this method should return true;
104   /// false, otherwise. This function should also perform any lazy
105   /// initialization that the LibCallOptimization needs to do, if its to return
106   /// true. This avoids doing initialization until the optimizer is actually
107   /// going to be called upon to do some optimization.
108   /// @brief Determine if the function is suitable for optimization
109   virtual bool ValidateCalledFunction(
110     const Function* F,    ///< The function that is the target of call sites
111     SimplifyLibCalls& SLC ///< The pass object invoking us
112   ) = 0;
113
114   /// The implementations of this function in subclasses is the heart of the
115   /// SimplifyLibCalls algorithm. Sublcasses of this class implement
116   /// OptimizeCall to determine if (a) the conditions are right for optimizing
117   /// the call and (b) to perform the optimization. If an action is taken
118   /// against ci, the subclass is responsible for returning true and ensuring
119   /// that ci is erased from its parent.
120   /// @brief Optimize a call, if possible.
121   virtual bool OptimizeCall(
122     CallInst* ci,          ///< The call instruction that should be optimized.
123     SimplifyLibCalls& SLC  ///< The pass object invoking us
124   ) = 0;
125
126   /// @brief Get the name of the library call being optimized
127   const char *getFunctionName() const { return FunctionName; }
128
129   /// @brief Called by SimplifyLibCalls to update the occurrences statistic.
130   void succeeded() {
131 #ifndef NDEBUG
132     DEBUG(++occurrences);
133 #endif
134   }
135 };
136
137 /// This class is an LLVM Pass that applies each of the LibCallOptimization
138 /// instances to all the call sites in a module, relatively efficiently. The
139 /// purpose of this pass is to provide optimizations for calls to well-known
140 /// functions with well-known semantics, such as those in the c library. The
141 /// class provides the basic infrastructure for handling runOnModule.  Whenever
142 /// this pass finds a function call, it asks the appropriate optimizer to
143 /// validate the call (ValidateLibraryCall). If it is validated, then
144 /// the OptimizeCall method is also called.
145 /// @brief A ModulePass for optimizing well-known function calls.
146 class VISIBILITY_HIDDEN SimplifyLibCalls : public ModulePass {
147 public:
148   /// We need some target data for accurate signature details that are
149   /// target dependent. So we require target data in our AnalysisUsage.
150   /// @brief Require TargetData from AnalysisUsage.
151   virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage& Info) const {
152     // Ask that the TargetData analysis be performed before us so we can use
153     // the target data.
154     Info.addRequired<TargetData>();
155   }
156
157   /// For this pass, process all of the function calls in the module, calling
158   /// ValidateLibraryCall and OptimizeCall as appropriate.
159   /// @brief Run all the lib call optimizations on a Module.
160   virtual bool runOnModule(Module &M) {
161     reset(M);
162
163     bool result = false;
164     hash_map<std::string, LibCallOptimization*> OptznMap;
165     for (LibCallOptimization *Optzn = OptList; Optzn; Optzn = Optzn->getNext())
166       OptznMap[Optzn->getFunctionName()] = Optzn;
167
168     // The call optimizations can be recursive. That is, the optimization might
169     // generate a call to another function which can also be optimized. This way
170     // we make the LibCallOptimization instances very specific to the case they
171     // handle. It also means we need to keep running over the function calls in
172     // the module until we don't get any more optimizations possible.
173     bool found_optimization = false;
174     do {
175       found_optimization = false;
176       for (Module::iterator FI = M.begin(), FE = M.end(); FI != FE; ++FI) {
177         // All the "well-known" functions are external and have external linkage
178         // because they live in a runtime library somewhere and were (probably)
179         // not compiled by LLVM.  So, we only act on external functions that
180         // have external or dllimport linkage and non-empty uses.
181         if (!FI->isDeclaration() ||
182             !(FI->hasExternalLinkage() || FI->hasDLLImportLinkage()) ||
183             FI->use_empty())
184           continue;
185
186         // Get the optimization class that pertains to this function
187         hash_map<std::string, LibCallOptimization*>::iterator OMI =
188           OptznMap.find(FI->getName());
189         if (OMI == OptznMap.end()) continue;
190         
191         LibCallOptimization *CO = OMI->second;
192
193         // Make sure the called function is suitable for the optimization
194         if (!CO->ValidateCalledFunction(FI, *this))
195           continue;
196
197         // Loop over each of the uses of the function
198         for (Value::use_iterator UI = FI->use_begin(), UE = FI->use_end();
199              UI != UE ; ) {
200           // If the use of the function is a call instruction
201           if (CallInst* CI = dyn_cast<CallInst>(*UI++)) {
202             // Do the optimization on the LibCallOptimization.
203             if (CO->OptimizeCall(CI, *this)) {
204               ++SimplifiedLibCalls;
205               found_optimization = result = true;
206               CO->succeeded();
207             }
208           }
209         }
210       }
211     } while (found_optimization);
212     
213     return result;
214   }
215
216   /// @brief Return the *current* module we're working on.
217   Module* getModule() const { return M; }
218
219   /// @brief Return the *current* target data for the module we're working on.
220   TargetData* getTargetData() const { return TD; }
221
222   /// @brief Return the size_t type -- syntactic shortcut
223   const Type* getIntPtrType() const { return TD->getIntPtrType(); }
224
225   /// @brief Return a Function* for the putchar libcall
226   Constant *get_putchar() {
227     if (!putchar_func)
228       putchar_func = 
229         M->getOrInsertFunction("putchar", Type::Int32Ty, Type::Int32Ty, NULL);
230     return putchar_func;
231   }
232
233   /// @brief Return a Function* for the puts libcall
234   Constant *get_puts() {
235     if (!puts_func)
236       puts_func = M->getOrInsertFunction("puts", Type::Int32Ty,
237                                          PointerType::get(Type::Int8Ty),
238                                          NULL);
239     return puts_func;
240   }
241
242   /// @brief Return a Function* for the fputc libcall
243   Constant *get_fputc(const Type* FILEptr_type) {
244     if (!fputc_func)
245       fputc_func = M->getOrInsertFunction("fputc", Type::Int32Ty, Type::Int32Ty,
246                                           FILEptr_type, NULL);
247     return fputc_func;
248   }
249
250   /// @brief Return a Function* for the fputs libcall
251   Constant *get_fputs(const Type* FILEptr_type) {
252     if (!fputs_func)
253       fputs_func = M->getOrInsertFunction("fputs", Type::Int32Ty,
254                                           PointerType::get(Type::Int8Ty),
255                                           FILEptr_type, NULL);
256     return fputs_func;
257   }
258
259   /// @brief Return a Function* for the fwrite libcall
260   Constant *get_fwrite(const Type* FILEptr_type) {
261     if (!fwrite_func)
262       fwrite_func = M->getOrInsertFunction("fwrite", TD->getIntPtrType(),
263                                            PointerType::get(Type::Int8Ty),
264                                            TD->getIntPtrType(),
265                                            TD->getIntPtrType(),
266                                            FILEptr_type, NULL);
267     return fwrite_func;
268   }
269
270   /// @brief Return a Function* for the sqrt libcall
271   Constant *get_sqrt() {
272     if (!sqrt_func)
273       sqrt_func = M->getOrInsertFunction("sqrt", Type::DoubleTy, 
274                                          Type::DoubleTy, NULL);
275     return sqrt_func;
276   }
277
278   /// @brief Return a Function* for the strcpy libcall
279   Constant *get_strcpy() {
280     if (!strcpy_func)
281       strcpy_func = M->getOrInsertFunction("strcpy",
282                                            PointerType::get(Type::Int8Ty),
283                                            PointerType::get(Type::Int8Ty),
284                                            PointerType::get(Type::Int8Ty),
285                                            NULL);
286     return strcpy_func;
287   }
288
289   /// @brief Return a Function* for the strlen libcall
290   Constant *get_strlen() {
291     if (!strlen_func)
292       strlen_func = M->getOrInsertFunction("strlen", TD->getIntPtrType(),
293                                            PointerType::get(Type::Int8Ty),
294                                            NULL);
295     return strlen_func;
296   }
297
298   /// @brief Return a Function* for the memchr libcall
299   Constant *get_memchr() {
300     if (!memchr_func)
301       memchr_func = M->getOrInsertFunction("memchr",
302                                            PointerType::get(Type::Int8Ty),
303                                            PointerType::get(Type::Int8Ty),
304                                            Type::Int32Ty, TD->getIntPtrType(),
305                                            NULL);
306     return memchr_func;
307   }
308
309   /// @brief Return a Function* for the memcpy libcall
310   Constant *get_memcpy() {
311     if (!memcpy_func) {
312       const Type *SBP = PointerType::get(Type::Int8Ty);
313       const char *N = TD->getIntPtrType() == Type::Int32Ty ?
314                             "llvm.memcpy.i32" : "llvm.memcpy.i64";
315       memcpy_func = M->getOrInsertFunction(N, Type::VoidTy, SBP, SBP,
316                                            TD->getIntPtrType(), Type::Int32Ty,
317                                            NULL);
318     }
319     return memcpy_func;
320   }
321
322   Constant *getUnaryFloatFunction(const char *Name, Constant *&Cache) {
323     if (!Cache)
324       Cache = M->getOrInsertFunction(Name, Type::FloatTy, Type::FloatTy, NULL);
325     return Cache;
326   }
327   
328   Constant *get_floorf() { return getUnaryFloatFunction("floorf", floorf_func);}
329   Constant *get_ceilf()  { return getUnaryFloatFunction( "ceilf",  ceilf_func);}
330   Constant *get_roundf() { return getUnaryFloatFunction("roundf", roundf_func);}
331   Constant *get_rintf()  { return getUnaryFloatFunction( "rintf",  rintf_func);}
332   Constant *get_nearbyintf() { return getUnaryFloatFunction("nearbyintf",
333                                                             nearbyintf_func); }
334 private:
335   /// @brief Reset our cached data for a new Module
336   void reset(Module& mod) {
337     M = &mod;
338     TD = &getAnalysis<TargetData>();
339     putchar_func = 0;
340     puts_func = 0;
341     fputc_func = 0;
342     fputs_func = 0;
343     fwrite_func = 0;
344     memcpy_func = 0;
345     memchr_func = 0;
346     sqrt_func   = 0;
347     strcpy_func = 0;
348     strlen_func = 0;
349     floorf_func = 0;
350     ceilf_func = 0;
351     roundf_func = 0;
352     rintf_func = 0;
353     nearbyintf_func = 0;
354   }
355
356 private:
357   /// Caches for function pointers.
358   Constant *putchar_func, *puts_func;
359   Constant *fputc_func, *fputs_func, *fwrite_func;
360   Constant *memcpy_func, *memchr_func;
361   Constant *sqrt_func;
362   Constant *strcpy_func, *strlen_func;
363   Constant *floorf_func, *ceilf_func, *roundf_func;
364   Constant *rintf_func, *nearbyintf_func;
365   Module *M;             ///< Cached Module
366   TargetData *TD;        ///< Cached TargetData
367 };
368
369 // Register the pass
370 RegisterPass<SimplifyLibCalls>
371 X("simplify-libcalls", "Simplify well-known library calls");
372
373 } // anonymous namespace
374
375 // The only public symbol in this file which just instantiates the pass object
376 ModulePass *llvm::createSimplifyLibCallsPass() {
377   return new SimplifyLibCalls();
378 }
379
380 // Classes below here, in the anonymous namespace, are all subclasses of the
381 // LibCallOptimization class, each implementing all optimizations possible for a
382 // single well-known library call. Each has a static singleton instance that
383 // auto registers it into the "optlist" global above.
384 namespace {
385
386 // Forward declare utility functions.
387 static bool GetConstantStringInfo(Value *V, ConstantArray *&Array,
388                                   uint64_t &Length, uint64_t &StartIdx);
389 static 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 VISIBILITY_HIDDEN 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 VISIBILITY_HIDDEN 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::Int8Ty))
463       if (f->arg_size() == 2)
464       {
465         Function::const_arg_iterator AI = f->arg_begin();
466         if (AI++->getType() == PointerType::get(Type::Int8Ty))
467           if (AI->getType() == PointerType::get(Type::Int8Ty))
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 *Dst = 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.
484     uint64_t SrcLength, StartIdx;
485     ConstantArray *Arr;
486     if (!GetConstantStringInfo(Src, Arr, SrcLength, StartIdx))
487       return false;
488
489     // Handle the simple, do-nothing case
490     if (SrcLength == 0) {
491       CI->replaceAllUsesWith(Dst);
492       CI->eraseFromParent();
493       return true;
494     }
495
496     // We need to find the end of the destination string.  That's where the
497     // memory is to be moved to. We just generate a call to strlen (further
498     // optimized in another pass).
499     CallInst *DstLen = new CallInst(SLC.get_strlen(), Dst,
500                                     Dst->getName()+".len", CI);
501
502     // Now that we have the destination's length, we must index into the
503     // destination's pointer to get the actual memcpy destination (end of
504     // the string .. we're concatenating).
505     Dst = new GetElementPtrInst(Dst, DstLen, Dst->getName()+".indexed", CI);
506
507     // We have enough information to now generate the memcpy call to
508     // do the concatenation for us.
509     Value *Vals[] = {
510       Dst, Src,
511       ConstantInt::get(SLC.getIntPtrType(), SrcLength+1), // copy nul term.
512       ConstantInt::get(Type::Int32Ty, 1)  // alignment
513     };
514     new CallInst(SLC.get_memcpy(), Vals, 4, "", CI);
515
516     // Finally, substitute the first operand of the strcat call for the
517     // strcat call itself since strcat returns its first operand; and,
518     // kill the strcat CallInst.
519     CI->replaceAllUsesWith(Dst);
520     CI->eraseFromParent();
521     return true;
522   }
523 } StrCatOptimizer;
524
525 /// This LibCallOptimization will simplify a call to the strchr library
526 /// function.  It optimizes out cases where the arguments are both constant
527 /// and the result can be determined statically.
528 /// @brief Simplify the strcmp library function.
529 struct VISIBILITY_HIDDEN StrChrOptimization : public LibCallOptimization {
530 public:
531   StrChrOptimization() : LibCallOptimization("strchr",
532       "Number of 'strchr' calls simplified") {}
533
534   /// @brief Make sure that the "strchr" function has the right prototype
535   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function* f, SimplifyLibCalls& SLC){
536     if (f->getReturnType() == PointerType::get(Type::Int8Ty) &&
537         f->arg_size() == 2)
538       return true;
539     return false;
540   }
541
542   /// @brief Perform the strchr optimizations
543   virtual bool OptimizeCall(CallInst *ci, SimplifyLibCalls &SLC) {
544     // If there aren't three operands, bail
545     if (ci->getNumOperands() != 3)
546       return false;
547
548     // Check that the first argument to strchr is a constant array of sbyte.
549     // If it is, get the length and data, otherwise return false.
550     uint64_t len, StartIdx;
551     ConstantArray* CA = 0;
552     if (!GetConstantStringInfo(ci->getOperand(1), CA, len, StartIdx))
553       return false;
554
555     // Check that the second argument to strchr is a constant int. If it isn't
556     // a constant integer, we can try an alternate optimization
557     ConstantInt* CSI = dyn_cast<ConstantInt>(ci->getOperand(2));
558     if (!CSI) {
559       // The second operand is not constant just lower this to 
560       // memchr since we know the length of the string since it is constant.
561       Constant *f = SLC.get_memchr();
562       Value* args[3] = {
563         ci->getOperand(1),
564         ci->getOperand(2),
565         ConstantInt::get(SLC.getIntPtrType(), len)
566       };
567       ci->replaceAllUsesWith(new CallInst(f, args, 3, ci->getName(), ci));
568       ci->eraseFromParent();
569       return true;
570     }
571
572     // Get the character we're looking for
573     int64_t chr = CSI->getSExtValue();
574
575     // Compute the offset
576     uint64_t offset = 0;
577     bool char_found = false;
578     for (uint64_t i = 0; i < len; ++i) {
579       if (ConstantInt* CI = dyn_cast<ConstantInt>(CA->getOperand(i))) {
580         // Check for the null terminator
581         if (CI->isZero())
582           break; // we found end of string
583         else if (CI->getSExtValue() == chr) {
584           char_found = true;
585           offset = i;
586           break;
587         }
588       }
589     }
590
591     // strchr(s,c)  -> offset_of_in(c,s)
592     //    (if c is a constant integer and s is a constant string)
593     if (char_found) {
594       Value* Idx = ConstantInt::get(Type::Int64Ty,offset);
595       GetElementPtrInst* GEP = new GetElementPtrInst(ci->getOperand(1), Idx, 
596           ci->getOperand(1)->getName()+".strchr",ci);
597       ci->replaceAllUsesWith(GEP);
598     } else {
599       ci->replaceAllUsesWith(
600           ConstantPointerNull::get(PointerType::get(Type::Int8Ty)));
601     }
602     ci->eraseFromParent();
603     return true;
604   }
605 } StrChrOptimizer;
606
607 /// This LibCallOptimization will simplify a call to the strcmp library
608 /// function.  It optimizes out cases where one or both arguments are constant
609 /// and the result can be determined statically.
610 /// @brief Simplify the strcmp library function.
611 struct VISIBILITY_HIDDEN StrCmpOptimization : public LibCallOptimization {
612 public:
613   StrCmpOptimization() : LibCallOptimization("strcmp",
614       "Number of 'strcmp' calls simplified") {}
615
616   /// @brief Make sure that the "strcmp" function has the right prototype
617   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function *F, SimplifyLibCalls &SLC){
618     return F->getReturnType() == Type::Int32Ty && F->arg_size() == 2;
619   }
620
621   /// @brief Perform the strcmp optimization
622   virtual bool OptimizeCall(CallInst* ci, SimplifyLibCalls& SLC) {
623     // First, check to see if src and destination are the same. If they are,
624     // then the optimization is to replace the CallInst with a constant 0
625     // because the call is a no-op.
626     Value* s1 = ci->getOperand(1);
627     Value* s2 = ci->getOperand(2);
628     if (s1 == s2) {
629       // strcmp(x,x)  -> 0
630       ci->replaceAllUsesWith(ConstantInt::get(Type::Int32Ty,0));
631       ci->eraseFromParent();
632       return true;
633     }
634
635     bool isstr_1 = false;
636     uint64_t len_1 = 0, StartIdx;
637     ConstantArray *A1;
638     if (GetConstantStringInfo(s1, A1, len_1, StartIdx)) {
639       isstr_1 = true;
640       if (len_1 == 0) {
641         // strcmp("",x) -> *x
642         LoadInst* load =
643           new LoadInst(CastToCStr(s2,*ci), ci->getName()+".load",ci);
644         CastInst* cast =
645           CastInst::create(Instruction::SExt, load, Type::Int32Ty, 
646                            ci->getName()+".int", ci);
647         ci->replaceAllUsesWith(cast);
648         ci->eraseFromParent();
649         return true;
650       }
651     }
652
653     bool isstr_2 = false;
654     uint64_t len_2;
655     ConstantArray* A2;
656     if (GetConstantStringInfo(s2, A2, len_2, StartIdx)) {
657       isstr_2 = true;
658       if (len_2 == 0) {
659         // strcmp(x,"") -> *x
660         LoadInst* load =
661           new LoadInst(CastToCStr(s1,*ci),ci->getName()+".val",ci);
662         CastInst* cast =
663           CastInst::create(Instruction::SExt, load, Type::Int32Ty, 
664                            ci->getName()+".int", ci);
665         ci->replaceAllUsesWith(cast);
666         ci->eraseFromParent();
667         return true;
668       }
669     }
670
671     if (isstr_1 && isstr_2) {
672       // strcmp(x,y)  -> cnst  (if both x and y are constant strings)
673       std::string str1 = A1->getAsString();
674       std::string str2 = A2->getAsString();
675       int result = strcmp(str1.c_str(), str2.c_str());
676       ci->replaceAllUsesWith(ConstantInt::get(Type::Int32Ty,result));
677       ci->eraseFromParent();
678       return true;
679     }
680     return false;
681   }
682 } StrCmpOptimizer;
683
684 /// This LibCallOptimization will simplify a call to the strncmp library
685 /// function.  It optimizes out cases where one or both arguments are constant
686 /// and the result can be determined statically.
687 /// @brief Simplify the strncmp library function.
688 struct VISIBILITY_HIDDEN StrNCmpOptimization : public LibCallOptimization {
689 public:
690   StrNCmpOptimization() : LibCallOptimization("strncmp",
691       "Number of 'strncmp' calls simplified") {}
692
693   /// @brief Make sure that the "strncmp" function has the right prototype
694   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function* f, SimplifyLibCalls& SLC){
695     if (f->getReturnType() == Type::Int32Ty && f->arg_size() == 3)
696       return true;
697     return false;
698   }
699
700   /// @brief Perform the strncpy optimization
701   virtual bool OptimizeCall(CallInst *ci, SimplifyLibCalls &SLC) {
702     // First, check to see if src and destination are the same. If they are,
703     // then the optimization is to replace the CallInst with a constant 0
704     // because the call is a no-op.
705     Value* s1 = ci->getOperand(1);
706     Value* s2 = ci->getOperand(2);
707     if (s1 == s2) {
708       // strncmp(x,x,l)  -> 0
709       ci->replaceAllUsesWith(ConstantInt::get(Type::Int32Ty,0));
710       ci->eraseFromParent();
711       return true;
712     }
713
714     // Check the length argument, if it is Constant zero then the strings are
715     // considered equal.
716     uint64_t len_arg = 0;
717     bool len_arg_is_const = false;
718     if (ConstantInt* len_CI = dyn_cast<ConstantInt>(ci->getOperand(3))) {
719       len_arg_is_const = true;
720       len_arg = len_CI->getZExtValue();
721       if (len_arg == 0) {
722         // strncmp(x,y,0)   -> 0
723         ci->replaceAllUsesWith(ConstantInt::get(Type::Int32Ty,0));
724         ci->eraseFromParent();
725         return true;
726       }
727     }
728
729     bool isstr_1 = false;
730     uint64_t len_1 = 0, StartIdx;
731     ConstantArray* A1;
732     if (GetConstantStringInfo(s1, A1, len_1, StartIdx)) {
733       isstr_1 = true;
734       if (len_1 == 0) {
735         // strncmp("",x) -> *x
736         LoadInst* load = new LoadInst(s1,ci->getName()+".load",ci);
737         CastInst* cast =
738           CastInst::create(Instruction::SExt, load, Type::Int32Ty, 
739                            ci->getName()+".int", ci);
740         ci->replaceAllUsesWith(cast);
741         ci->eraseFromParent();
742         return true;
743       }
744     }
745
746     bool isstr_2 = false;
747     uint64_t len_2 = 0;
748     ConstantArray* A2;
749     if (GetConstantStringInfo(s2, A2, len_2, StartIdx)) {
750       isstr_2 = true;
751       if (len_2 == 0) {
752         // strncmp(x,"") -> *x
753         LoadInst* load = new LoadInst(s2,ci->getName()+".val",ci);
754         CastInst* cast =
755           CastInst::create(Instruction::SExt, load, Type::Int32Ty, 
756                            ci->getName()+".int", ci);
757         ci->replaceAllUsesWith(cast);
758         ci->eraseFromParent();
759         return true;
760       }
761     }
762
763     if (isstr_1 && isstr_2 && len_arg_is_const) {
764       // strncmp(x,y,const) -> constant
765       std::string str1 = A1->getAsString();
766       std::string str2 = A2->getAsString();
767       int result = strncmp(str1.c_str(), str2.c_str(), len_arg);
768       ci->replaceAllUsesWith(ConstantInt::get(Type::Int32Ty,result));
769       ci->eraseFromParent();
770       return true;
771     }
772     return false;
773   }
774 } StrNCmpOptimizer;
775
776 /// This LibCallOptimization will simplify a call to the strcpy library
777 /// function.  Two optimizations are possible:
778 /// (1) If src and dest are the same and not volatile, just return dest
779 /// (2) If the src is a constant then we can convert to llvm.memmove
780 /// @brief Simplify the strcpy library function.
781 struct VISIBILITY_HIDDEN StrCpyOptimization : public LibCallOptimization {
782 public:
783   StrCpyOptimization() : LibCallOptimization("strcpy",
784       "Number of 'strcpy' calls simplified") {}
785
786   /// @brief Make sure that the "strcpy" function has the right prototype
787   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function* f, SimplifyLibCalls& SLC){
788     if (f->getReturnType() == PointerType::get(Type::Int8Ty))
789       if (f->arg_size() == 2) {
790         Function::const_arg_iterator AI = f->arg_begin();
791         if (AI++->getType() == PointerType::get(Type::Int8Ty))
792           if (AI->getType() == PointerType::get(Type::Int8Ty)) {
793             // Indicate this is a suitable call type.
794             return true;
795           }
796       }
797     return false;
798   }
799
800   /// @brief Perform the strcpy optimization
801   virtual bool OptimizeCall(CallInst* ci, SimplifyLibCalls& SLC) {
802     // First, check to see if src and destination are the same. If they are,
803     // then the optimization is to replace the CallInst with the destination
804     // because the call is a no-op. Note that this corresponds to the
805     // degenerate strcpy(X,X) case which should have "undefined" results
806     // according to the C specification. However, it occurs sometimes and
807     // we optimize it as a no-op.
808     Value* dest = ci->getOperand(1);
809     Value* src = ci->getOperand(2);
810     if (dest == src) {
811       ci->replaceAllUsesWith(dest);
812       ci->eraseFromParent();
813       return true;
814     }
815
816     // Get the length of the constant string referenced by the second operand,
817     // the "src" parameter. Fail the optimization if we can't get the length
818     // (note that GetConstantStringInfo does lots of checks to make sure this
819     // is valid).
820     uint64_t len, StartIdx;
821     ConstantArray *A;
822     if (!GetConstantStringInfo(ci->getOperand(2), A, len, StartIdx))
823       return false;
824
825     // If the constant string's length is zero we can optimize this by just
826     // doing a store of 0 at the first byte of the destination
827     if (len == 0) {
828       new StoreInst(ConstantInt::get(Type::Int8Ty,0),ci->getOperand(1),ci);
829       ci->replaceAllUsesWith(dest);
830       ci->eraseFromParent();
831       return true;
832     }
833
834     // Increment the length because we actually want to memcpy the null
835     // terminator as well.
836     len++;
837
838     // We have enough information to now generate the memcpy call to
839     // do the concatenation for us.
840     Value *vals[4] = {
841       dest, src,
842       ConstantInt::get(SLC.getIntPtrType(),len), // length
843       ConstantInt::get(Type::Int32Ty, 1) // alignment
844     };
845     new CallInst(SLC.get_memcpy(), vals, 4, "", ci);
846
847     // Finally, substitute the first operand of the strcat call for the
848     // strcat call itself since strcat returns its first operand; and,
849     // kill the strcat CallInst.
850     ci->replaceAllUsesWith(dest);
851     ci->eraseFromParent();
852     return true;
853   }
854 } StrCpyOptimizer;
855
856 /// This LibCallOptimization will simplify a call to the strlen library
857 /// function by replacing it with a constant value if the string provided to
858 /// it is a constant array.
859 /// @brief Simplify the strlen library function.
860 struct VISIBILITY_HIDDEN StrLenOptimization : public LibCallOptimization {
861   StrLenOptimization() : LibCallOptimization("strlen",
862       "Number of 'strlen' calls simplified") {}
863
864   /// @brief Make sure that the "strlen" function has the right prototype
865   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function* f, SimplifyLibCalls& SLC)
866   {
867     if (f->getReturnType() == SLC.getTargetData()->getIntPtrType())
868       if (f->arg_size() == 1)
869         if (Function::const_arg_iterator AI = f->arg_begin())
870           if (AI->getType() == PointerType::get(Type::Int8Ty))
871             return true;
872     return false;
873   }
874
875   /// @brief Perform the strlen optimization
876   virtual bool OptimizeCall(CallInst* ci, SimplifyLibCalls& SLC)
877   {
878     // Make sure we're dealing with an sbyte* here.
879     Value* str = ci->getOperand(1);
880     if (str->getType() != PointerType::get(Type::Int8Ty))
881       return false;
882
883     // Does the call to strlen have exactly one use?
884     if (ci->hasOneUse())
885       // Is that single use a icmp operator?
886       if (ICmpInst* bop = dyn_cast<ICmpInst>(ci->use_back()))
887         // Is it compared against a constant integer?
888         if (ConstantInt* CI = dyn_cast<ConstantInt>(bop->getOperand(1)))
889         {
890           // Get the value the strlen result is compared to
891           uint64_t val = CI->getZExtValue();
892
893           // If its compared against length 0 with == or !=
894           if (val == 0 &&
895               (bop->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_EQ ||
896                bop->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_NE))
897           {
898             // strlen(x) != 0 -> *x != 0
899             // strlen(x) == 0 -> *x == 0
900             LoadInst* load = new LoadInst(str,str->getName()+".first",ci);
901             ICmpInst* rbop = new ICmpInst(bop->getPredicate(), load, 
902                                           ConstantInt::get(Type::Int8Ty,0),
903                                           bop->getName()+".strlen", ci);
904             bop->replaceAllUsesWith(rbop);
905             bop->eraseFromParent();
906             ci->eraseFromParent();
907             return true;
908           }
909         }
910
911     // Get the length of the constant string operand
912     uint64_t len = 0, StartIdx;
913     ConstantArray *A;
914     if (!GetConstantStringInfo(ci->getOperand(1), A, len, StartIdx))
915       return false;
916
917     // strlen("xyz") -> 3 (for example)
918     const Type *Ty = SLC.getTargetData()->getIntPtrType();
919     ci->replaceAllUsesWith(ConstantInt::get(Ty, len));
920      
921     ci->eraseFromParent();
922     return true;
923   }
924 } StrLenOptimizer;
925
926 /// IsOnlyUsedInEqualsComparison - Return true if it only matters that the value
927 /// is equal or not-equal to zero. 
928 static bool IsOnlyUsedInEqualsZeroComparison(Instruction *I) {
929   for (Value::use_iterator UI = I->use_begin(), E = I->use_end();
930        UI != E; ++UI) {
931     Instruction *User = cast<Instruction>(*UI);
932     if (ICmpInst *IC = dyn_cast<ICmpInst>(User)) {
933       if ((IC->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_NE ||
934            IC->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_EQ) &&
935           isa<Constant>(IC->getOperand(1)) &&
936           cast<Constant>(IC->getOperand(1))->isNullValue())
937         continue;
938     } else if (CastInst *CI = dyn_cast<CastInst>(User))
939       if (CI->getType() == Type::Int1Ty)
940         continue;
941     // Unknown instruction.
942     return false;
943   }
944   return true;
945 }
946
947 /// This memcmpOptimization will simplify a call to the memcmp library
948 /// function.
949 struct VISIBILITY_HIDDEN memcmpOptimization : public LibCallOptimization {
950   /// @brief Default Constructor
951   memcmpOptimization()
952     : LibCallOptimization("memcmp", "Number of 'memcmp' calls simplified") {}
953   
954   /// @brief Make sure that the "memcmp" function has the right prototype
955   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function *F, SimplifyLibCalls &TD) {
956     Function::const_arg_iterator AI = F->arg_begin();
957     if (F->arg_size() != 3 || !isa<PointerType>(AI->getType())) return false;
958     if (!isa<PointerType>((++AI)->getType())) return false;
959     if (!(++AI)->getType()->isInteger()) return false;
960     if (!F->getReturnType()->isInteger()) return false;
961     return true;
962   }
963   
964   /// Because of alignment and instruction information that we don't have, we
965   /// leave the bulk of this to the code generators.
966   ///
967   /// Note that we could do much more if we could force alignment on otherwise
968   /// small aligned allocas, or if we could indicate that loads have a small
969   /// alignment.
970   virtual bool OptimizeCall(CallInst *CI, SimplifyLibCalls &TD) {
971     Value *LHS = CI->getOperand(1), *RHS = CI->getOperand(2);
972
973     // If the two operands are the same, return zero.
974     if (LHS == RHS) {
975       // memcmp(s,s,x) -> 0
976       CI->replaceAllUsesWith(Constant::getNullValue(CI->getType()));
977       CI->eraseFromParent();
978       return true;
979     }
980     
981     // Make sure we have a constant length.
982     ConstantInt *LenC = dyn_cast<ConstantInt>(CI->getOperand(3));
983     if (!LenC) return false;
984     uint64_t Len = LenC->getZExtValue();
985       
986     // If the length is zero, this returns 0.
987     switch (Len) {
988     case 0:
989       // memcmp(s1,s2,0) -> 0
990       CI->replaceAllUsesWith(Constant::getNullValue(CI->getType()));
991       CI->eraseFromParent();
992       return true;
993     case 1: {
994       // memcmp(S1,S2,1) -> *(ubyte*)S1 - *(ubyte*)S2
995       const Type *UCharPtr = PointerType::get(Type::Int8Ty);
996       CastInst *Op1Cast = CastInst::create(
997           Instruction::BitCast, LHS, UCharPtr, LHS->getName(), CI);
998       CastInst *Op2Cast = CastInst::create(
999           Instruction::BitCast, RHS, UCharPtr, RHS->getName(), CI);
1000       Value *S1V = new LoadInst(Op1Cast, LHS->getName()+".val", CI);
1001       Value *S2V = new LoadInst(Op2Cast, RHS->getName()+".val", CI);
1002       Value *RV = BinaryOperator::createSub(S1V, S2V, CI->getName()+".diff",CI);
1003       if (RV->getType() != CI->getType())
1004         RV = CastInst::createIntegerCast(RV, CI->getType(), false, 
1005                                          RV->getName(), CI);
1006       CI->replaceAllUsesWith(RV);
1007       CI->eraseFromParent();
1008       return true;
1009     }
1010     case 2:
1011       if (IsOnlyUsedInEqualsZeroComparison(CI)) {
1012         // TODO: IF both are aligned, use a short load/compare.
1013       
1014         // memcmp(S1,S2,2) -> S1[0]-S2[0] | S1[1]-S2[1] iff only ==/!= 0 matters
1015         const Type *UCharPtr = PointerType::get(Type::Int8Ty);
1016         CastInst *Op1Cast = CastInst::create(
1017             Instruction::BitCast, LHS, UCharPtr, LHS->getName(), CI);
1018         CastInst *Op2Cast = CastInst::create(
1019             Instruction::BitCast, RHS, UCharPtr, RHS->getName(), CI);
1020         Value *S1V1 = new LoadInst(Op1Cast, LHS->getName()+".val1", CI);
1021         Value *S2V1 = new LoadInst(Op2Cast, RHS->getName()+".val1", CI);
1022         Value *D1 = BinaryOperator::createSub(S1V1, S2V1,
1023                                               CI->getName()+".d1", CI);
1024         Constant *One = ConstantInt::get(Type::Int32Ty, 1);
1025         Value *G1 = new GetElementPtrInst(Op1Cast, One, "next1v", CI);
1026         Value *G2 = new GetElementPtrInst(Op2Cast, One, "next2v", CI);
1027         Value *S1V2 = new LoadInst(G1, LHS->getName()+".val2", CI);
1028         Value *S2V2 = new LoadInst(G2, RHS->getName()+".val2", CI);
1029         Value *D2 = BinaryOperator::createSub(S1V2, S2V2,
1030                                               CI->getName()+".d1", CI);
1031         Value *Or = BinaryOperator::createOr(D1, D2, CI->getName()+".res", CI);
1032         if (Or->getType() != CI->getType())
1033           Or = CastInst::createIntegerCast(Or, CI->getType(), false /*ZExt*/, 
1034                                            Or->getName(), CI);
1035         CI->replaceAllUsesWith(Or);
1036         CI->eraseFromParent();
1037         return true;
1038       }
1039       break;
1040     default:
1041       break;
1042     }
1043     
1044     return false;
1045   }
1046 } memcmpOptimizer;
1047
1048
1049 /// This LibCallOptimization will simplify a call to the memcpy library
1050 /// function by expanding it out to a single store of size 0, 1, 2, 4, or 8
1051 /// bytes depending on the length of the string and the alignment. Additional
1052 /// optimizations are possible in code generation (sequence of immediate store)
1053 /// @brief Simplify the memcpy library function.
1054 struct VISIBILITY_HIDDEN LLVMMemCpyMoveOptzn : public LibCallOptimization {
1055   LLVMMemCpyMoveOptzn(const char* fname, const char* desc)
1056   : LibCallOptimization(fname, desc) {}
1057
1058   /// @brief Make sure that the "memcpy" function has the right prototype
1059   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function* f, SimplifyLibCalls& TD) {
1060     // Just make sure this has 4 arguments per LLVM spec.
1061     return (f->arg_size() == 4);
1062   }
1063
1064   /// Because of alignment and instruction information that we don't have, we
1065   /// leave the bulk of this to the code generators. The optimization here just
1066   /// deals with a few degenerate cases where the length of the string and the
1067   /// alignment match the sizes of our intrinsic types so we can do a load and
1068   /// store instead of the memcpy call.
1069   /// @brief Perform the memcpy optimization.
1070   virtual bool OptimizeCall(CallInst* ci, SimplifyLibCalls& TD) {
1071     // Make sure we have constant int values to work with
1072     ConstantInt* LEN = dyn_cast<ConstantInt>(ci->getOperand(3));
1073     if (!LEN)
1074       return false;
1075     ConstantInt* ALIGN = dyn_cast<ConstantInt>(ci->getOperand(4));
1076     if (!ALIGN)
1077       return false;
1078
1079     // If the length is larger than the alignment, we can't optimize
1080     uint64_t len = LEN->getZExtValue();
1081     uint64_t alignment = ALIGN->getZExtValue();
1082     if (alignment == 0)
1083       alignment = 1; // Alignment 0 is identity for alignment 1
1084     if (len > alignment)
1085       return false;
1086
1087     // Get the type we will cast to, based on size of the string
1088     Value* dest = ci->getOperand(1);
1089     Value* src = ci->getOperand(2);
1090     const Type* castType = 0;
1091     switch (len)
1092     {
1093       case 0:
1094         // memcpy(d,s,0,a) -> noop
1095         ci->eraseFromParent();
1096         return true;
1097       case 1: castType = Type::Int8Ty; break;
1098       case 2: castType = Type::Int16Ty; break;
1099       case 4: castType = Type::Int32Ty; break;
1100       case 8: castType = Type::Int64Ty; break;
1101       default:
1102         return false;
1103     }
1104
1105     // Cast source and dest to the right sized primitive and then load/store
1106     CastInst* SrcCast = CastInst::create(Instruction::BitCast,
1107         src, PointerType::get(castType), src->getName()+".cast", ci);
1108     CastInst* DestCast = CastInst::create(Instruction::BitCast,
1109         dest, PointerType::get(castType),dest->getName()+".cast", ci);
1110     LoadInst* LI = new LoadInst(SrcCast,SrcCast->getName()+".val",ci);
1111     new StoreInst(LI, DestCast, ci);
1112     ci->eraseFromParent();
1113     return true;
1114   }
1115 };
1116
1117 /// This LibCallOptimization will simplify a call to the memcpy/memmove library
1118 /// functions.
1119 LLVMMemCpyMoveOptzn LLVMMemCpyOptimizer32("llvm.memcpy.i32",
1120                                     "Number of 'llvm.memcpy' calls simplified");
1121 LLVMMemCpyMoveOptzn LLVMMemCpyOptimizer64("llvm.memcpy.i64",
1122                                    "Number of 'llvm.memcpy' calls simplified");
1123 LLVMMemCpyMoveOptzn LLVMMemMoveOptimizer32("llvm.memmove.i32",
1124                                    "Number of 'llvm.memmove' calls simplified");
1125 LLVMMemCpyMoveOptzn LLVMMemMoveOptimizer64("llvm.memmove.i64",
1126                                    "Number of 'llvm.memmove' calls simplified");
1127
1128 /// This LibCallOptimization will simplify a call to the memset library
1129 /// function by expanding it out to a single store of size 0, 1, 2, 4, or 8
1130 /// bytes depending on the length argument.
1131 struct VISIBILITY_HIDDEN LLVMMemSetOptimization : public LibCallOptimization {
1132   /// @brief Default Constructor
1133   LLVMMemSetOptimization(const char *Name) : LibCallOptimization(Name,
1134       "Number of 'llvm.memset' calls simplified") {}
1135
1136   /// @brief Make sure that the "memset" function has the right prototype
1137   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function *F, SimplifyLibCalls &TD) {
1138     // Just make sure this has 3 arguments per LLVM spec.
1139     return F->arg_size() == 4;
1140   }
1141
1142   /// Because of alignment and instruction information that we don't have, we
1143   /// leave the bulk of this to the code generators. The optimization here just
1144   /// deals with a few degenerate cases where the length parameter is constant
1145   /// and the alignment matches the sizes of our intrinsic types so we can do
1146   /// store instead of the memcpy call. Other calls are transformed into the
1147   /// llvm.memset intrinsic.
1148   /// @brief Perform the memset optimization.
1149   virtual bool OptimizeCall(CallInst *ci, SimplifyLibCalls &TD) {
1150     // Make sure we have constant int values to work with
1151     ConstantInt* LEN = dyn_cast<ConstantInt>(ci->getOperand(3));
1152     if (!LEN)
1153       return false;
1154     ConstantInt* ALIGN = dyn_cast<ConstantInt>(ci->getOperand(4));
1155     if (!ALIGN)
1156       return false;
1157
1158     // Extract the length and alignment
1159     uint64_t len = LEN->getZExtValue();
1160     uint64_t alignment = ALIGN->getZExtValue();
1161
1162     // Alignment 0 is identity for alignment 1
1163     if (alignment == 0)
1164       alignment = 1;
1165
1166     // If the length is zero, this is a no-op
1167     if (len == 0) {
1168       // memset(d,c,0,a) -> noop
1169       ci->eraseFromParent();
1170       return true;
1171     }
1172
1173     // If the length is larger than the alignment, we can't optimize
1174     if (len > alignment)
1175       return false;
1176
1177     // Make sure we have a constant ubyte to work with so we can extract
1178     // the value to be filled.
1179     ConstantInt* FILL = dyn_cast<ConstantInt>(ci->getOperand(2));
1180     if (!FILL)
1181       return false;
1182     if (FILL->getType() != Type::Int8Ty)
1183       return false;
1184
1185     // memset(s,c,n) -> store s, c (for n=1,2,4,8)
1186
1187     // Extract the fill character
1188     uint64_t fill_char = FILL->getZExtValue();
1189     uint64_t fill_value = fill_char;
1190
1191     // Get the type we will cast to, based on size of memory area to fill, and
1192     // and the value we will store there.
1193     Value* dest = ci->getOperand(1);
1194     const Type* castType = 0;
1195     switch (len) {
1196       case 1:
1197         castType = Type::Int8Ty;
1198         break;
1199       case 2:
1200         castType = Type::Int16Ty;
1201         fill_value |= fill_char << 8;
1202         break;
1203       case 4:
1204         castType = Type::Int32Ty;
1205         fill_value |= fill_char << 8 | fill_char << 16 | fill_char << 24;
1206         break;
1207       case 8:
1208         castType = Type::Int64Ty;
1209         fill_value |= fill_char << 8 | fill_char << 16 | fill_char << 24;
1210         fill_value |= fill_char << 32 | fill_char << 40 | fill_char << 48;
1211         fill_value |= fill_char << 56;
1212         break;
1213       default:
1214         return false;
1215     }
1216
1217     // Cast dest to the right sized primitive and then load/store
1218     CastInst* DestCast = new BitCastInst(dest, PointerType::get(castType), 
1219                                          dest->getName()+".cast", ci);
1220     new StoreInst(ConstantInt::get(castType,fill_value),DestCast, ci);
1221     ci->eraseFromParent();
1222     return true;
1223   }
1224 };
1225
1226 LLVMMemSetOptimization MemSet32Optimizer("llvm.memset.i32");
1227 LLVMMemSetOptimization MemSet64Optimizer("llvm.memset.i64");
1228
1229
1230 /// This LibCallOptimization will simplify calls to the "pow" library
1231 /// function. It looks for cases where the result of pow is well known and
1232 /// substitutes the appropriate value.
1233 /// @brief Simplify the pow library function.
1234 struct VISIBILITY_HIDDEN PowOptimization : public LibCallOptimization {
1235 public:
1236   /// @brief Default Constructor
1237   PowOptimization() : LibCallOptimization("pow",
1238       "Number of 'pow' calls simplified") {}
1239
1240   /// @brief Make sure that the "pow" function has the right prototype
1241   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function* f, SimplifyLibCalls& SLC){
1242     // Just make sure this has 2 arguments
1243     return (f->arg_size() == 2);
1244   }
1245
1246   /// @brief Perform the pow optimization.
1247   virtual bool OptimizeCall(CallInst *ci, SimplifyLibCalls &SLC) {
1248     const Type *Ty = cast<Function>(ci->getOperand(0))->getReturnType();
1249     Value* base = ci->getOperand(1);
1250     Value* expn = ci->getOperand(2);
1251     if (ConstantFP *Op1 = dyn_cast<ConstantFP>(base)) {
1252       double Op1V = Op1->getValue();
1253       if (Op1V == 1.0) {
1254         // pow(1.0,x) -> 1.0
1255         ci->replaceAllUsesWith(ConstantFP::get(Ty,1.0));
1256         ci->eraseFromParent();
1257         return true;
1258       }
1259     }  else if (ConstantFP* Op2 = dyn_cast<ConstantFP>(expn)) {
1260       double Op2V = Op2->getValue();
1261       if (Op2V == 0.0) {
1262         // pow(x,0.0) -> 1.0
1263         ci->replaceAllUsesWith(ConstantFP::get(Ty,1.0));
1264         ci->eraseFromParent();
1265         return true;
1266       } else if (Op2V == 0.5) {
1267         // pow(x,0.5) -> sqrt(x)
1268         CallInst* sqrt_inst = new CallInst(SLC.get_sqrt(), base,
1269             ci->getName()+".pow",ci);
1270         ci->replaceAllUsesWith(sqrt_inst);
1271         ci->eraseFromParent();
1272         return true;
1273       } else if (Op2V == 1.0) {
1274         // pow(x,1.0) -> x
1275         ci->replaceAllUsesWith(base);
1276         ci->eraseFromParent();
1277         return true;
1278       } else if (Op2V == -1.0) {
1279         // pow(x,-1.0)    -> 1.0/x
1280         BinaryOperator* div_inst= BinaryOperator::createFDiv(
1281           ConstantFP::get(Ty,1.0), base, ci->getName()+".pow", ci);
1282         ci->replaceAllUsesWith(div_inst);
1283         ci->eraseFromParent();
1284         return true;
1285       }
1286     }
1287     return false; // opt failed
1288   }
1289 } PowOptimizer;
1290
1291 /// This LibCallOptimization will simplify calls to the "printf" library
1292 /// function. It looks for cases where the result of printf is not used and the
1293 /// operation can be reduced to something simpler.
1294 /// @brief Simplify the printf library function.
1295 struct VISIBILITY_HIDDEN PrintfOptimization : public LibCallOptimization {
1296 public:
1297   /// @brief Default Constructor
1298   PrintfOptimization() : LibCallOptimization("printf",
1299       "Number of 'printf' calls simplified") {}
1300
1301   /// @brief Make sure that the "printf" function has the right prototype
1302   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function* f, SimplifyLibCalls& SLC){
1303     // Just make sure this has at least 1 arguments
1304     return (f->arg_size() >= 1);
1305   }
1306
1307   /// @brief Perform the printf optimization.
1308   virtual bool OptimizeCall(CallInst* ci, SimplifyLibCalls& SLC) {
1309     // If the call has more than 2 operands, we can't optimize it
1310     if (ci->getNumOperands() > 3 || ci->getNumOperands() <= 2)
1311       return false;
1312
1313     // If the result of the printf call is used, none of these optimizations
1314     // can be made.
1315     if (!ci->use_empty())
1316       return false;
1317
1318     // All the optimizations depend on the length of the first argument and the
1319     // fact that it is a constant string array. Check that now
1320     uint64_t len, StartIdx;
1321     ConstantArray* CA = 0;
1322     if (!GetConstantStringInfo(ci->getOperand(1), CA, len, StartIdx))
1323       return false;
1324
1325     if (len != 2 && len != 3)
1326       return false;
1327
1328     // The first character has to be a %
1329     if (ConstantInt* CI = dyn_cast<ConstantInt>(CA->getOperand(0)))
1330       if (CI->getZExtValue() != '%')
1331         return false;
1332
1333     // Get the second character and switch on its value
1334     ConstantInt* CI = dyn_cast<ConstantInt>(CA->getOperand(1));
1335     switch (CI->getZExtValue()) {
1336       case 's':
1337       {
1338         if (len != 3 ||
1339             dyn_cast<ConstantInt>(CA->getOperand(2))->getZExtValue() != '\n')
1340           return false;
1341
1342         // printf("%s\n",str) -> puts(str)
1343         std::vector<Value*> args;
1344         new CallInst(SLC.get_puts(), CastToCStr(ci->getOperand(2), *ci),
1345                      ci->getName(), ci);
1346         ci->replaceAllUsesWith(ConstantInt::get(Type::Int32Ty, len));
1347         break;
1348       }
1349       case 'c':
1350       {
1351         // printf("%c",c) -> putchar(c)
1352         if (len != 2)
1353           return false;
1354
1355         CastInst *Char = CastInst::createSExtOrBitCast(
1356             ci->getOperand(2), Type::Int32Ty, CI->getName()+".int", ci);
1357         new CallInst(SLC.get_putchar(), Char, "", ci);
1358         ci->replaceAllUsesWith(ConstantInt::get(Type::Int32Ty, 1));
1359         break;
1360       }
1361       default:
1362         return false;
1363     }
1364     ci->eraseFromParent();
1365     return true;
1366   }
1367 } PrintfOptimizer;
1368
1369 /// This LibCallOptimization will simplify calls to the "fprintf" library
1370 /// function. It looks for cases where the result of fprintf is not used and the
1371 /// operation can be reduced to something simpler.
1372 /// @brief Simplify the fprintf library function.
1373 struct VISIBILITY_HIDDEN FPrintFOptimization : public LibCallOptimization {
1374 public:
1375   /// @brief Default Constructor
1376   FPrintFOptimization() : LibCallOptimization("fprintf",
1377       "Number of 'fprintf' calls simplified") {}
1378
1379   /// @brief Make sure that the "fprintf" function has the right prototype
1380   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function* f, SimplifyLibCalls& SLC){
1381     // Just make sure this has at least 2 arguments
1382     return (f->arg_size() >= 2);
1383   }
1384
1385   /// @brief Perform the fprintf optimization.
1386   virtual bool OptimizeCall(CallInst* ci, SimplifyLibCalls& SLC) {
1387     // If the call has more than 3 operands, we can't optimize it
1388     if (ci->getNumOperands() > 4 || ci->getNumOperands() <= 2)
1389       return false;
1390
1391     // If the result of the fprintf call is used, none of these optimizations
1392     // can be made.
1393     if (!ci->use_empty())
1394       return false;
1395
1396     // All the optimizations depend on the length of the second argument and the
1397     // fact that it is a constant string array. Check that now
1398     uint64_t len, StartIdx;
1399     ConstantArray* CA = 0;
1400     if (!GetConstantStringInfo(ci->getOperand(2), CA, len, StartIdx))
1401       return false;
1402
1403     if (ci->getNumOperands() == 3) {
1404       // Make sure there's no % in the constant array
1405       for (unsigned i = 0; i < len; ++i) {
1406         if (ConstantInt* CI = dyn_cast<ConstantInt>(CA->getOperand(i))) {
1407           // Check for the null terminator
1408           if (CI->getZExtValue() == '%')
1409             return false; // we found end of string
1410         } else {
1411           return false;
1412         }
1413       }
1414
1415       // fprintf(file,fmt) -> fwrite(fmt,strlen(fmt),file)
1416       const Type* FILEptr_type = ci->getOperand(1)->getType();
1417
1418       // Make sure that the fprintf() and fwrite() functions both take the
1419       // same type of char pointer.
1420       if (ci->getOperand(2)->getType() != PointerType::get(Type::Int8Ty))
1421         return false;
1422
1423       Value* args[4] = {
1424         ci->getOperand(2),
1425         ConstantInt::get(SLC.getIntPtrType(),len),
1426         ConstantInt::get(SLC.getIntPtrType(),1),
1427         ci->getOperand(1)
1428       };
1429       new CallInst(SLC.get_fwrite(FILEptr_type), args, 4, ci->getName(), ci);
1430       ci->replaceAllUsesWith(ConstantInt::get(Type::Int32Ty,len));
1431       ci->eraseFromParent();
1432       return true;
1433     }
1434
1435     // The remaining optimizations require the format string to be length 2
1436     // "%s" or "%c".
1437     if (len != 2)
1438       return false;
1439
1440     // The first character has to be a %
1441     if (ConstantInt* CI = dyn_cast<ConstantInt>(CA->getOperand(0)))
1442       if (CI->getZExtValue() != '%')
1443         return false;
1444
1445     // Get the second character and switch on its value
1446     ConstantInt* CI = dyn_cast<ConstantInt>(CA->getOperand(1));
1447     switch (CI->getZExtValue()) {
1448       case 's':
1449       {
1450         uint64_t len, StartIdx;
1451         ConstantArray* CA = 0;
1452         if (GetConstantStringInfo(ci->getOperand(3), CA, len, StartIdx)) {
1453           // fprintf(file,"%s",str) -> fwrite(str,strlen(str),1,file)
1454           const Type* FILEptr_type = ci->getOperand(1)->getType();
1455           Value* args[4] = {
1456             CastToCStr(ci->getOperand(3), *ci),
1457             ConstantInt::get(SLC.getIntPtrType(), len),
1458             ConstantInt::get(SLC.getIntPtrType(), 1),
1459             ci->getOperand(1)
1460           };
1461           new CallInst(SLC.get_fwrite(FILEptr_type), args, 4,ci->getName(), ci);
1462           ci->replaceAllUsesWith(ConstantInt::get(Type::Int32Ty, len));
1463         } else {
1464           // fprintf(file,"%s",str) -> fputs(str,file)
1465           const Type* FILEptr_type = ci->getOperand(1)->getType();
1466           new CallInst(SLC.get_fputs(FILEptr_type),
1467                        CastToCStr(ci->getOperand(3), *ci),
1468                        ci->getOperand(1), ci->getName(),ci);
1469           ci->replaceAllUsesWith(ConstantInt::get(Type::Int32Ty,len));
1470         }
1471         break;
1472       }
1473       case 'c':
1474       {
1475         // fprintf(file,"%c",c) -> fputc(c,file)
1476         const Type* FILEptr_type = ci->getOperand(1)->getType();
1477         CastInst* cast = CastInst::createSExtOrBitCast(
1478             ci->getOperand(3), Type::Int32Ty, CI->getName()+".int", ci);
1479         new CallInst(SLC.get_fputc(FILEptr_type), cast,ci->getOperand(1),"",ci);
1480         ci->replaceAllUsesWith(ConstantInt::get(Type::Int32Ty,1));
1481         break;
1482       }
1483       default:
1484         return false;
1485     }
1486     ci->eraseFromParent();
1487     return true;
1488   }
1489 } FPrintFOptimizer;
1490
1491 /// This LibCallOptimization will simplify calls to the "sprintf" library
1492 /// function. It looks for cases where the result of sprintf is not used and the
1493 /// operation can be reduced to something simpler.
1494 /// @brief Simplify the sprintf library function.
1495 struct VISIBILITY_HIDDEN SPrintFOptimization : public LibCallOptimization {
1496 public:
1497   /// @brief Default Constructor
1498   SPrintFOptimization() : LibCallOptimization("sprintf",
1499       "Number of 'sprintf' calls simplified") {}
1500
1501   /// @brief Make sure that the "fprintf" function has the right prototype
1502   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function *f, SimplifyLibCalls &SLC){
1503     // Just make sure this has at least 2 arguments
1504     return (f->getReturnType() == Type::Int32Ty && f->arg_size() >= 2);
1505   }
1506
1507   /// @brief Perform the sprintf optimization.
1508   virtual bool OptimizeCall(CallInst *ci, SimplifyLibCalls &SLC) {
1509     // If the call has more than 3 operands, we can't optimize it
1510     if (ci->getNumOperands() > 4 || ci->getNumOperands() < 3)
1511       return false;
1512
1513     // All the optimizations depend on the length of the second argument and the
1514     // fact that it is a constant string array. Check that now
1515     uint64_t len, StartIdx;
1516     ConstantArray* CA = 0;
1517     if (!GetConstantStringInfo(ci->getOperand(2), CA, len, StartIdx))
1518       return false;
1519
1520     if (ci->getNumOperands() == 3) {
1521       if (len == 0) {
1522         // If the length is 0, we just need to store a null byte
1523         new StoreInst(ConstantInt::get(Type::Int8Ty,0),ci->getOperand(1),ci);
1524         ci->replaceAllUsesWith(ConstantInt::get(Type::Int32Ty,0));
1525         ci->eraseFromParent();
1526         return true;
1527       }
1528
1529       // Make sure there's no % in the constant array
1530       for (unsigned i = 0; i < len; ++i) {
1531         if (ConstantInt* CI = dyn_cast<ConstantInt>(CA->getOperand(i))) {
1532           // Check for the null terminator
1533           if (CI->getZExtValue() == '%')
1534             return false; // we found a %, can't optimize
1535         } else {
1536           return false; // initializer is not constant int, can't optimize
1537         }
1538       }
1539
1540       // Increment length because we want to copy the null byte too
1541       len++;
1542
1543       // sprintf(str,fmt) -> llvm.memcpy(str,fmt,strlen(fmt),1)
1544       Value *args[4] = {
1545         ci->getOperand(1),
1546         ci->getOperand(2),
1547         ConstantInt::get(SLC.getIntPtrType(),len),
1548         ConstantInt::get(Type::Int32Ty, 1)
1549       };
1550       new CallInst(SLC.get_memcpy(), args, 4, "", ci);
1551       ci->replaceAllUsesWith(ConstantInt::get(Type::Int32Ty,len));
1552       ci->eraseFromParent();
1553       return true;
1554     }
1555
1556     // The remaining optimizations require the format string to be length 2
1557     // "%s" or "%c".
1558     if (len != 2)
1559       return false;
1560
1561     // The first character has to be a %
1562     if (ConstantInt* CI = dyn_cast<ConstantInt>(CA->getOperand(0)))
1563       if (CI->getZExtValue() != '%')
1564         return false;
1565
1566     // Get the second character and switch on its value
1567     ConstantInt* CI = dyn_cast<ConstantInt>(CA->getOperand(1));
1568     switch (CI->getZExtValue()) {
1569     case 's': {
1570       // sprintf(dest,"%s",str) -> llvm.memcpy(dest, str, strlen(str)+1, 1)
1571       Value *Len = new CallInst(SLC.get_strlen(),
1572                                 CastToCStr(ci->getOperand(3), *ci),
1573                                 ci->getOperand(3)->getName()+".len", ci);
1574       Value *Len1 = BinaryOperator::createAdd(Len,
1575                                             ConstantInt::get(Len->getType(), 1),
1576                                               Len->getName()+"1", ci);
1577       if (Len1->getType() != SLC.getIntPtrType())
1578         Len1 = CastInst::createIntegerCast(Len1, SLC.getIntPtrType(), false,
1579                                            Len1->getName(), ci);
1580       Value *args[4] = {
1581         CastToCStr(ci->getOperand(1), *ci),
1582         CastToCStr(ci->getOperand(3), *ci),
1583         Len1,
1584         ConstantInt::get(Type::Int32Ty,1)
1585       };
1586       new CallInst(SLC.get_memcpy(), args, 4, "", ci);
1587       
1588       // The strlen result is the unincremented number of bytes in the string.
1589       if (!ci->use_empty()) {
1590         if (Len->getType() != ci->getType())
1591           Len = CastInst::createIntegerCast(Len, ci->getType(), false, 
1592                                             Len->getName(), ci);
1593         ci->replaceAllUsesWith(Len);
1594       }
1595       ci->eraseFromParent();
1596       return true;
1597     }
1598     case 'c': {
1599       // sprintf(dest,"%c",chr) -> store chr, dest
1600       CastInst* cast = CastInst::createTruncOrBitCast(
1601           ci->getOperand(3), Type::Int8Ty, "char", ci);
1602       new StoreInst(cast, ci->getOperand(1), ci);
1603       GetElementPtrInst* gep = new GetElementPtrInst(ci->getOperand(1),
1604         ConstantInt::get(Type::Int32Ty,1),ci->getOperand(1)->getName()+".end",
1605         ci);
1606       new StoreInst(ConstantInt::get(Type::Int8Ty,0),gep,ci);
1607       ci->replaceAllUsesWith(ConstantInt::get(Type::Int32Ty,1));
1608       ci->eraseFromParent();
1609       return true;
1610     }
1611     }
1612     return false;
1613   }
1614 } SPrintFOptimizer;
1615
1616 /// This LibCallOptimization will simplify calls to the "fputs" library
1617 /// function. It looks for cases where the result of fputs is not used and the
1618 /// operation can be reduced to something simpler.
1619 /// @brief Simplify the puts library function.
1620 struct VISIBILITY_HIDDEN PutsOptimization : public LibCallOptimization {
1621 public:
1622   /// @brief Default Constructor
1623   PutsOptimization() : LibCallOptimization("fputs",
1624       "Number of 'fputs' calls simplified") {}
1625
1626   /// @brief Make sure that the "fputs" function has the right prototype
1627   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function *F, SimplifyLibCalls &SLC){
1628     // Just make sure this has 2 arguments
1629     return F->arg_size() == 2;
1630   }
1631
1632   /// @brief Perform the fputs optimization.
1633   virtual bool OptimizeCall(CallInst* ci, SimplifyLibCalls& SLC) {
1634     // If the result is used, none of these optimizations work
1635     if (!ci->use_empty())
1636       return false;
1637
1638     // All the optimizations depend on the length of the first argument and the
1639     // fact that it is a constant string array. Check that now
1640     uint64_t len, StartIdx;
1641     ConstantArray *CA;
1642     if (!GetConstantStringInfo(ci->getOperand(1), CA, len, StartIdx))
1643       return false;
1644
1645     switch (len) {
1646       case 0:
1647         // fputs("",F) -> noop
1648         break;
1649       case 1:
1650       {
1651         // fputs(s,F)  -> fputc(s[0],F)  (if s is constant and strlen(s) == 1)
1652         const Type* FILEptr_type = ci->getOperand(2)->getType();
1653         LoadInst* loadi = new LoadInst(ci->getOperand(1),
1654           ci->getOperand(1)->getName()+".byte",ci);
1655         CastInst* casti = new SExtInst(loadi, Type::Int32Ty, 
1656                                        loadi->getName()+".int", ci);
1657         new CallInst(SLC.get_fputc(FILEptr_type), casti,
1658                      ci->getOperand(2), "", ci);
1659         break;
1660       }
1661       default:
1662       {
1663         // fputs(s,F)  -> fwrite(s,1,len,F) (if s is constant and strlen(s) > 1)
1664         const Type* FILEptr_type = ci->getOperand(2)->getType();
1665         Value *parms[4] = {
1666           ci->getOperand(1),
1667           ConstantInt::get(SLC.getIntPtrType(),len),
1668           ConstantInt::get(SLC.getIntPtrType(),1),
1669           ci->getOperand(2)
1670         };
1671         new CallInst(SLC.get_fwrite(FILEptr_type), parms, 4, "", ci);
1672         break;
1673       }
1674     }
1675     ci->eraseFromParent();
1676     return true; // success
1677   }
1678 } PutsOptimizer;
1679
1680 /// This LibCallOptimization will simplify calls to the "isdigit" library
1681 /// function. It simply does range checks the parameter explicitly.
1682 /// @brief Simplify the isdigit library function.
1683 struct VISIBILITY_HIDDEN isdigitOptimization : public LibCallOptimization {
1684 public:
1685   isdigitOptimization() : LibCallOptimization("isdigit",
1686       "Number of 'isdigit' calls simplified") {}
1687
1688   /// @brief Make sure that the "isdigit" function has the right prototype
1689   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function* f, SimplifyLibCalls& SLC){
1690     // Just make sure this has 1 argument
1691     return (f->arg_size() == 1);
1692   }
1693
1694   /// @brief Perform the toascii optimization.
1695   virtual bool OptimizeCall(CallInst *ci, SimplifyLibCalls &SLC) {
1696     if (ConstantInt* CI = dyn_cast<ConstantInt>(ci->getOperand(1))) {
1697       // isdigit(c)   -> 0 or 1, if 'c' is constant
1698       uint64_t val = CI->getZExtValue();
1699       if (val >= '0' && val <='9')
1700         ci->replaceAllUsesWith(ConstantInt::get(Type::Int32Ty,1));
1701       else
1702         ci->replaceAllUsesWith(ConstantInt::get(Type::Int32Ty,0));
1703       ci->eraseFromParent();
1704       return true;
1705     }
1706
1707     // isdigit(c)   -> (unsigned)c - '0' <= 9
1708     CastInst* cast = CastInst::createIntegerCast(ci->getOperand(1),
1709         Type::Int32Ty, false/*ZExt*/, ci->getOperand(1)->getName()+".uint", ci);
1710     BinaryOperator* sub_inst = BinaryOperator::createSub(cast,
1711         ConstantInt::get(Type::Int32Ty,0x30),
1712         ci->getOperand(1)->getName()+".sub",ci);
1713     ICmpInst* setcond_inst = new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_ULE,sub_inst,
1714         ConstantInt::get(Type::Int32Ty,9),
1715         ci->getOperand(1)->getName()+".cmp",ci);
1716     CastInst* c2 = new ZExtInst(setcond_inst, Type::Int32Ty, 
1717         ci->getOperand(1)->getName()+".isdigit", ci);
1718     ci->replaceAllUsesWith(c2);
1719     ci->eraseFromParent();
1720     return true;
1721   }
1722 } isdigitOptimizer;
1723
1724 struct VISIBILITY_HIDDEN isasciiOptimization : public LibCallOptimization {
1725 public:
1726   isasciiOptimization()
1727     : LibCallOptimization("isascii", "Number of 'isascii' calls simplified") {}
1728   
1729   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function *F, SimplifyLibCalls &SLC){
1730     return F->arg_size() == 1 && F->arg_begin()->getType()->isInteger() && 
1731            F->getReturnType()->isInteger();
1732   }
1733   
1734   /// @brief Perform the isascii optimization.
1735   virtual bool OptimizeCall(CallInst *CI, SimplifyLibCalls &SLC) {
1736     // isascii(c)   -> (unsigned)c < 128
1737     Value *V = CI->getOperand(1);
1738     Value *Cmp = new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_ULT, V, 
1739                               ConstantInt::get(V->getType(), 128), 
1740                               V->getName()+".isascii", CI);
1741     if (Cmp->getType() != CI->getType())
1742       Cmp = new BitCastInst(Cmp, CI->getType(), Cmp->getName(), CI);
1743     CI->replaceAllUsesWith(Cmp);
1744     CI->eraseFromParent();
1745     return true;
1746   }
1747 } isasciiOptimizer;
1748
1749
1750 /// This LibCallOptimization will simplify calls to the "toascii" library
1751 /// function. It simply does the corresponding and operation to restrict the
1752 /// range of values to the ASCII character set (0-127).
1753 /// @brief Simplify the toascii library function.
1754 struct VISIBILITY_HIDDEN ToAsciiOptimization : public LibCallOptimization {
1755 public:
1756   /// @brief Default Constructor
1757   ToAsciiOptimization() : LibCallOptimization("toascii",
1758       "Number of 'toascii' calls simplified") {}
1759
1760   /// @brief Make sure that the "fputs" function has the right prototype
1761   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function* f, SimplifyLibCalls& SLC){
1762     // Just make sure this has 2 arguments
1763     return (f->arg_size() == 1);
1764   }
1765
1766   /// @brief Perform the toascii optimization.
1767   virtual bool OptimizeCall(CallInst *ci, SimplifyLibCalls &SLC) {
1768     // toascii(c)   -> (c & 0x7f)
1769     Value* chr = ci->getOperand(1);
1770     BinaryOperator* and_inst = BinaryOperator::createAnd(chr,
1771         ConstantInt::get(chr->getType(),0x7F),ci->getName()+".toascii",ci);
1772     ci->replaceAllUsesWith(and_inst);
1773     ci->eraseFromParent();
1774     return true;
1775   }
1776 } ToAsciiOptimizer;
1777
1778 /// This LibCallOptimization will simplify calls to the "ffs" library
1779 /// calls which find the first set bit in an int, long, or long long. The
1780 /// optimization is to compute the result at compile time if the argument is
1781 /// a constant.
1782 /// @brief Simplify the ffs library function.
1783 struct VISIBILITY_HIDDEN FFSOptimization : public LibCallOptimization {
1784 protected:
1785   /// @brief Subclass Constructor
1786   FFSOptimization(const char* funcName, const char* description)
1787     : LibCallOptimization(funcName, description) {}
1788
1789 public:
1790   /// @brief Default Constructor
1791   FFSOptimization() : LibCallOptimization("ffs",
1792       "Number of 'ffs' calls simplified") {}
1793
1794   /// @brief Make sure that the "ffs" function has the right prototype
1795   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function *F, SimplifyLibCalls &SLC){
1796     // Just make sure this has 2 arguments
1797     return F->arg_size() == 1 && F->getReturnType() == Type::Int32Ty;
1798   }
1799
1800   /// @brief Perform the ffs optimization.
1801   virtual bool OptimizeCall(CallInst *TheCall, SimplifyLibCalls &SLC) {
1802     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(TheCall->getOperand(1))) {
1803       // ffs(cnst)  -> bit#
1804       // ffsl(cnst) -> bit#
1805       // ffsll(cnst) -> bit#
1806       uint64_t val = CI->getZExtValue();
1807       int result = 0;
1808       if (val) {
1809         ++result;
1810         while ((val & 1) == 0) {
1811           ++result;
1812           val >>= 1;
1813         }
1814       }
1815       TheCall->replaceAllUsesWith(ConstantInt::get(Type::Int32Ty, result));
1816       TheCall->eraseFromParent();
1817       return true;
1818     }
1819
1820     // ffs(x)   -> x == 0 ? 0 : llvm.cttz(x)+1
1821     // ffsl(x)  -> x == 0 ? 0 : llvm.cttz(x)+1
1822     // ffsll(x) -> x == 0 ? 0 : llvm.cttz(x)+1
1823     const Type *ArgType = TheCall->getOperand(1)->getType();
1824     const char *CTTZName;
1825     assert(ArgType->getTypeID() == Type::IntegerTyID &&
1826            "llvm.cttz argument is not an integer?");
1827     unsigned BitWidth = cast<IntegerType>(ArgType)->getBitWidth();
1828     if (BitWidth == 8)
1829       CTTZName = "llvm.cttz.i8";
1830     else if (BitWidth == 16)
1831       CTTZName = "llvm.cttz.i16"; 
1832     else if (BitWidth == 32)
1833       CTTZName = "llvm.cttz.i32";
1834     else {
1835       assert(BitWidth == 64 && "Unknown bitwidth");
1836       CTTZName = "llvm.cttz.i64";
1837     }
1838     
1839     Constant *F = SLC.getModule()->getOrInsertFunction(CTTZName, ArgType,
1840                                                        ArgType, NULL);
1841     Value *V = CastInst::createIntegerCast(TheCall->getOperand(1), ArgType, 
1842                                            false/*ZExt*/, "tmp", TheCall);
1843     Value *V2 = new CallInst(F, V, "tmp", TheCall);
1844     V2 = CastInst::createIntegerCast(V2, Type::Int32Ty, false/*ZExt*/, 
1845                                      "tmp", TheCall);
1846     V2 = BinaryOperator::createAdd(V2, ConstantInt::get(Type::Int32Ty, 1),
1847                                    "tmp", TheCall);
1848     Value *Cond = new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_EQ, V, 
1849                                Constant::getNullValue(V->getType()), "tmp", 
1850                                TheCall);
1851     V2 = new SelectInst(Cond, ConstantInt::get(Type::Int32Ty, 0), V2,
1852                         TheCall->getName(), TheCall);
1853     TheCall->replaceAllUsesWith(V2);
1854     TheCall->eraseFromParent();
1855     return true;
1856   }
1857 } FFSOptimizer;
1858
1859 /// This LibCallOptimization will simplify calls to the "ffsl" library
1860 /// calls. It simply uses FFSOptimization for which the transformation is
1861 /// identical.
1862 /// @brief Simplify the ffsl library function.
1863 struct VISIBILITY_HIDDEN FFSLOptimization : public FFSOptimization {
1864 public:
1865   /// @brief Default Constructor
1866   FFSLOptimization() : FFSOptimization("ffsl",
1867       "Number of 'ffsl' calls simplified") {}
1868
1869 } FFSLOptimizer;
1870
1871 /// This LibCallOptimization will simplify calls to the "ffsll" library
1872 /// calls. It simply uses FFSOptimization for which the transformation is
1873 /// identical.
1874 /// @brief Simplify the ffsl library function.
1875 struct VISIBILITY_HIDDEN FFSLLOptimization : public FFSOptimization {
1876 public:
1877   /// @brief Default Constructor
1878   FFSLLOptimization() : FFSOptimization("ffsll",
1879       "Number of 'ffsll' calls simplified") {}
1880
1881 } FFSLLOptimizer;
1882
1883 /// This optimizes unary functions that take and return doubles.
1884 struct UnaryDoubleFPOptimizer : public LibCallOptimization {
1885   UnaryDoubleFPOptimizer(const char *Fn, const char *Desc)
1886   : LibCallOptimization(Fn, Desc) {}
1887   
1888   // Make sure that this function has the right prototype
1889   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function *F, SimplifyLibCalls &SLC){
1890     return F->arg_size() == 1 && F->arg_begin()->getType() == Type::DoubleTy &&
1891            F->getReturnType() == Type::DoubleTy;
1892   }
1893
1894   /// ShrinkFunctionToFloatVersion - If the input to this function is really a
1895   /// float, strength reduce this to a float version of the function,
1896   /// e.g. floor((double)FLT) -> (double)floorf(FLT).  This can only be called
1897   /// when the target supports the destination function and where there can be
1898   /// no precision loss.
1899   static bool ShrinkFunctionToFloatVersion(CallInst *CI, SimplifyLibCalls &SLC,
1900                                            Constant *(SimplifyLibCalls::*FP)()){
1901     if (CastInst *Cast = dyn_cast<CastInst>(CI->getOperand(1)))
1902       if (Cast->getOperand(0)->getType() == Type::FloatTy) {
1903         Value *New = new CallInst((SLC.*FP)(), Cast->getOperand(0),
1904                                   CI->getName(), CI);
1905         New = new FPExtInst(New, Type::DoubleTy, CI->getName(), CI);
1906         CI->replaceAllUsesWith(New);
1907         CI->eraseFromParent();
1908         if (Cast->use_empty())
1909           Cast->eraseFromParent();
1910         return true;
1911       }
1912     return false;
1913   }
1914 };
1915
1916
1917 struct VISIBILITY_HIDDEN FloorOptimization : public UnaryDoubleFPOptimizer {
1918   FloorOptimization()
1919     : UnaryDoubleFPOptimizer("floor", "Number of 'floor' calls simplified") {}
1920   
1921   virtual bool OptimizeCall(CallInst *CI, SimplifyLibCalls &SLC) {
1922 #ifdef HAVE_FLOORF
1923     // If this is a float argument passed in, convert to floorf.
1924     if (ShrinkFunctionToFloatVersion(CI, SLC, &SimplifyLibCalls::get_floorf))
1925       return true;
1926 #endif
1927     return false; // opt failed
1928   }
1929 } FloorOptimizer;
1930
1931 struct VISIBILITY_HIDDEN CeilOptimization : public UnaryDoubleFPOptimizer {
1932   CeilOptimization()
1933   : UnaryDoubleFPOptimizer("ceil", "Number of 'ceil' calls simplified") {}
1934   
1935   virtual bool OptimizeCall(CallInst *CI, SimplifyLibCalls &SLC) {
1936 #ifdef HAVE_CEILF
1937     // If this is a float argument passed in, convert to ceilf.
1938     if (ShrinkFunctionToFloatVersion(CI, SLC, &SimplifyLibCalls::get_ceilf))
1939       return true;
1940 #endif
1941     return false; // opt failed
1942   }
1943 } CeilOptimizer;
1944
1945 struct VISIBILITY_HIDDEN RoundOptimization : public UnaryDoubleFPOptimizer {
1946   RoundOptimization()
1947   : UnaryDoubleFPOptimizer("round", "Number of 'round' calls simplified") {}
1948   
1949   virtual bool OptimizeCall(CallInst *CI, SimplifyLibCalls &SLC) {
1950 #ifdef HAVE_ROUNDF
1951     // If this is a float argument passed in, convert to roundf.
1952     if (ShrinkFunctionToFloatVersion(CI, SLC, &SimplifyLibCalls::get_roundf))
1953       return true;
1954 #endif
1955     return false; // opt failed
1956   }
1957 } RoundOptimizer;
1958
1959 struct VISIBILITY_HIDDEN RintOptimization : public UnaryDoubleFPOptimizer {
1960   RintOptimization()
1961   : UnaryDoubleFPOptimizer("rint", "Number of 'rint' calls simplified") {}
1962   
1963   virtual bool OptimizeCall(CallInst *CI, SimplifyLibCalls &SLC) {
1964 #ifdef HAVE_RINTF
1965     // If this is a float argument passed in, convert to rintf.
1966     if (ShrinkFunctionToFloatVersion(CI, SLC, &SimplifyLibCalls::get_rintf))
1967       return true;
1968 #endif
1969     return false; // opt failed
1970   }
1971 } RintOptimizer;
1972
1973 struct VISIBILITY_HIDDEN NearByIntOptimization : public UnaryDoubleFPOptimizer {
1974   NearByIntOptimization()
1975   : UnaryDoubleFPOptimizer("nearbyint",
1976                            "Number of 'nearbyint' calls simplified") {}
1977   
1978   virtual bool OptimizeCall(CallInst *CI, SimplifyLibCalls &SLC) {
1979 #ifdef HAVE_NEARBYINTF
1980     // If this is a float argument passed in, convert to nearbyintf.
1981     if (ShrinkFunctionToFloatVersion(CI, SLC,&SimplifyLibCalls::get_nearbyintf))
1982       return true;
1983 #endif
1984     return false; // opt failed
1985   }
1986 } NearByIntOptimizer;
1987
1988 /// GetConstantStringInfo - This function computes the length of a
1989 /// null-terminated constant array of integers.  This function can't rely on the
1990 /// size of the constant array because there could be a null terminator in the
1991 /// middle of the array.
1992 ///
1993 /// We also have to bail out if we find a non-integer constant initializer
1994 /// of one of the elements or if there is no null-terminator. The logic
1995 /// below checks each of these conditions and will return true only if all
1996 /// conditions are met.  If the conditions aren't met, this returns false.
1997 ///
1998 /// If successful, the \p Array param is set to the constant array being
1999 /// indexed, the \p Length parameter is set to the length of the null-terminated
2000 /// string pointed to by V, the \p StartIdx value is set to the first
2001 /// element of the Array that V points to, and true is returned.
2002 static bool GetConstantStringInfo(Value *V, ConstantArray *&Array,
2003                                   uint64_t &Length, uint64_t &StartIdx) {
2004   assert(V != 0 && "Invalid args to GetConstantStringInfo");
2005   // Initialize results.
2006   Length = 0;
2007   StartIdx = 0;
2008   Array = 0;
2009   
2010   User *GEP = 0;
2011   // If the value is not a GEP instruction nor a constant expression with a
2012   // GEP instruction, then return false because ConstantArray can't occur
2013   // any other way
2014   if (GetElementPtrInst *GEPI = dyn_cast<GetElementPtrInst>(V)) {
2015     GEP = GEPI;
2016   } else if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(V)) {
2017     if (CE->getOpcode() != Instruction::GetElementPtr)
2018       return false;
2019     GEP = CE;
2020   } else {
2021     return false;
2022   }
2023
2024   // Make sure the GEP has exactly three arguments.
2025   if (GEP->getNumOperands() != 3)
2026     return false;
2027
2028   // Check to make sure that the first operand of the GEP is an integer and
2029   // has value 0 so that we are sure we're indexing into the initializer.
2030   if (ConstantInt* op1 = dyn_cast<ConstantInt>(GEP->getOperand(1))) {
2031     if (!op1->isZero())
2032       return false;
2033   } else
2034     return false;
2035
2036   // If the second index isn't a ConstantInt, then this is a variable index
2037   // into the array.  If this occurs, we can't say anything meaningful about
2038   // the string.
2039   StartIdx = 0;
2040   if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(GEP->getOperand(2)))
2041     StartIdx = CI->getZExtValue();
2042   else
2043     return false;
2044
2045   // The GEP instruction, constant or instruction, must reference a global
2046   // variable that is a constant and is initialized. The referenced constant
2047   // initializer is the array that we'll use for optimization.
2048   GlobalVariable* GV = dyn_cast<GlobalVariable>(GEP->getOperand(0));
2049   if (!GV || !GV->isConstant() || !GV->hasInitializer())
2050     return false;
2051   Constant *GlobalInit = GV->getInitializer();
2052
2053   // Handle the ConstantAggregateZero case
2054   if (isa<ConstantAggregateZero>(GlobalInit)) {
2055     // This is a degenerate case. The initializer is constant zero so the
2056     // length of the string must be zero.
2057     Length = 0;
2058     return true;
2059   }
2060
2061   // Must be a Constant Array
2062   Array = dyn_cast<ConstantArray>(GlobalInit);
2063   if (!Array) return false;
2064
2065   // Get the number of elements in the array
2066   uint64_t NumElts = Array->getType()->getNumElements();
2067
2068   // Traverse the constant array from start_idx (derived above) which is
2069   // the place the GEP refers to in the array.
2070   Length = StartIdx;
2071   while (1) {
2072     if (Length >= NumElts)
2073       return false; // The array isn't null terminated.
2074     
2075     Constant *Elt = Array->getOperand(Length);
2076     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(Elt)) {
2077       // Check for the null terminator.
2078       if (CI->isZero())
2079         break; // we found end of string
2080     } else
2081       return false; // This array isn't suitable, non-int initializer
2082     ++Length;
2083   }
2084   
2085   // Subtract out the initial value from the length
2086   Length -= StartIdx;
2087   return true; // success!
2088 }
2089
2090 /// CastToCStr - Return V if it is an sbyte*, otherwise cast it to sbyte*,
2091 /// inserting the cast before IP, and return the cast.
2092 /// @brief Cast a value to a "C" string.
2093 static Value *CastToCStr(Value *V, Instruction &IP) {
2094   assert(isa<PointerType>(V->getType()) && 
2095          "Can't cast non-pointer type to C string type");
2096   const Type *SBPTy = PointerType::get(Type::Int8Ty);
2097   if (V->getType() != SBPTy)
2098     return new BitCastInst(V, SBPTy, V->getName(), &IP);
2099   return V;
2100 }
2101
2102 // TODO:
2103 //   Additional cases that we need to add to this file:
2104 //
2105 // cbrt:
2106 //   * cbrt(expN(X))  -> expN(x/3)
2107 //   * cbrt(sqrt(x))  -> pow(x,1/6)
2108 //   * cbrt(sqrt(x))  -> pow(x,1/9)
2109 //
2110 // cos, cosf, cosl:
2111 //   * cos(-x)  -> cos(x)
2112 //
2113 // exp, expf, expl:
2114 //   * exp(log(x))  -> x
2115 //
2116 // log, logf, logl:
2117 //   * log(exp(x))   -> x
2118 //   * log(x**y)     -> y*log(x)
2119 //   * log(exp(y))   -> y*log(e)
2120 //   * log(exp2(y))  -> y*log(2)
2121 //   * log(exp10(y)) -> y*log(10)
2122 //   * log(sqrt(x))  -> 0.5*log(x)
2123 //   * log(pow(x,y)) -> y*log(x)
2124 //
2125 // lround, lroundf, lroundl:
2126 //   * lround(cnst) -> cnst'
2127 //
2128 // memcmp:
2129 //   * memcmp(x,y,l)   -> cnst
2130 //      (if all arguments are constant and strlen(x) <= l and strlen(y) <= l)
2131 //
2132 // memmove:
2133 //   * memmove(d,s,l,a) -> memcpy(d,s,l,a)
2134 //       (if s is a global constant array)
2135 //
2136 // pow, powf, powl:
2137 //   * pow(exp(x),y)  -> exp(x*y)
2138 //   * pow(sqrt(x),y) -> pow(x,y*0.5)
2139 //   * pow(pow(x,y),z)-> pow(x,y*z)
2140 //
2141 // puts:
2142 //   * puts("") -> fputc("\n",stdout) (how do we get "stdout"?)
2143 //
2144 // round, roundf, roundl:
2145 //   * round(cnst) -> cnst'
2146 //
2147 // signbit:
2148 //   * signbit(cnst) -> cnst'
2149 //   * signbit(nncst) -> 0 (if pstv is a non-negative constant)
2150 //
2151 // sqrt, sqrtf, sqrtl:
2152 //   * sqrt(expN(x))  -> expN(x*0.5)
2153 //   * sqrt(Nroot(x)) -> pow(x,1/(2*N))
2154 //   * sqrt(pow(x,y)) -> pow(|x|,y*0.5)
2155 //
2156 // stpcpy:
2157 //   * stpcpy(str, "literal") ->
2158 //           llvm.memcpy(str,"literal",strlen("literal")+1,1)
2159 // strrchr:
2160 //   * strrchr(s,c) -> reverse_offset_of_in(c,s)
2161 //      (if c is a constant integer and s is a constant string)
2162 //   * strrchr(s1,0) -> strchr(s1,0)
2163 //
2164 // strncat:
2165 //   * strncat(x,y,0) -> x
2166 //   * strncat(x,y,0) -> x (if strlen(y) = 0)
2167 //   * strncat(x,y,l) -> strcat(x,y) (if y and l are constants an l > strlen(y))
2168 //
2169 // strncpy:
2170 //   * strncpy(d,s,0) -> d
2171 //   * strncpy(d,s,l) -> memcpy(d,s,l,1)
2172 //      (if s and l are constants)
2173 //
2174 // strpbrk:
2175 //   * strpbrk(s,a) -> offset_in_for(s,a)
2176 //      (if s and a are both constant strings)
2177 //   * strpbrk(s,"") -> 0
2178 //   * strpbrk(s,a) -> strchr(s,a[0]) (if a is constant string of length 1)
2179 //
2180 // strspn, strcspn:
2181 //   * strspn(s,a)   -> const_int (if both args are constant)
2182 //   * strspn("",a)  -> 0
2183 //   * strspn(s,"")  -> 0
2184 //   * strcspn(s,a)  -> const_int (if both args are constant)
2185 //   * strcspn("",a) -> 0
2186 //   * strcspn(s,"") -> strlen(a)
2187 //
2188 // strstr:
2189 //   * strstr(x,x)  -> x
2190 //   * strstr(s1,s2) -> offset_of_s2_in(s1)
2191 //       (if s1 and s2 are constant strings)
2192 //
2193 // tan, tanf, tanl:
2194 //   * tan(atan(x)) -> x
2195 //
2196 // trunc, truncf, truncl:
2197 //   * trunc(cnst) -> cnst'
2198 //
2199 //
2200 }