Remove some dead variables.
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / IPO / SimplifyLibCalls.cpp
1 //===- SimplifyLibCalls.cpp - Optimize specific well-known library calls --===//
2 //
3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
4 //
5 // This file was developed by Reid Spencer and is distributed under the
6 // University of Illinois Open Source License. See LICENSE.TXT for details.
7 //
8 //===----------------------------------------------------------------------===//
9 //
10 // This file implements a module pass that applies a variety of small
11 // optimizations for calls to specific well-known function calls (e.g. runtime
12 // library functions). For example, a call to the function "exit(3)" that
13 // occurs within the main() function can be transformed into a simple "return 3"
14 // instruction. Any optimization that takes this form (replace call to library
15 // function with simpler code that provides the same result) belongs in this
16 // file.
17 //
18 //===----------------------------------------------------------------------===//
19
20 #define DEBUG_TYPE "simplify-libcalls"
21 #include "llvm/Constants.h"
22 #include "llvm/DerivedTypes.h"
23 #include "llvm/Instructions.h"
24 #include "llvm/Module.h"
25 #include "llvm/Pass.h"
26 #include "llvm/ADT/hash_map"
27 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
28 #include "llvm/Config/config.h"
29 #include "llvm/Support/Debug.h"
30 #include "llvm/Target/TargetData.h"
31 #include "llvm/Transforms/IPO.h"
32 using namespace llvm;
33
34 namespace {
35
36 /// This statistic keeps track of the total number of library calls that have
37 /// been simplified regardless of which call it is.
38 Statistic<> SimplifiedLibCalls("simplify-libcalls",
39   "Number of library calls simplified");
40
41 // Forward declarations
42 class LibCallOptimization;
43 class SimplifyLibCalls;
44
45 /// This list is populated by the constructor for LibCallOptimization class.
46 /// Therefore all subclasses are registered here at static initialization time
47 /// and this list is what the SimplifyLibCalls pass uses to apply the individual
48 /// optimizations to the call sites.
49 /// @brief The list of optimizations deriving from LibCallOptimization
50 static LibCallOptimization *OptList = 0;
51
52 /// This class is the abstract base class for the set of optimizations that
53 /// corresponds to one library call. The SimplifyLibCalls pass will call the
54 /// ValidateCalledFunction method to ask the optimization if a given Function
55 /// is the kind that the optimization can handle. If the subclass returns true,
56 /// then SImplifyLibCalls will also call the OptimizeCall method to perform,
57 /// or attempt to perform, the optimization(s) for the library call. Otherwise,
58 /// OptimizeCall won't be called. Subclasses are responsible for providing the
59 /// name of the library call (strlen, strcpy, etc.) to the LibCallOptimization
60 /// constructor. This is used to efficiently select which call instructions to
61 /// optimize. The criteria for a "lib call" is "anything with well known
62 /// semantics", typically a library function that is defined by an international
63 /// standard. Because the semantics are well known, the optimizations can
64 /// generally short-circuit actually calling the function if there's a simpler
65 /// way (e.g. strlen(X) can be reduced to a constant if X is a constant global).
66 /// @brief Base class for library call optimizations
67 class LibCallOptimization {
68   LibCallOptimization **Prev, *Next;
69   const char *FunctionName; ///< Name of the library call we optimize
70 #ifndef NDEBUG
71   Statistic<> occurrences; ///< debug statistic (-debug-only=simplify-libcalls)
72 #endif
73 public:
74   /// The \p fname argument must be the name of the library function being
75   /// optimized by the subclass.
76   /// @brief Constructor that registers the optimization.
77   LibCallOptimization(const char *FName, const char *Description)
78     : FunctionName(FName)
79 #ifndef NDEBUG
80     , occurrences("simplify-libcalls", Description)
81 #endif
82   {
83     // Register this optimizer in the list of optimizations.
84     Next = OptList;
85     OptList = this;
86     Prev = &OptList;
87     if (Next) Next->Prev = &Next;
88   }
89   
90   /// getNext - All libcall optimizations are chained together into a list,
91   /// return the next one in the list.
92   LibCallOptimization *getNext() { return Next; }
93
94   /// @brief Deregister from the optlist
95   virtual ~LibCallOptimization() {
96     *Prev = Next;
97     if (Next) Next->Prev = Prev;
98   }
99
100   /// The implementation of this function in subclasses should determine if
101   /// \p F is suitable for the optimization. This method is called by
102   /// SimplifyLibCalls::runOnModule to short circuit visiting all the call
103   /// sites of such a function if that function is not suitable in the first
104   /// place.  If the called function is suitabe, this method should return true;
105   /// false, otherwise. This function should also perform any lazy
106   /// initialization that the LibCallOptimization needs to do, if its to return
107   /// true. This avoids doing initialization until the optimizer is actually
108   /// going to be called upon to do some optimization.
109   /// @brief Determine if the function is suitable for optimization
110   virtual bool ValidateCalledFunction(
111     const Function* F,    ///< The function that is the target of call sites
112     SimplifyLibCalls& SLC ///< The pass object invoking us
113   ) = 0;
114
115   /// The implementations of this function in subclasses is the heart of the
116   /// SimplifyLibCalls algorithm. Sublcasses of this class implement
117   /// OptimizeCall to determine if (a) the conditions are right for optimizing
118   /// the call and (b) to perform the optimization. If an action is taken
119   /// against ci, the subclass is responsible for returning true and ensuring
120   /// that ci is erased from its parent.
121   /// @brief Optimize a call, if possible.
122   virtual bool OptimizeCall(
123     CallInst* ci,          ///< The call instruction that should be optimized.
124     SimplifyLibCalls& SLC  ///< The pass object invoking us
125   ) = 0;
126
127   /// @brief Get the name of the library call being optimized
128   const char *getFunctionName() const { return FunctionName; }
129
130   /// @brief Called by SimplifyLibCalls to update the occurrences statistic.
131   void succeeded() {
132 #ifndef NDEBUG
133     DEBUG(++occurrences);
134 #endif
135   }
136 };
137
138 /// This class is an LLVM Pass that applies each of the LibCallOptimization
139 /// instances to all the call sites in a module, relatively efficiently. The
140 /// purpose of this pass is to provide optimizations for calls to well-known
141 /// functions with well-known semantics, such as those in the c library. The
142 /// class provides the basic infrastructure for handling runOnModule.  Whenever
143 /// this pass finds a function call, it asks the appropriate optimizer to
144 /// validate the call (ValidateLibraryCall). If it is validated, then
145 /// the OptimizeCall method is also called.
146 /// @brief A ModulePass for optimizing well-known function calls.
147 class SimplifyLibCalls : public ModulePass {
148 public:
149   /// We need some target data for accurate signature details that are
150   /// target dependent. So we require target data in our AnalysisUsage.
151   /// @brief Require TargetData from AnalysisUsage.
152   virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage& Info) const {
153     // Ask that the TargetData analysis be performed before us so we can use
154     // the target data.
155     Info.addRequired<TargetData>();
156   }
157
158   /// For this pass, process all of the function calls in the module, calling
159   /// ValidateLibraryCall and OptimizeCall as appropriate.
160   /// @brief Run all the lib call optimizations on a Module.
161   virtual bool runOnModule(Module &M) {
162     reset(M);
163
164     bool result = false;
165     hash_map<std::string, LibCallOptimization*> OptznMap;
166     for (LibCallOptimization *Optzn = OptList; Optzn; Optzn = Optzn->getNext())
167       OptznMap[Optzn->getFunctionName()] = Optzn;
168
169     // The call optimizations can be recursive. That is, the optimization might
170     // generate a call to another function which can also be optimized. This way
171     // we make the LibCallOptimization instances very specific to the case they
172     // handle. It also means we need to keep running over the function calls in
173     // the module until we don't get any more optimizations possible.
174     bool found_optimization = false;
175     do {
176       found_optimization = false;
177       for (Module::iterator FI = M.begin(), FE = M.end(); FI != FE; ++FI) {
178         // All the "well-known" functions are external and have external linkage
179         // because they live in a runtime library somewhere and were (probably)
180         // not compiled by LLVM.  So, we only act on external functions that
181         // have external linkage and non-empty uses.
182         if (!FI->isExternal() || !FI->hasExternalLinkage() || FI->use_empty())
183           continue;
184
185         // Get the optimization class that pertains to this function
186         hash_map<std::string, LibCallOptimization*>::iterator OMI =
187           OptznMap.find(FI->getName());
188         if (OMI == OptznMap.end()) continue;
189         
190         LibCallOptimization *CO = OMI->second;
191
192         // Make sure the called function is suitable for the optimization
193         if (!CO->ValidateCalledFunction(FI, *this))
194           continue;
195
196         // Loop over each of the uses of the function
197         for (Value::use_iterator UI = FI->use_begin(), UE = FI->use_end();
198              UI != UE ; ) {
199           // If the use of the function is a call instruction
200           if (CallInst* CI = dyn_cast<CallInst>(*UI++)) {
201             // Do the optimization on the LibCallOptimization.
202             if (CO->OptimizeCall(CI, *this)) {
203               ++SimplifiedLibCalls;
204               found_optimization = result = true;
205               CO->succeeded();
206             }
207           }
208         }
209       }
210     } while (found_optimization);
211     
212     return result;
213   }
214
215   /// @brief Return the *current* module we're working on.
216   Module* getModule() const { return M; }
217
218   /// @brief Return the *current* target data for the module we're working on.
219   TargetData* getTargetData() const { return TD; }
220
221   /// @brief Return the size_t type -- syntactic shortcut
222   const Type* getIntPtrType() const { return TD->getIntPtrType(); }
223
224   /// @brief Return a Function* for the fputc libcall
225   Function* get_fputc(const Type* FILEptr_type) {
226     if (!fputc_func)
227       fputc_func = M->getOrInsertFunction("fputc", Type::IntTy, Type::IntTy,
228                                           FILEptr_type, NULL);
229     return fputc_func;
230   }
231
232   /// @brief Return a Function* for the fwrite libcall
233   Function* get_fwrite(const Type* FILEptr_type) {
234     if (!fwrite_func)
235       fwrite_func = M->getOrInsertFunction("fwrite", TD->getIntPtrType(),
236                                            PointerType::get(Type::SByteTy),
237                                            TD->getIntPtrType(),
238                                            TD->getIntPtrType(),
239                                            FILEptr_type, NULL);
240     return fwrite_func;
241   }
242
243   /// @brief Return a Function* for the sqrt libcall
244   Function* get_sqrt() {
245     if (!sqrt_func)
246       sqrt_func = M->getOrInsertFunction("sqrt", Type::DoubleTy, 
247                                          Type::DoubleTy, NULL);
248     return sqrt_func;
249   }
250
251   /// @brief Return a Function* for the strlen libcall
252   Function* get_strcpy() {
253     if (!strcpy_func)
254       strcpy_func = M->getOrInsertFunction("strcpy",
255                                            PointerType::get(Type::SByteTy),
256                                            PointerType::get(Type::SByteTy),
257                                            PointerType::get(Type::SByteTy),
258                                            NULL);
259     return strcpy_func;
260   }
261
262   /// @brief Return a Function* for the strlen libcall
263   Function* get_strlen() {
264     if (!strlen_func)
265       strlen_func = M->getOrInsertFunction("strlen", TD->getIntPtrType(),
266                                            PointerType::get(Type::SByteTy),
267                                            NULL);
268     return strlen_func;
269   }
270
271   /// @brief Return a Function* for the memchr libcall
272   Function* get_memchr() {
273     if (!memchr_func)
274       memchr_func = M->getOrInsertFunction("memchr",
275                                            PointerType::get(Type::SByteTy),
276                                            PointerType::get(Type::SByteTy),
277                                            Type::IntTy, TD->getIntPtrType(),
278                                            NULL);
279     return memchr_func;
280   }
281
282   /// @brief Return a Function* for the memcpy libcall
283   Function* get_memcpy() {
284     if (!memcpy_func) {
285       const Type *SBP = PointerType::get(Type::SByteTy);
286       const char *N = TD->getIntPtrType() == Type::UIntTy ?
287                             "llvm.memcpy.i32" : "llvm.memcpy.i64";
288       memcpy_func = M->getOrInsertFunction(N, Type::VoidTy, SBP, SBP,
289                                            TD->getIntPtrType(), Type::UIntTy,
290                                            NULL);
291     }
292     return memcpy_func;
293   }
294
295   Function *getUnaryFloatFunction(const char *Name, Function *&Cache) {
296     if (!Cache)
297       Cache = M->getOrInsertFunction(Name, Type::FloatTy, Type::FloatTy, NULL);
298     return Cache;
299   }
300   
301   Function *get_floorf() { return getUnaryFloatFunction("floorf", floorf_func);}
302   Function *get_ceilf()  { return getUnaryFloatFunction( "ceilf",  ceilf_func);}
303   Function *get_roundf() { return getUnaryFloatFunction("roundf", roundf_func);}
304   Function *get_rintf()  { return getUnaryFloatFunction( "rintf",  rintf_func);}
305   Function *get_nearbyintf() { return getUnaryFloatFunction("nearbyintf",
306                                                             nearbyintf_func); }
307 private:
308   /// @brief Reset our cached data for a new Module
309   void reset(Module& mod) {
310     M = &mod;
311     TD = &getAnalysis<TargetData>();
312     fputc_func = 0;
313     fwrite_func = 0;
314     memcpy_func = 0;
315     memchr_func = 0;
316     sqrt_func   = 0;
317     strcpy_func = 0;
318     strlen_func = 0;
319     floorf_func = 0;
320     ceilf_func = 0;
321     roundf_func = 0;
322     rintf_func = 0;
323     nearbyintf_func = 0;
324   }
325
326 private:
327   /// Caches for function pointers.
328   Function *fputc_func, *fwrite_func;
329   Function *memcpy_func, *memchr_func;
330   Function* sqrt_func;
331   Function *strcpy_func, *strlen_func;
332   Function *floorf_func, *ceilf_func, *roundf_func;
333   Function *rintf_func, *nearbyintf_func;
334   Module *M;             ///< Cached Module
335   TargetData *TD;        ///< Cached TargetData
336 };
337
338 // Register the pass
339 RegisterOpt<SimplifyLibCalls>
340 X("simplify-libcalls","Simplify well-known library calls");
341
342 } // anonymous namespace
343
344 // The only public symbol in this file which just instantiates the pass object
345 ModulePass *llvm::createSimplifyLibCallsPass() {
346   return new SimplifyLibCalls();
347 }
348
349 // Classes below here, in the anonymous namespace, are all subclasses of the
350 // LibCallOptimization class, each implementing all optimizations possible for a
351 // single well-known library call. Each has a static singleton instance that
352 // auto registers it into the "optlist" global above.
353 namespace {
354
355 // Forward declare utility functions.
356 bool getConstantStringLength(Value* V, uint64_t& len, ConstantArray** A = 0 );
357 Value *CastToCStr(Value *V, Instruction &IP);
358
359 /// This LibCallOptimization will find instances of a call to "exit" that occurs
360 /// within the "main" function and change it to a simple "ret" instruction with
361 /// the same value passed to the exit function. When this is done, it splits the
362 /// basic block at the exit(3) call and deletes the call instruction.
363 /// @brief Replace calls to exit in main with a simple return
364 struct ExitInMainOptimization : public LibCallOptimization {
365   ExitInMainOptimization() : LibCallOptimization("exit",
366       "Number of 'exit' calls simplified") {}
367
368   // Make sure the called function looks like exit (int argument, int return
369   // type, external linkage, not varargs).
370   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function *F, SimplifyLibCalls &SLC){
371     return F->arg_size() >= 1 && F->arg_begin()->getType()->isInteger();
372   }
373
374   virtual bool OptimizeCall(CallInst* ci, SimplifyLibCalls& SLC) {
375     // To be careful, we check that the call to exit is coming from "main", that
376     // main has external linkage, and the return type of main and the argument
377     // to exit have the same type.
378     Function *from = ci->getParent()->getParent();
379     if (from->hasExternalLinkage())
380       if (from->getReturnType() == ci->getOperand(1)->getType())
381         if (from->getName() == "main") {
382           // Okay, time to actually do the optimization. First, get the basic
383           // block of the call instruction
384           BasicBlock* bb = ci->getParent();
385
386           // Create a return instruction that we'll replace the call with.
387           // Note that the argument of the return is the argument of the call
388           // instruction.
389           new ReturnInst(ci->getOperand(1), ci);
390
391           // Split the block at the call instruction which places it in a new
392           // basic block.
393           bb->splitBasicBlock(ci);
394
395           // The block split caused a branch instruction to be inserted into
396           // the end of the original block, right after the return instruction
397           // that we put there. That's not a valid block, so delete the branch
398           // instruction.
399           bb->getInstList().pop_back();
400
401           // Now we can finally get rid of the call instruction which now lives
402           // in the new basic block.
403           ci->eraseFromParent();
404
405           // Optimization succeeded, return true.
406           return true;
407         }
408     // We didn't pass the criteria for this optimization so return false
409     return false;
410   }
411 } ExitInMainOptimizer;
412
413 /// This LibCallOptimization will simplify a call to the strcat library
414 /// function. The simplification is possible only if the string being
415 /// concatenated is a constant array or a constant expression that results in
416 /// a constant string. In this case we can replace it with strlen + llvm.memcpy
417 /// of the constant string. Both of these calls are further reduced, if possible
418 /// on subsequent passes.
419 /// @brief Simplify the strcat library function.
420 struct StrCatOptimization : public LibCallOptimization {
421 public:
422   /// @brief Default constructor
423   StrCatOptimization() : LibCallOptimization("strcat",
424       "Number of 'strcat' calls simplified") {}
425
426 public:
427
428   /// @brief Make sure that the "strcat" function has the right prototype
429   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function* f, SimplifyLibCalls& SLC){
430     if (f->getReturnType() == PointerType::get(Type::SByteTy))
431       if (f->arg_size() == 2)
432       {
433         Function::const_arg_iterator AI = f->arg_begin();
434         if (AI++->getType() == PointerType::get(Type::SByteTy))
435           if (AI->getType() == PointerType::get(Type::SByteTy))
436           {
437             // Indicate this is a suitable call type.
438             return true;
439           }
440       }
441     return false;
442   }
443
444   /// @brief Optimize the strcat library function
445   virtual bool OptimizeCall(CallInst* ci, SimplifyLibCalls& SLC) {
446     // Extract some information from the instruction
447     Value* dest = ci->getOperand(1);
448     Value* src  = ci->getOperand(2);
449
450     // Extract the initializer (while making numerous checks) from the
451     // source operand of the call to strcat. If we get null back, one of
452     // a variety of checks in get_GVInitializer failed
453     uint64_t len = 0;
454     if (!getConstantStringLength(src,len))
455       return false;
456
457     // Handle the simple, do-nothing case
458     if (len == 0) {
459       ci->replaceAllUsesWith(dest);
460       ci->eraseFromParent();
461       return true;
462     }
463
464     // Increment the length because we actually want to memcpy the null
465     // terminator as well.
466     len++;
467
468     // We need to find the end of the destination string.  That's where the
469     // memory is to be moved to. We just generate a call to strlen (further
470     // optimized in another pass).  Note that the SLC.get_strlen() call
471     // caches the Function* for us.
472     CallInst* strlen_inst =
473       new CallInst(SLC.get_strlen(), dest, dest->getName()+".len",ci);
474
475     // Now that we have the destination's length, we must index into the
476     // destination's pointer to get the actual memcpy destination (end of
477     // the string .. we're concatenating).
478     std::vector<Value*> idx;
479     idx.push_back(strlen_inst);
480     GetElementPtrInst* gep =
481       new GetElementPtrInst(dest,idx,dest->getName()+".indexed",ci);
482
483     // We have enough information to now generate the memcpy call to
484     // do the concatenation for us.
485     std::vector<Value*> vals;
486     vals.push_back(gep); // destination
487     vals.push_back(ci->getOperand(2)); // source
488     vals.push_back(ConstantUInt::get(SLC.getIntPtrType(),len)); // length
489     vals.push_back(ConstantUInt::get(Type::UIntTy,1)); // alignment
490     new CallInst(SLC.get_memcpy(), vals, "", ci);
491
492     // Finally, substitute the first operand of the strcat call for the
493     // strcat call itself since strcat returns its first operand; and,
494     // kill the strcat CallInst.
495     ci->replaceAllUsesWith(dest);
496     ci->eraseFromParent();
497     return true;
498   }
499 } StrCatOptimizer;
500
501 /// This LibCallOptimization will simplify a call to the strchr library
502 /// function.  It optimizes out cases where the arguments are both constant
503 /// and the result can be determined statically.
504 /// @brief Simplify the strcmp library function.
505 struct StrChrOptimization : public LibCallOptimization {
506 public:
507   StrChrOptimization() : LibCallOptimization("strchr",
508       "Number of 'strchr' calls simplified") {}
509
510   /// @brief Make sure that the "strchr" function has the right prototype
511   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function* f, SimplifyLibCalls& SLC){
512     if (f->getReturnType() == PointerType::get(Type::SByteTy) &&
513         f->arg_size() == 2)
514       return true;
515     return false;
516   }
517
518   /// @brief Perform the strchr optimizations
519   virtual bool OptimizeCall(CallInst *ci, SimplifyLibCalls &SLC) {
520     // If there aren't three operands, bail
521     if (ci->getNumOperands() != 3)
522       return false;
523
524     // Check that the first argument to strchr is a constant array of sbyte.
525     // If it is, get the length and data, otherwise return false.
526     uint64_t len = 0;
527     ConstantArray* CA;
528     if (!getConstantStringLength(ci->getOperand(1),len,&CA))
529       return false;
530
531     // Check that the second argument to strchr is a constant int, return false
532     // if it isn't
533     ConstantSInt* CSI = dyn_cast<ConstantSInt>(ci->getOperand(2));
534     if (!CSI) {
535       // Just lower this to memchr since we know the length of the string as
536       // it is constant.
537       Function* f = SLC.get_memchr();
538       std::vector<Value*> args;
539       args.push_back(ci->getOperand(1));
540       args.push_back(ci->getOperand(2));
541       args.push_back(ConstantUInt::get(SLC.getIntPtrType(),len));
542       ci->replaceAllUsesWith( new CallInst(f,args,ci->getName(),ci));
543       ci->eraseFromParent();
544       return true;
545     }
546
547     // Get the character we're looking for
548     int64_t chr = CSI->getValue();
549
550     // Compute the offset
551     uint64_t offset = 0;
552     bool char_found = false;
553     for (uint64_t i = 0; i < len; ++i) {
554       if (ConstantSInt* CI = dyn_cast<ConstantSInt>(CA->getOperand(i))) {
555         // Check for the null terminator
556         if (CI->isNullValue())
557           break; // we found end of string
558         else if (CI->getValue() == chr) {
559           char_found = true;
560           offset = i;
561           break;
562         }
563       }
564     }
565
566     // strchr(s,c)  -> offset_of_in(c,s)
567     //    (if c is a constant integer and s is a constant string)
568     if (char_found) {
569       std::vector<Value*> indices;
570       indices.push_back(ConstantUInt::get(Type::ULongTy,offset));
571       GetElementPtrInst* GEP = new GetElementPtrInst(ci->getOperand(1),indices,
572           ci->getOperand(1)->getName()+".strchr",ci);
573       ci->replaceAllUsesWith(GEP);
574     } else {
575       ci->replaceAllUsesWith(
576           ConstantPointerNull::get(PointerType::get(Type::SByteTy)));
577     }
578     ci->eraseFromParent();
579     return true;
580   }
581 } StrChrOptimizer;
582
583 /// This LibCallOptimization will simplify a call to the strcmp library
584 /// function.  It optimizes out cases where one or both arguments are constant
585 /// and the result can be determined statically.
586 /// @brief Simplify the strcmp library function.
587 struct StrCmpOptimization : public LibCallOptimization {
588 public:
589   StrCmpOptimization() : LibCallOptimization("strcmp",
590       "Number of 'strcmp' calls simplified") {}
591
592   /// @brief Make sure that the "strcmp" function has the right prototype
593   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function *F, SimplifyLibCalls &SLC){
594     return F->getReturnType() == Type::IntTy && F->arg_size() == 2;
595   }
596
597   /// @brief Perform the strcmp optimization
598   virtual bool OptimizeCall(CallInst* ci, SimplifyLibCalls& SLC) {
599     // First, check to see if src and destination are the same. If they are,
600     // then the optimization is to replace the CallInst with a constant 0
601     // because the call is a no-op.
602     Value* s1 = ci->getOperand(1);
603     Value* s2 = ci->getOperand(2);
604     if (s1 == s2) {
605       // strcmp(x,x)  -> 0
606       ci->replaceAllUsesWith(ConstantInt::get(Type::IntTy,0));
607       ci->eraseFromParent();
608       return true;
609     }
610
611     bool isstr_1 = false;
612     uint64_t len_1 = 0;
613     ConstantArray* A1;
614     if (getConstantStringLength(s1,len_1,&A1)) {
615       isstr_1 = true;
616       if (len_1 == 0) {
617         // strcmp("",x) -> *x
618         LoadInst* load =
619           new LoadInst(CastToCStr(s2,*ci), ci->getName()+".load",ci);
620         CastInst* cast =
621           new CastInst(load,Type::IntTy,ci->getName()+".int",ci);
622         ci->replaceAllUsesWith(cast);
623         ci->eraseFromParent();
624         return true;
625       }
626     }
627
628     bool isstr_2 = false;
629     uint64_t len_2 = 0;
630     ConstantArray* A2;
631     if (getConstantStringLength(s2, len_2, &A2)) {
632       isstr_2 = true;
633       if (len_2 == 0) {
634         // strcmp(x,"") -> *x
635         LoadInst* load =
636           new LoadInst(CastToCStr(s1,*ci),ci->getName()+".val",ci);
637         CastInst* cast =
638           new CastInst(load,Type::IntTy,ci->getName()+".int",ci);
639         ci->replaceAllUsesWith(cast);
640         ci->eraseFromParent();
641         return true;
642       }
643     }
644
645     if (isstr_1 && isstr_2) {
646       // strcmp(x,y)  -> cnst  (if both x and y are constant strings)
647       std::string str1 = A1->getAsString();
648       std::string str2 = A2->getAsString();
649       int result = strcmp(str1.c_str(), str2.c_str());
650       ci->replaceAllUsesWith(ConstantSInt::get(Type::IntTy,result));
651       ci->eraseFromParent();
652       return true;
653     }
654     return false;
655   }
656 } StrCmpOptimizer;
657
658 /// This LibCallOptimization will simplify a call to the strncmp library
659 /// function.  It optimizes out cases where one or both arguments are constant
660 /// and the result can be determined statically.
661 /// @brief Simplify the strncmp library function.
662 struct StrNCmpOptimization : public LibCallOptimization {
663 public:
664   StrNCmpOptimization() : LibCallOptimization("strncmp",
665       "Number of 'strncmp' calls simplified") {}
666
667   /// @brief Make sure that the "strncmp" function has the right prototype
668   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function* f, SimplifyLibCalls& SLC){
669     if (f->getReturnType() == Type::IntTy && f->arg_size() == 3)
670       return true;
671     return false;
672   }
673
674   /// @brief Perform the strncpy optimization
675   virtual bool OptimizeCall(CallInst *ci, SimplifyLibCalls &SLC) {
676     // First, check to see if src and destination are the same. If they are,
677     // then the optimization is to replace the CallInst with a constant 0
678     // because the call is a no-op.
679     Value* s1 = ci->getOperand(1);
680     Value* s2 = ci->getOperand(2);
681     if (s1 == s2) {
682       // strncmp(x,x,l)  -> 0
683       ci->replaceAllUsesWith(ConstantInt::get(Type::IntTy,0));
684       ci->eraseFromParent();
685       return true;
686     }
687
688     // Check the length argument, if it is Constant zero then the strings are
689     // considered equal.
690     uint64_t len_arg = 0;
691     bool len_arg_is_const = false;
692     if (ConstantInt* len_CI = dyn_cast<ConstantInt>(ci->getOperand(3))) {
693       len_arg_is_const = true;
694       len_arg = len_CI->getRawValue();
695       if (len_arg == 0) {
696         // strncmp(x,y,0)   -> 0
697         ci->replaceAllUsesWith(ConstantInt::get(Type::IntTy,0));
698         ci->eraseFromParent();
699         return true;
700       }
701     }
702
703     bool isstr_1 = false;
704     uint64_t len_1 = 0;
705     ConstantArray* A1;
706     if (getConstantStringLength(s1, len_1, &A1)) {
707       isstr_1 = true;
708       if (len_1 == 0) {
709         // strncmp("",x) -> *x
710         LoadInst* load = new LoadInst(s1,ci->getName()+".load",ci);
711         CastInst* cast =
712           new CastInst(load,Type::IntTy,ci->getName()+".int",ci);
713         ci->replaceAllUsesWith(cast);
714         ci->eraseFromParent();
715         return true;
716       }
717     }
718
719     bool isstr_2 = false;
720     uint64_t len_2 = 0;
721     ConstantArray* A2;
722     if (getConstantStringLength(s2,len_2,&A2)) {
723       isstr_2 = true;
724       if (len_2 == 0) {
725         // strncmp(x,"") -> *x
726         LoadInst* load = new LoadInst(s2,ci->getName()+".val",ci);
727         CastInst* cast =
728           new CastInst(load,Type::IntTy,ci->getName()+".int",ci);
729         ci->replaceAllUsesWith(cast);
730         ci->eraseFromParent();
731         return true;
732       }
733     }
734
735     if (isstr_1 && isstr_2 && len_arg_is_const) {
736       // strncmp(x,y,const) -> constant
737       std::string str1 = A1->getAsString();
738       std::string str2 = A2->getAsString();
739       int result = strncmp(str1.c_str(), str2.c_str(), len_arg);
740       ci->replaceAllUsesWith(ConstantSInt::get(Type::IntTy,result));
741       ci->eraseFromParent();
742       return true;
743     }
744     return false;
745   }
746 } StrNCmpOptimizer;
747
748 /// This LibCallOptimization will simplify a call to the strcpy library
749 /// function.  Two optimizations are possible:
750 /// (1) If src and dest are the same and not volatile, just return dest
751 /// (2) If the src is a constant then we can convert to llvm.memmove
752 /// @brief Simplify the strcpy library function.
753 struct StrCpyOptimization : public LibCallOptimization {
754 public:
755   StrCpyOptimization() : LibCallOptimization("strcpy",
756       "Number of 'strcpy' calls simplified") {}
757
758   /// @brief Make sure that the "strcpy" function has the right prototype
759   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function* f, SimplifyLibCalls& SLC){
760     if (f->getReturnType() == PointerType::get(Type::SByteTy))
761       if (f->arg_size() == 2) {
762         Function::const_arg_iterator AI = f->arg_begin();
763         if (AI++->getType() == PointerType::get(Type::SByteTy))
764           if (AI->getType() == PointerType::get(Type::SByteTy)) {
765             // Indicate this is a suitable call type.
766             return true;
767           }
768       }
769     return false;
770   }
771
772   /// @brief Perform the strcpy optimization
773   virtual bool OptimizeCall(CallInst* ci, SimplifyLibCalls& SLC) {
774     // First, check to see if src and destination are the same. If they are,
775     // then the optimization is to replace the CallInst with the destination
776     // because the call is a no-op. Note that this corresponds to the
777     // degenerate strcpy(X,X) case which should have "undefined" results
778     // according to the C specification. However, it occurs sometimes and
779     // we optimize it as a no-op.
780     Value* dest = ci->getOperand(1);
781     Value* src = ci->getOperand(2);
782     if (dest == src) {
783       ci->replaceAllUsesWith(dest);
784       ci->eraseFromParent();
785       return true;
786     }
787
788     // Get the length of the constant string referenced by the second operand,
789     // the "src" parameter. Fail the optimization if we can't get the length
790     // (note that getConstantStringLength does lots of checks to make sure this
791     // is valid).
792     uint64_t len = 0;
793     if (!getConstantStringLength(ci->getOperand(2),len))
794       return false;
795
796     // If the constant string's length is zero we can optimize this by just
797     // doing a store of 0 at the first byte of the destination
798     if (len == 0) {
799       new StoreInst(ConstantInt::get(Type::SByteTy,0),ci->getOperand(1),ci);
800       ci->replaceAllUsesWith(dest);
801       ci->eraseFromParent();
802       return true;
803     }
804
805     // Increment the length because we actually want to memcpy the null
806     // terminator as well.
807     len++;
808
809     // We have enough information to now generate the memcpy call to
810     // do the concatenation for us.
811     std::vector<Value*> vals;
812     vals.push_back(dest); // destination
813     vals.push_back(src); // source
814     vals.push_back(ConstantUInt::get(SLC.getIntPtrType(),len)); // length
815     vals.push_back(ConstantUInt::get(Type::UIntTy,1)); // alignment
816     new CallInst(SLC.get_memcpy(), vals, "", ci);
817
818     // Finally, substitute the first operand of the strcat call for the
819     // strcat call itself since strcat returns its first operand; and,
820     // kill the strcat CallInst.
821     ci->replaceAllUsesWith(dest);
822     ci->eraseFromParent();
823     return true;
824   }
825 } StrCpyOptimizer;
826
827 /// This LibCallOptimization will simplify a call to the strlen library
828 /// function by replacing it with a constant value if the string provided to
829 /// it is a constant array.
830 /// @brief Simplify the strlen library function.
831 struct StrLenOptimization : public LibCallOptimization {
832   StrLenOptimization() : LibCallOptimization("strlen",
833       "Number of 'strlen' calls simplified") {}
834
835   /// @brief Make sure that the "strlen" function has the right prototype
836   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function* f, SimplifyLibCalls& SLC)
837   {
838     if (f->getReturnType() == SLC.getTargetData()->getIntPtrType())
839       if (f->arg_size() == 1)
840         if (Function::const_arg_iterator AI = f->arg_begin())
841           if (AI->getType() == PointerType::get(Type::SByteTy))
842             return true;
843     return false;
844   }
845
846   /// @brief Perform the strlen optimization
847   virtual bool OptimizeCall(CallInst* ci, SimplifyLibCalls& SLC)
848   {
849     // Make sure we're dealing with an sbyte* here.
850     Value* str = ci->getOperand(1);
851     if (str->getType() != PointerType::get(Type::SByteTy))
852       return false;
853
854     // Does the call to strlen have exactly one use?
855     if (ci->hasOneUse())
856       // Is that single use a binary operator?
857       if (BinaryOperator* bop = dyn_cast<BinaryOperator>(ci->use_back()))
858         // Is it compared against a constant integer?
859         if (ConstantInt* CI = dyn_cast<ConstantInt>(bop->getOperand(1)))
860         {
861           // Get the value the strlen result is compared to
862           uint64_t val = CI->getRawValue();
863
864           // If its compared against length 0 with == or !=
865           if (val == 0 &&
866               (bop->getOpcode() == Instruction::SetEQ ||
867                bop->getOpcode() == Instruction::SetNE))
868           {
869             // strlen(x) != 0 -> *x != 0
870             // strlen(x) == 0 -> *x == 0
871             LoadInst* load = new LoadInst(str,str->getName()+".first",ci);
872             BinaryOperator* rbop = BinaryOperator::create(bop->getOpcode(),
873               load, ConstantSInt::get(Type::SByteTy,0),
874               bop->getName()+".strlen", ci);
875             bop->replaceAllUsesWith(rbop);
876             bop->eraseFromParent();
877             ci->eraseFromParent();
878             return true;
879           }
880         }
881
882     // Get the length of the constant string operand
883     uint64_t len = 0;
884     if (!getConstantStringLength(ci->getOperand(1),len))
885       return false;
886
887     // strlen("xyz") -> 3 (for example)
888     const Type *Ty = SLC.getTargetData()->getIntPtrType();
889     if (Ty->isSigned())
890       ci->replaceAllUsesWith(ConstantSInt::get(Ty, len));
891     else
892       ci->replaceAllUsesWith(ConstantUInt::get(Ty, len));
893      
894     ci->eraseFromParent();
895     return true;
896   }
897 } StrLenOptimizer;
898
899 /// IsOnlyUsedInEqualsComparison - Return true if it only matters that the value
900 /// is equal or not-equal to zero. 
901 static bool IsOnlyUsedInEqualsZeroComparison(Instruction *I) {
902   for (Value::use_iterator UI = I->use_begin(), E = I->use_end();
903        UI != E; ++UI) {
904     Instruction *User = cast<Instruction>(*UI);
905     if (User->getOpcode() == Instruction::SetNE ||
906         User->getOpcode() == Instruction::SetEQ) {
907       if (isa<Constant>(User->getOperand(1)) && 
908           cast<Constant>(User->getOperand(1))->isNullValue())
909         continue;
910     } else if (CastInst *CI = dyn_cast<CastInst>(User))
911       if (CI->getType() == Type::BoolTy)
912         continue;
913     // Unknown instruction.
914     return false;
915   }
916   return true;
917 }
918
919 /// This memcmpOptimization will simplify a call to the memcmp library
920 /// function.
921 struct memcmpOptimization : public LibCallOptimization {
922   /// @brief Default Constructor
923   memcmpOptimization()
924     : LibCallOptimization("memcmp", "Number of 'memcmp' calls simplified") {}
925   
926   /// @brief Make sure that the "memcmp" function has the right prototype
927   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function *F, SimplifyLibCalls &TD) {
928     Function::const_arg_iterator AI = F->arg_begin();
929     if (F->arg_size() != 3 || !isa<PointerType>(AI->getType())) return false;
930     if (!isa<PointerType>((++AI)->getType())) return false;
931     if (!(++AI)->getType()->isInteger()) return false;
932     if (!F->getReturnType()->isInteger()) return false;
933     return true;
934   }
935   
936   /// Because of alignment and instruction information that we don't have, we
937   /// leave the bulk of this to the code generators.
938   ///
939   /// Note that we could do much more if we could force alignment on otherwise
940   /// small aligned allocas, or if we could indicate that loads have a small
941   /// alignment.
942   virtual bool OptimizeCall(CallInst *CI, SimplifyLibCalls &TD) {
943     Value *LHS = CI->getOperand(1), *RHS = CI->getOperand(2);
944
945     // If the two operands are the same, return zero.
946     if (LHS == RHS) {
947       // memcmp(s,s,x) -> 0
948       CI->replaceAllUsesWith(Constant::getNullValue(CI->getType()));
949       CI->eraseFromParent();
950       return true;
951     }
952     
953     // Make sure we have a constant length.
954     ConstantInt *LenC = dyn_cast<ConstantInt>(CI->getOperand(3));
955     if (!LenC) return false;
956     uint64_t Len = LenC->getRawValue();
957       
958     // If the length is zero, this returns 0.
959     switch (Len) {
960     case 0:
961       // memcmp(s1,s2,0) -> 0
962       CI->replaceAllUsesWith(Constant::getNullValue(CI->getType()));
963       CI->eraseFromParent();
964       return true;
965     case 1: {
966       // memcmp(S1,S2,1) -> *(ubyte*)S1 - *(ubyte*)S2
967       const Type *UCharPtr = PointerType::get(Type::UByteTy);
968       CastInst *Op1Cast = new CastInst(LHS, UCharPtr, LHS->getName(), CI);
969       CastInst *Op2Cast = new CastInst(RHS, UCharPtr, RHS->getName(), CI);
970       Value *S1V = new LoadInst(Op1Cast, LHS->getName()+".val", CI);
971       Value *S2V = new LoadInst(Op2Cast, RHS->getName()+".val", CI);
972       Value *RV = BinaryOperator::createSub(S1V, S2V, CI->getName()+".diff",CI);
973       if (RV->getType() != CI->getType())
974         RV = new CastInst(RV, CI->getType(), RV->getName(), CI);
975       CI->replaceAllUsesWith(RV);
976       CI->eraseFromParent();
977       return true;
978     }
979     case 2:
980       if (IsOnlyUsedInEqualsZeroComparison(CI)) {
981         // TODO: IF both are aligned, use a short load/compare.
982       
983         // memcmp(S1,S2,2) -> S1[0]-S2[0] | S1[1]-S2[1] iff only ==/!= 0 matters
984         const Type *UCharPtr = PointerType::get(Type::UByteTy);
985         CastInst *Op1Cast = new CastInst(LHS, UCharPtr, LHS->getName(), CI);
986         CastInst *Op2Cast = new CastInst(RHS, UCharPtr, RHS->getName(), CI);
987         Value *S1V1 = new LoadInst(Op1Cast, LHS->getName()+".val1", CI);
988         Value *S2V1 = new LoadInst(Op2Cast, RHS->getName()+".val1", CI);
989         Value *D1 = BinaryOperator::createSub(S1V1, S2V1,
990                                               CI->getName()+".d1", CI);
991         Constant *One = ConstantInt::get(Type::IntTy, 1);
992         Value *G1 = new GetElementPtrInst(Op1Cast, One, "next1v", CI);
993         Value *G2 = new GetElementPtrInst(Op2Cast, One, "next2v", CI);
994         Value *S1V2 = new LoadInst(G1, LHS->getName()+".val2", CI);
995         Value *S2V2 = new LoadInst(G2, RHS->getName()+".val2", CI);
996         Value *D2 = BinaryOperator::createSub(S1V2, S2V2,
997                                               CI->getName()+".d1", CI);
998         Value *Or = BinaryOperator::createOr(D1, D2, CI->getName()+".res", CI);
999         if (Or->getType() != CI->getType())
1000           Or = new CastInst(Or, CI->getType(), Or->getName(), CI);
1001         CI->replaceAllUsesWith(Or);
1002         CI->eraseFromParent();
1003         return true;
1004       }
1005       break;
1006     default:
1007       break;
1008     }
1009     
1010     return false;
1011   }
1012 } memcmpOptimizer;
1013
1014
1015 /// This LibCallOptimization will simplify a call to the memcpy library
1016 /// function by expanding it out to a single store of size 0, 1, 2, 4, or 8
1017 /// bytes depending on the length of the string and the alignment. Additional
1018 /// optimizations are possible in code generation (sequence of immediate store)
1019 /// @brief Simplify the memcpy library function.
1020 struct LLVMMemCpyMoveOptzn : public LibCallOptimization {
1021   LLVMMemCpyMoveOptzn(const char* fname, const char* desc)
1022   : LibCallOptimization(fname, desc) {}
1023
1024   /// @brief Make sure that the "memcpy" function has the right prototype
1025   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function* f, SimplifyLibCalls& TD) {
1026     // Just make sure this has 4 arguments per LLVM spec.
1027     return (f->arg_size() == 4);
1028   }
1029
1030   /// Because of alignment and instruction information that we don't have, we
1031   /// leave the bulk of this to the code generators. The optimization here just
1032   /// deals with a few degenerate cases where the length of the string and the
1033   /// alignment match the sizes of our intrinsic types so we can do a load and
1034   /// store instead of the memcpy call.
1035   /// @brief Perform the memcpy optimization.
1036   virtual bool OptimizeCall(CallInst* ci, SimplifyLibCalls& TD) {
1037     // Make sure we have constant int values to work with
1038     ConstantInt* LEN = dyn_cast<ConstantInt>(ci->getOperand(3));
1039     if (!LEN)
1040       return false;
1041     ConstantInt* ALIGN = dyn_cast<ConstantInt>(ci->getOperand(4));
1042     if (!ALIGN)
1043       return false;
1044
1045     // If the length is larger than the alignment, we can't optimize
1046     uint64_t len = LEN->getRawValue();
1047     uint64_t alignment = ALIGN->getRawValue();
1048     if (alignment == 0)
1049       alignment = 1; // Alignment 0 is identity for alignment 1
1050     if (len > alignment)
1051       return false;
1052
1053     // Get the type we will cast to, based on size of the string
1054     Value* dest = ci->getOperand(1);
1055     Value* src = ci->getOperand(2);
1056     Type* castType = 0;
1057     switch (len)
1058     {
1059       case 0:
1060         // memcpy(d,s,0,a) -> noop
1061         ci->eraseFromParent();
1062         return true;
1063       case 1: castType = Type::SByteTy; break;
1064       case 2: castType = Type::ShortTy; break;
1065       case 4: castType = Type::IntTy; break;
1066       case 8: castType = Type::LongTy; break;
1067       default:
1068         return false;
1069     }
1070
1071     // Cast source and dest to the right sized primitive and then load/store
1072     CastInst* SrcCast =
1073       new CastInst(src,PointerType::get(castType),src->getName()+".cast",ci);
1074     CastInst* DestCast =
1075       new CastInst(dest,PointerType::get(castType),dest->getName()+".cast",ci);
1076     LoadInst* LI = new LoadInst(SrcCast,SrcCast->getName()+".val",ci);
1077     StoreInst* SI = new StoreInst(LI, DestCast, ci);
1078     ci->eraseFromParent();
1079     return true;
1080   }
1081 };
1082
1083 /// This LibCallOptimization will simplify a call to the memcpy/memmove library
1084 /// functions.
1085 LLVMMemCpyMoveOptzn LLVMMemCpyOptimizer32("llvm.memcpy.i32",
1086                                     "Number of 'llvm.memcpy' calls simplified");
1087 LLVMMemCpyMoveOptzn LLVMMemCpyOptimizer64("llvm.memcpy.i64",
1088                                    "Number of 'llvm.memcpy' calls simplified");
1089 LLVMMemCpyMoveOptzn LLVMMemMoveOptimizer32("llvm.memmove.i32",
1090                                    "Number of 'llvm.memmove' calls simplified");
1091 LLVMMemCpyMoveOptzn LLVMMemMoveOptimizer64("llvm.memmove.i64",
1092                                    "Number of 'llvm.memmove' calls simplified");
1093
1094 /// This LibCallOptimization will simplify a call to the memset library
1095 /// function by expanding it out to a single store of size 0, 1, 2, 4, or 8
1096 /// bytes depending on the length argument.
1097 struct LLVMMemSetOptimization : public LibCallOptimization {
1098   /// @brief Default Constructor
1099   LLVMMemSetOptimization(const char *Name) : LibCallOptimization(Name,
1100       "Number of 'llvm.memset' calls simplified") {}
1101
1102   /// @brief Make sure that the "memset" function has the right prototype
1103   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function *F, SimplifyLibCalls &TD) {
1104     // Just make sure this has 3 arguments per LLVM spec.
1105     return F->arg_size() == 4;
1106   }
1107
1108   /// Because of alignment and instruction information that we don't have, we
1109   /// leave the bulk of this to the code generators. The optimization here just
1110   /// deals with a few degenerate cases where the length parameter is constant
1111   /// and the alignment matches the sizes of our intrinsic types so we can do
1112   /// store instead of the memcpy call. Other calls are transformed into the
1113   /// llvm.memset intrinsic.
1114   /// @brief Perform the memset optimization.
1115   virtual bool OptimizeCall(CallInst *ci, SimplifyLibCalls &TD) {
1116     // Make sure we have constant int values to work with
1117     ConstantInt* LEN = dyn_cast<ConstantInt>(ci->getOperand(3));
1118     if (!LEN)
1119       return false;
1120     ConstantInt* ALIGN = dyn_cast<ConstantInt>(ci->getOperand(4));
1121     if (!ALIGN)
1122       return false;
1123
1124     // Extract the length and alignment
1125     uint64_t len = LEN->getRawValue();
1126     uint64_t alignment = ALIGN->getRawValue();
1127
1128     // Alignment 0 is identity for alignment 1
1129     if (alignment == 0)
1130       alignment = 1;
1131
1132     // If the length is zero, this is a no-op
1133     if (len == 0) {
1134       // memset(d,c,0,a) -> noop
1135       ci->eraseFromParent();
1136       return true;
1137     }
1138
1139     // If the length is larger than the alignment, we can't optimize
1140     if (len > alignment)
1141       return false;
1142
1143     // Make sure we have a constant ubyte to work with so we can extract
1144     // the value to be filled.
1145     ConstantUInt* FILL = dyn_cast<ConstantUInt>(ci->getOperand(2));
1146     if (!FILL)
1147       return false;
1148     if (FILL->getType() != Type::UByteTy)
1149       return false;
1150
1151     // memset(s,c,n) -> store s, c (for n=1,2,4,8)
1152
1153     // Extract the fill character
1154     uint64_t fill_char = FILL->getValue();
1155     uint64_t fill_value = fill_char;
1156
1157     // Get the type we will cast to, based on size of memory area to fill, and
1158     // and the value we will store there.
1159     Value* dest = ci->getOperand(1);
1160     Type* castType = 0;
1161     switch (len) {
1162       case 1:
1163         castType = Type::UByteTy;
1164         break;
1165       case 2:
1166         castType = Type::UShortTy;
1167         fill_value |= fill_char << 8;
1168         break;
1169       case 4:
1170         castType = Type::UIntTy;
1171         fill_value |= fill_char << 8 | fill_char << 16 | fill_char << 24;
1172         break;
1173       case 8:
1174         castType = Type::ULongTy;
1175         fill_value |= fill_char << 8 | fill_char << 16 | fill_char << 24;
1176         fill_value |= fill_char << 32 | fill_char << 40 | fill_char << 48;
1177         fill_value |= fill_char << 56;
1178         break;
1179       default:
1180         return false;
1181     }
1182
1183     // Cast dest to the right sized primitive and then load/store
1184     CastInst* DestCast =
1185       new CastInst(dest,PointerType::get(castType),dest->getName()+".cast",ci);
1186     new StoreInst(ConstantUInt::get(castType,fill_value),DestCast, ci);
1187     ci->eraseFromParent();
1188     return true;
1189   }
1190 };
1191
1192 LLVMMemSetOptimization MemSet32Optimizer("llvm.memset.i32");
1193 LLVMMemSetOptimization MemSet64Optimizer("llvm.memset.i64");
1194
1195
1196 /// This LibCallOptimization will simplify calls to the "pow" library
1197 /// function. It looks for cases where the result of pow is well known and
1198 /// substitutes the appropriate value.
1199 /// @brief Simplify the pow library function.
1200 struct PowOptimization : public LibCallOptimization {
1201 public:
1202   /// @brief Default Constructor
1203   PowOptimization() : LibCallOptimization("pow",
1204       "Number of 'pow' calls simplified") {}
1205
1206   /// @brief Make sure that the "pow" function has the right prototype
1207   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function* f, SimplifyLibCalls& SLC){
1208     // Just make sure this has 2 arguments
1209     return (f->arg_size() == 2);
1210   }
1211
1212   /// @brief Perform the pow optimization.
1213   virtual bool OptimizeCall(CallInst *ci, SimplifyLibCalls &SLC) {
1214     const Type *Ty = cast<Function>(ci->getOperand(0))->getReturnType();
1215     Value* base = ci->getOperand(1);
1216     Value* expn = ci->getOperand(2);
1217     if (ConstantFP *Op1 = dyn_cast<ConstantFP>(base)) {
1218       double Op1V = Op1->getValue();
1219       if (Op1V == 1.0) {
1220         // pow(1.0,x) -> 1.0
1221         ci->replaceAllUsesWith(ConstantFP::get(Ty,1.0));
1222         ci->eraseFromParent();
1223         return true;
1224       }
1225     }  else if (ConstantFP* Op2 = dyn_cast<ConstantFP>(expn)) {
1226       double Op2V = Op2->getValue();
1227       if (Op2V == 0.0) {
1228         // pow(x,0.0) -> 1.0
1229         ci->replaceAllUsesWith(ConstantFP::get(Ty,1.0));
1230         ci->eraseFromParent();
1231         return true;
1232       } else if (Op2V == 0.5) {
1233         // pow(x,0.5) -> sqrt(x)
1234         CallInst* sqrt_inst = new CallInst(SLC.get_sqrt(), base,
1235             ci->getName()+".pow",ci);
1236         ci->replaceAllUsesWith(sqrt_inst);
1237         ci->eraseFromParent();
1238         return true;
1239       } else if (Op2V == 1.0) {
1240         // pow(x,1.0) -> x
1241         ci->replaceAllUsesWith(base);
1242         ci->eraseFromParent();
1243         return true;
1244       } else if (Op2V == -1.0) {
1245         // pow(x,-1.0)    -> 1.0/x
1246         BinaryOperator* div_inst= BinaryOperator::createDiv(
1247           ConstantFP::get(Ty,1.0), base, ci->getName()+".pow", ci);
1248         ci->replaceAllUsesWith(div_inst);
1249         ci->eraseFromParent();
1250         return true;
1251       }
1252     }
1253     return false; // opt failed
1254   }
1255 } PowOptimizer;
1256
1257 /// This LibCallOptimization will simplify calls to the "fprintf" library
1258 /// function. It looks for cases where the result of fprintf is not used and the
1259 /// operation can be reduced to something simpler.
1260 /// @brief Simplify the pow library function.
1261 struct FPrintFOptimization : public LibCallOptimization {
1262 public:
1263   /// @brief Default Constructor
1264   FPrintFOptimization() : LibCallOptimization("fprintf",
1265       "Number of 'fprintf' calls simplified") {}
1266
1267   /// @brief Make sure that the "fprintf" function has the right prototype
1268   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function* f, SimplifyLibCalls& SLC){
1269     // Just make sure this has at least 2 arguments
1270     return (f->arg_size() >= 2);
1271   }
1272
1273   /// @brief Perform the fprintf optimization.
1274   virtual bool OptimizeCall(CallInst* ci, SimplifyLibCalls& SLC) {
1275     // If the call has more than 3 operands, we can't optimize it
1276     if (ci->getNumOperands() > 4 || ci->getNumOperands() <= 2)
1277       return false;
1278
1279     // If the result of the fprintf call is used, none of these optimizations
1280     // can be made.
1281     if (!ci->use_empty())
1282       return false;
1283
1284     // All the optimizations depend on the length of the second argument and the
1285     // fact that it is a constant string array. Check that now
1286     uint64_t len = 0;
1287     ConstantArray* CA = 0;
1288     if (!getConstantStringLength(ci->getOperand(2), len, &CA))
1289       return false;
1290
1291     if (ci->getNumOperands() == 3) {
1292       // Make sure there's no % in the constant array
1293       for (unsigned i = 0; i < len; ++i) {
1294         if (ConstantInt* CI = dyn_cast<ConstantInt>(CA->getOperand(i))) {
1295           // Check for the null terminator
1296           if (CI->getRawValue() == '%')
1297             return false; // we found end of string
1298         } else {
1299           return false;
1300         }
1301       }
1302
1303       // fprintf(file,fmt) -> fwrite(fmt,strlen(fmt),file)
1304       const Type* FILEptr_type = ci->getOperand(1)->getType();
1305       Function* fwrite_func = SLC.get_fwrite(FILEptr_type);
1306       if (!fwrite_func)
1307         return false;
1308
1309       // Make sure that the fprintf() and fwrite() functions both take the
1310       // same type of char pointer.
1311       if (ci->getOperand(2)->getType() !=
1312           fwrite_func->getFunctionType()->getParamType(0))
1313         return false;
1314
1315       std::vector<Value*> args;
1316       args.push_back(ci->getOperand(2));
1317       args.push_back(ConstantUInt::get(SLC.getIntPtrType(),len));
1318       args.push_back(ConstantUInt::get(SLC.getIntPtrType(),1));
1319       args.push_back(ci->getOperand(1));
1320       new CallInst(fwrite_func,args,ci->getName(),ci);
1321       ci->replaceAllUsesWith(ConstantSInt::get(Type::IntTy,len));
1322       ci->eraseFromParent();
1323       return true;
1324     }
1325
1326     // The remaining optimizations require the format string to be length 2
1327     // "%s" or "%c".
1328     if (len != 2)
1329       return false;
1330
1331     // The first character has to be a %
1332     if (ConstantInt* CI = dyn_cast<ConstantInt>(CA->getOperand(0)))
1333       if (CI->getRawValue() != '%')
1334         return false;
1335
1336     // Get the second character and switch on its value
1337     ConstantInt* CI = dyn_cast<ConstantInt>(CA->getOperand(1));
1338     switch (CI->getRawValue()) {
1339       case 's':
1340       {
1341         uint64_t len = 0;
1342         ConstantArray* CA = 0;
1343         if (!getConstantStringLength(ci->getOperand(3), len, &CA))
1344           return false;
1345
1346         // fprintf(file,"%s",str) -> fwrite(fmt,strlen(fmt),1,file)
1347         const Type* FILEptr_type = ci->getOperand(1)->getType();
1348         Function* fwrite_func = SLC.get_fwrite(FILEptr_type);
1349         if (!fwrite_func)
1350           return false;
1351         std::vector<Value*> args;
1352         args.push_back(CastToCStr(ci->getOperand(3), *ci));
1353         args.push_back(ConstantUInt::get(SLC.getIntPtrType(),len));
1354         args.push_back(ConstantUInt::get(SLC.getIntPtrType(),1));
1355         args.push_back(ci->getOperand(1));
1356         new CallInst(fwrite_func,args,ci->getName(),ci);
1357         ci->replaceAllUsesWith(ConstantSInt::get(Type::IntTy,len));
1358         break;
1359       }
1360       case 'c':
1361       {
1362         ConstantInt* CI = dyn_cast<ConstantInt>(ci->getOperand(3));
1363         if (!CI)
1364           return false;
1365
1366         const Type* FILEptr_type = ci->getOperand(1)->getType();
1367         Function* fputc_func = SLC.get_fputc(FILEptr_type);
1368         if (!fputc_func)
1369           return false;
1370         CastInst* cast = new CastInst(CI,Type::IntTy,CI->getName()+".int",ci);
1371         new CallInst(fputc_func,cast,ci->getOperand(1),"",ci);
1372         ci->replaceAllUsesWith(ConstantSInt::get(Type::IntTy,1));
1373         break;
1374       }
1375       default:
1376         return false;
1377     }
1378     ci->eraseFromParent();
1379     return true;
1380   }
1381 } FPrintFOptimizer;
1382
1383 /// This LibCallOptimization will simplify calls to the "sprintf" library
1384 /// function. It looks for cases where the result of sprintf is not used and the
1385 /// operation can be reduced to something simpler.
1386 /// @brief Simplify the pow library function.
1387 struct SPrintFOptimization : public LibCallOptimization {
1388 public:
1389   /// @brief Default Constructor
1390   SPrintFOptimization() : LibCallOptimization("sprintf",
1391       "Number of 'sprintf' calls simplified") {}
1392
1393   /// @brief Make sure that the "fprintf" function has the right prototype
1394   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function *f, SimplifyLibCalls &SLC){
1395     // Just make sure this has at least 2 arguments
1396     return (f->getReturnType() == Type::IntTy && f->arg_size() >= 2);
1397   }
1398
1399   /// @brief Perform the sprintf optimization.
1400   virtual bool OptimizeCall(CallInst *ci, SimplifyLibCalls &SLC) {
1401     // If the call has more than 3 operands, we can't optimize it
1402     if (ci->getNumOperands() > 4 || ci->getNumOperands() < 3)
1403       return false;
1404
1405     // All the optimizations depend on the length of the second argument and the
1406     // fact that it is a constant string array. Check that now
1407     uint64_t len = 0;
1408     ConstantArray* CA = 0;
1409     if (!getConstantStringLength(ci->getOperand(2), len, &CA))
1410       return false;
1411
1412     if (ci->getNumOperands() == 3) {
1413       if (len == 0) {
1414         // If the length is 0, we just need to store a null byte
1415         new StoreInst(ConstantInt::get(Type::SByteTy,0),ci->getOperand(1),ci);
1416         ci->replaceAllUsesWith(ConstantSInt::get(Type::IntTy,0));
1417         ci->eraseFromParent();
1418         return true;
1419       }
1420
1421       // Make sure there's no % in the constant array
1422       for (unsigned i = 0; i < len; ++i) {
1423         if (ConstantInt* CI = dyn_cast<ConstantInt>(CA->getOperand(i))) {
1424           // Check for the null terminator
1425           if (CI->getRawValue() == '%')
1426             return false; // we found a %, can't optimize
1427         } else {
1428           return false; // initializer is not constant int, can't optimize
1429         }
1430       }
1431
1432       // Increment length because we want to copy the null byte too
1433       len++;
1434
1435       // sprintf(str,fmt) -> llvm.memcpy(str,fmt,strlen(fmt),1)
1436       Function* memcpy_func = SLC.get_memcpy();
1437       if (!memcpy_func)
1438         return false;
1439       std::vector<Value*> args;
1440       args.push_back(ci->getOperand(1));
1441       args.push_back(ci->getOperand(2));
1442       args.push_back(ConstantUInt::get(SLC.getIntPtrType(),len));
1443       args.push_back(ConstantUInt::get(Type::UIntTy,1));
1444       new CallInst(memcpy_func,args,"",ci);
1445       ci->replaceAllUsesWith(ConstantSInt::get(Type::IntTy,len));
1446       ci->eraseFromParent();
1447       return true;
1448     }
1449
1450     // The remaining optimizations require the format string to be length 2
1451     // "%s" or "%c".
1452     if (len != 2)
1453       return false;
1454
1455     // The first character has to be a %
1456     if (ConstantInt* CI = dyn_cast<ConstantInt>(CA->getOperand(0)))
1457       if (CI->getRawValue() != '%')
1458         return false;
1459
1460     // Get the second character and switch on its value
1461     ConstantInt* CI = dyn_cast<ConstantInt>(CA->getOperand(1));
1462     switch (CI->getRawValue()) {
1463     case 's': {
1464       // sprintf(dest,"%s",str) -> llvm.memcpy(dest, str, strlen(str)+1, 1)
1465       Function* strlen_func = SLC.get_strlen();
1466       Function* memcpy_func = SLC.get_memcpy();
1467       if (!strlen_func || !memcpy_func)
1468         return false;
1469       
1470       Value *Len = new CallInst(strlen_func, CastToCStr(ci->getOperand(3), *ci),
1471                                 ci->getOperand(3)->getName()+".len", ci);
1472       Value *Len1 = BinaryOperator::createAdd(Len,
1473                                             ConstantInt::get(Len->getType(), 1),
1474                                               Len->getName()+"1", ci);
1475       if (Len1->getType() != SLC.getIntPtrType())
1476         Len1 = new CastInst(Len1, SLC.getIntPtrType(), Len1->getName(), ci);
1477       std::vector<Value*> args;
1478       args.push_back(CastToCStr(ci->getOperand(1), *ci));
1479       args.push_back(CastToCStr(ci->getOperand(3), *ci));
1480       args.push_back(Len1);
1481       args.push_back(ConstantUInt::get(Type::UIntTy,1));
1482       new CallInst(memcpy_func, args, "", ci);
1483       
1484       // The strlen result is the unincremented number of bytes in the string.
1485       if (!ci->use_empty()) {
1486         if (Len->getType() != ci->getType())
1487           Len = new CastInst(Len, ci->getType(), Len->getName(), ci);
1488         ci->replaceAllUsesWith(Len);
1489       }
1490       ci->eraseFromParent();
1491       return true;
1492     }
1493     case 'c': {
1494       // sprintf(dest,"%c",chr) -> store chr, dest
1495       CastInst* cast = new CastInst(ci->getOperand(3),Type::SByteTy,"char",ci);
1496       new StoreInst(cast, ci->getOperand(1), ci);
1497       GetElementPtrInst* gep = new GetElementPtrInst(ci->getOperand(1),
1498         ConstantUInt::get(Type::UIntTy,1),ci->getOperand(1)->getName()+".end",
1499         ci);
1500       new StoreInst(ConstantInt::get(Type::SByteTy,0),gep,ci);
1501       ci->replaceAllUsesWith(ConstantSInt::get(Type::IntTy,1));
1502       ci->eraseFromParent();
1503       return true;
1504     }
1505     }
1506     return false;
1507   }
1508 } SPrintFOptimizer;
1509
1510 /// This LibCallOptimization will simplify calls to the "fputs" library
1511 /// function. It looks for cases where the result of fputs is not used and the
1512 /// operation can be reduced to something simpler.
1513 /// @brief Simplify the pow library function.
1514 struct PutsOptimization : public LibCallOptimization {
1515 public:
1516   /// @brief Default Constructor
1517   PutsOptimization() : LibCallOptimization("fputs",
1518       "Number of 'fputs' calls simplified") {}
1519
1520   /// @brief Make sure that the "fputs" function has the right prototype
1521   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function *F, SimplifyLibCalls &SLC){
1522     // Just make sure this has 2 arguments
1523     return F->arg_size() == 2;
1524   }
1525
1526   /// @brief Perform the fputs optimization.
1527   virtual bool OptimizeCall(CallInst* ci, SimplifyLibCalls& SLC) {
1528     // If the result is used, none of these optimizations work
1529     if (!ci->use_empty())
1530       return false;
1531
1532     // All the optimizations depend on the length of the first argument and the
1533     // fact that it is a constant string array. Check that now
1534     uint64_t len = 0;
1535     if (!getConstantStringLength(ci->getOperand(1), len))
1536       return false;
1537
1538     switch (len) {
1539       case 0:
1540         // fputs("",F) -> noop
1541         break;
1542       case 1:
1543       {
1544         // fputs(s,F)  -> fputc(s[0],F)  (if s is constant and strlen(s) == 1)
1545         const Type* FILEptr_type = ci->getOperand(2)->getType();
1546         Function* fputc_func = SLC.get_fputc(FILEptr_type);
1547         if (!fputc_func)
1548           return false;
1549         LoadInst* loadi = new LoadInst(ci->getOperand(1),
1550           ci->getOperand(1)->getName()+".byte",ci);
1551         CastInst* casti = new CastInst(loadi,Type::IntTy,
1552           loadi->getName()+".int",ci);
1553         new CallInst(fputc_func,casti,ci->getOperand(2),"",ci);
1554         break;
1555       }
1556       default:
1557       {
1558         // fputs(s,F)  -> fwrite(s,1,len,F) (if s is constant and strlen(s) > 1)
1559         const Type* FILEptr_type = ci->getOperand(2)->getType();
1560         Function* fwrite_func = SLC.get_fwrite(FILEptr_type);
1561         if (!fwrite_func)
1562           return false;
1563         std::vector<Value*> parms;
1564         parms.push_back(ci->getOperand(1));
1565         parms.push_back(ConstantUInt::get(SLC.getIntPtrType(),len));
1566         parms.push_back(ConstantUInt::get(SLC.getIntPtrType(),1));
1567         parms.push_back(ci->getOperand(2));
1568         new CallInst(fwrite_func,parms,"",ci);
1569         break;
1570       }
1571     }
1572     ci->eraseFromParent();
1573     return true; // success
1574   }
1575 } PutsOptimizer;
1576
1577 /// This LibCallOptimization will simplify calls to the "isdigit" library
1578 /// function. It simply does range checks the parameter explicitly.
1579 /// @brief Simplify the isdigit library function.
1580 struct isdigitOptimization : public LibCallOptimization {
1581 public:
1582   isdigitOptimization() : LibCallOptimization("isdigit",
1583       "Number of 'isdigit' calls simplified") {}
1584
1585   /// @brief Make sure that the "isdigit" function has the right prototype
1586   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function* f, SimplifyLibCalls& SLC){
1587     // Just make sure this has 1 argument
1588     return (f->arg_size() == 1);
1589   }
1590
1591   /// @brief Perform the toascii optimization.
1592   virtual bool OptimizeCall(CallInst *ci, SimplifyLibCalls &SLC) {
1593     if (ConstantInt* CI = dyn_cast<ConstantInt>(ci->getOperand(1))) {
1594       // isdigit(c)   -> 0 or 1, if 'c' is constant
1595       uint64_t val = CI->getRawValue();
1596       if (val >= '0' && val <='9')
1597         ci->replaceAllUsesWith(ConstantSInt::get(Type::IntTy,1));
1598       else
1599         ci->replaceAllUsesWith(ConstantSInt::get(Type::IntTy,0));
1600       ci->eraseFromParent();
1601       return true;
1602     }
1603
1604     // isdigit(c)   -> (unsigned)c - '0' <= 9
1605     CastInst* cast =
1606       new CastInst(ci->getOperand(1),Type::UIntTy,
1607         ci->getOperand(1)->getName()+".uint",ci);
1608     BinaryOperator* sub_inst = BinaryOperator::createSub(cast,
1609         ConstantUInt::get(Type::UIntTy,0x30),
1610         ci->getOperand(1)->getName()+".sub",ci);
1611     SetCondInst* setcond_inst = new SetCondInst(Instruction::SetLE,sub_inst,
1612         ConstantUInt::get(Type::UIntTy,9),
1613         ci->getOperand(1)->getName()+".cmp",ci);
1614     CastInst* c2 =
1615       new CastInst(setcond_inst,Type::IntTy,
1616         ci->getOperand(1)->getName()+".isdigit",ci);
1617     ci->replaceAllUsesWith(c2);
1618     ci->eraseFromParent();
1619     return true;
1620   }
1621 } isdigitOptimizer;
1622
1623 struct isasciiOptimization : public LibCallOptimization {
1624 public:
1625   isasciiOptimization()
1626     : LibCallOptimization("isascii", "Number of 'isascii' calls simplified") {}
1627   
1628   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function *F, SimplifyLibCalls &SLC){
1629     return F->arg_size() == 1 && F->arg_begin()->getType()->isInteger() && 
1630            F->getReturnType()->isInteger();
1631   }
1632   
1633   /// @brief Perform the isascii optimization.
1634   virtual bool OptimizeCall(CallInst *CI, SimplifyLibCalls &SLC) {
1635     // isascii(c)   -> (unsigned)c < 128
1636     Value *V = CI->getOperand(1);
1637     if (V->getType()->isSigned())
1638       V = new CastInst(V, V->getType()->getUnsignedVersion(), V->getName(), CI);
1639     Value *Cmp = BinaryOperator::createSetLT(V, ConstantUInt::get(V->getType(),
1640                                                                   128),
1641                                              V->getName()+".isascii", CI);
1642     if (Cmp->getType() != CI->getType())
1643       Cmp = new CastInst(Cmp, CI->getType(), Cmp->getName(), CI);
1644     CI->replaceAllUsesWith(Cmp);
1645     CI->eraseFromParent();
1646     return true;
1647   }
1648 } isasciiOptimizer;
1649
1650
1651 /// This LibCallOptimization will simplify calls to the "toascii" library
1652 /// function. It simply does the corresponding and operation to restrict the
1653 /// range of values to the ASCII character set (0-127).
1654 /// @brief Simplify the toascii library function.
1655 struct ToAsciiOptimization : public LibCallOptimization {
1656 public:
1657   /// @brief Default Constructor
1658   ToAsciiOptimization() : LibCallOptimization("toascii",
1659       "Number of 'toascii' calls simplified") {}
1660
1661   /// @brief Make sure that the "fputs" function has the right prototype
1662   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function* f, SimplifyLibCalls& SLC){
1663     // Just make sure this has 2 arguments
1664     return (f->arg_size() == 1);
1665   }
1666
1667   /// @brief Perform the toascii optimization.
1668   virtual bool OptimizeCall(CallInst *ci, SimplifyLibCalls &SLC) {
1669     // toascii(c)   -> (c & 0x7f)
1670     Value* chr = ci->getOperand(1);
1671     BinaryOperator* and_inst = BinaryOperator::createAnd(chr,
1672         ConstantInt::get(chr->getType(),0x7F),ci->getName()+".toascii",ci);
1673     ci->replaceAllUsesWith(and_inst);
1674     ci->eraseFromParent();
1675     return true;
1676   }
1677 } ToAsciiOptimizer;
1678
1679 /// This LibCallOptimization will simplify calls to the "ffs" library
1680 /// calls which find the first set bit in an int, long, or long long. The
1681 /// optimization is to compute the result at compile time if the argument is
1682 /// a constant.
1683 /// @brief Simplify the ffs library function.
1684 struct FFSOptimization : public LibCallOptimization {
1685 protected:
1686   /// @brief Subclass Constructor
1687   FFSOptimization(const char* funcName, const char* description)
1688     : LibCallOptimization(funcName, description) {}
1689
1690 public:
1691   /// @brief Default Constructor
1692   FFSOptimization() : LibCallOptimization("ffs",
1693       "Number of 'ffs' calls simplified") {}
1694
1695   /// @brief Make sure that the "ffs" function has the right prototype
1696   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function *F, SimplifyLibCalls &SLC){
1697     // Just make sure this has 2 arguments
1698     return F->arg_size() == 1 && F->getReturnType() == Type::IntTy;
1699   }
1700
1701   /// @brief Perform the ffs optimization.
1702   virtual bool OptimizeCall(CallInst *TheCall, SimplifyLibCalls &SLC) {
1703     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(TheCall->getOperand(1))) {
1704       // ffs(cnst)  -> bit#
1705       // ffsl(cnst) -> bit#
1706       // ffsll(cnst) -> bit#
1707       uint64_t val = CI->getRawValue();
1708       int result = 0;
1709       if (val) {
1710         ++result;
1711         while ((val & 1) == 0) {
1712           ++result;
1713           val >>= 1;
1714         }
1715       }
1716       TheCall->replaceAllUsesWith(ConstantSInt::get(Type::IntTy, result));
1717       TheCall->eraseFromParent();
1718       return true;
1719     }
1720
1721     // ffs(x)   -> x == 0 ? 0 : llvm.cttz(x)+1
1722     // ffsl(x)  -> x == 0 ? 0 : llvm.cttz(x)+1
1723     // ffsll(x) -> x == 0 ? 0 : llvm.cttz(x)+1
1724     const Type *ArgType = TheCall->getOperand(1)->getType();
1725     ArgType = ArgType->getUnsignedVersion();
1726     const char *CTTZName;
1727     switch (ArgType->getTypeID()) {
1728     default: assert(0 && "Unknown unsigned type!");
1729     case Type::UByteTyID : CTTZName = "llvm.cttz.i8" ; break;
1730     case Type::UShortTyID: CTTZName = "llvm.cttz.i16"; break;
1731     case Type::UIntTyID  : CTTZName = "llvm.cttz.i32"; break;
1732     case Type::ULongTyID : CTTZName = "llvm.cttz.i64"; break;
1733     }
1734     
1735     Function *F = SLC.getModule()->getOrInsertFunction(CTTZName, ArgType,
1736                                                        ArgType, NULL);
1737     Value *V = new CastInst(TheCall->getOperand(1), ArgType, "tmp", TheCall);
1738     Value *V2 = new CallInst(F, V, "tmp", TheCall);
1739     V2 = new CastInst(V2, Type::IntTy, "tmp", TheCall);
1740     V2 = BinaryOperator::createAdd(V2, ConstantSInt::get(Type::IntTy, 1),
1741                                    "tmp", TheCall);
1742     Value *Cond = 
1743       BinaryOperator::createSetEQ(V, Constant::getNullValue(V->getType()),
1744                                   "tmp", TheCall);
1745     V2 = new SelectInst(Cond, ConstantInt::get(Type::IntTy, 0), V2,
1746                         TheCall->getName(), TheCall);
1747     TheCall->replaceAllUsesWith(V2);
1748     TheCall->eraseFromParent();
1749     return true;
1750   }
1751 } FFSOptimizer;
1752
1753 /// This LibCallOptimization will simplify calls to the "ffsl" library
1754 /// calls. It simply uses FFSOptimization for which the transformation is
1755 /// identical.
1756 /// @brief Simplify the ffsl library function.
1757 struct FFSLOptimization : public FFSOptimization {
1758 public:
1759   /// @brief Default Constructor
1760   FFSLOptimization() : FFSOptimization("ffsl",
1761       "Number of 'ffsl' calls simplified") {}
1762
1763 } FFSLOptimizer;
1764
1765 /// This LibCallOptimization will simplify calls to the "ffsll" library
1766 /// calls. It simply uses FFSOptimization for which the transformation is
1767 /// identical.
1768 /// @brief Simplify the ffsl library function.
1769 struct FFSLLOptimization : public FFSOptimization {
1770 public:
1771   /// @brief Default Constructor
1772   FFSLLOptimization() : FFSOptimization("ffsll",
1773       "Number of 'ffsll' calls simplified") {}
1774
1775 } FFSLLOptimizer;
1776
1777 /// This optimizes unary functions that take and return doubles.
1778 struct UnaryDoubleFPOptimizer : public LibCallOptimization {
1779   UnaryDoubleFPOptimizer(const char *Fn, const char *Desc)
1780   : LibCallOptimization(Fn, Desc) {}
1781   
1782   // Make sure that this function has the right prototype
1783   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function *F, SimplifyLibCalls &SLC){
1784     return F->arg_size() == 1 && F->arg_begin()->getType() == Type::DoubleTy &&
1785            F->getReturnType() == Type::DoubleTy;
1786   }
1787
1788   /// ShrinkFunctionToFloatVersion - If the input to this function is really a
1789   /// float, strength reduce this to a float version of the function,
1790   /// e.g. floor((double)FLT) -> (double)floorf(FLT).  This can only be called
1791   /// when the target supports the destination function and where there can be
1792   /// no precision loss.
1793   static bool ShrinkFunctionToFloatVersion(CallInst *CI, SimplifyLibCalls &SLC,
1794                                            Function *(SimplifyLibCalls::*FP)()){
1795     if (CastInst *Cast = dyn_cast<CastInst>(CI->getOperand(1)))
1796       if (Cast->getOperand(0)->getType() == Type::FloatTy) {
1797         Value *New = new CallInst((SLC.*FP)(), Cast->getOperand(0),
1798                                   CI->getName(), CI);
1799         New = new CastInst(New, Type::DoubleTy, CI->getName(), CI);
1800         CI->replaceAllUsesWith(New);
1801         CI->eraseFromParent();
1802         if (Cast->use_empty())
1803           Cast->eraseFromParent();
1804         return true;
1805       }
1806     return false;
1807   }
1808 };
1809
1810
1811 struct FloorOptimization : public UnaryDoubleFPOptimizer {
1812   FloorOptimization()
1813     : UnaryDoubleFPOptimizer("floor", "Number of 'floor' calls simplified") {}
1814   
1815   virtual bool OptimizeCall(CallInst *CI, SimplifyLibCalls &SLC) {
1816 #ifdef HAVE_FLOORF
1817     // If this is a float argument passed in, convert to floorf.
1818     if (ShrinkFunctionToFloatVersion(CI, SLC, &SimplifyLibCalls::get_floorf))
1819       return true;
1820 #endif
1821     return false; // opt failed
1822   }
1823 } FloorOptimizer;
1824
1825 struct CeilOptimization : public UnaryDoubleFPOptimizer {
1826   CeilOptimization()
1827   : UnaryDoubleFPOptimizer("ceil", "Number of 'ceil' calls simplified") {}
1828   
1829   virtual bool OptimizeCall(CallInst *CI, SimplifyLibCalls &SLC) {
1830 #ifdef HAVE_CEILF
1831     // If this is a float argument passed in, convert to ceilf.
1832     if (ShrinkFunctionToFloatVersion(CI, SLC, &SimplifyLibCalls::get_ceilf))
1833       return true;
1834 #endif
1835     return false; // opt failed
1836   }
1837 } CeilOptimizer;
1838
1839 struct RoundOptimization : public UnaryDoubleFPOptimizer {
1840   RoundOptimization()
1841   : UnaryDoubleFPOptimizer("round", "Number of 'round' calls simplified") {}
1842   
1843   virtual bool OptimizeCall(CallInst *CI, SimplifyLibCalls &SLC) {
1844 #ifdef HAVE_ROUNDF
1845     // If this is a float argument passed in, convert to roundf.
1846     if (ShrinkFunctionToFloatVersion(CI, SLC, &SimplifyLibCalls::get_roundf))
1847       return true;
1848 #endif
1849     return false; // opt failed
1850   }
1851 } RoundOptimizer;
1852
1853 struct RintOptimization : public UnaryDoubleFPOptimizer {
1854   RintOptimization()
1855   : UnaryDoubleFPOptimizer("rint", "Number of 'rint' calls simplified") {}
1856   
1857   virtual bool OptimizeCall(CallInst *CI, SimplifyLibCalls &SLC) {
1858 #ifdef HAVE_RINTF
1859     // If this is a float argument passed in, convert to rintf.
1860     if (ShrinkFunctionToFloatVersion(CI, SLC, &SimplifyLibCalls::get_rintf))
1861       return true;
1862 #endif
1863     return false; // opt failed
1864   }
1865 } RintOptimizer;
1866
1867 struct NearByIntOptimization : public UnaryDoubleFPOptimizer {
1868   NearByIntOptimization()
1869   : UnaryDoubleFPOptimizer("nearbyint",
1870                            "Number of 'nearbyint' calls simplified") {}
1871   
1872   virtual bool OptimizeCall(CallInst *CI, SimplifyLibCalls &SLC) {
1873 #ifdef HAVE_NEARBYINTF
1874     // If this is a float argument passed in, convert to nearbyintf.
1875     if (ShrinkFunctionToFloatVersion(CI, SLC,&SimplifyLibCalls::get_nearbyintf))
1876       return true;
1877 #endif
1878     return false; // opt failed
1879   }
1880 } NearByIntOptimizer;
1881
1882 /// A function to compute the length of a null-terminated constant array of
1883 /// integers.  This function can't rely on the size of the constant array
1884 /// because there could be a null terminator in the middle of the array.
1885 /// We also have to bail out if we find a non-integer constant initializer
1886 /// of one of the elements or if there is no null-terminator. The logic
1887 /// below checks each of these conditions and will return true only if all
1888 /// conditions are met. In that case, the \p len parameter is set to the length
1889 /// of the null-terminated string. If false is returned, the conditions were
1890 /// not met and len is set to 0.
1891 /// @brief Get the length of a constant string (null-terminated array).
1892 bool getConstantStringLength(Value *V, uint64_t &len, ConstantArray **CA) {
1893   assert(V != 0 && "Invalid args to getConstantStringLength");
1894   len = 0; // make sure we initialize this
1895   User* GEP = 0;
1896   // If the value is not a GEP instruction nor a constant expression with a
1897   // GEP instruction, then return false because ConstantArray can't occur
1898   // any other way
1899   if (GetElementPtrInst* GEPI = dyn_cast<GetElementPtrInst>(V))
1900     GEP = GEPI;
1901   else if (ConstantExpr* CE = dyn_cast<ConstantExpr>(V))
1902     if (CE->getOpcode() == Instruction::GetElementPtr)
1903       GEP = CE;
1904     else
1905       return false;
1906   else
1907     return false;
1908
1909   // Make sure the GEP has exactly three arguments.
1910   if (GEP->getNumOperands() != 3)
1911     return false;
1912
1913   // Check to make sure that the first operand of the GEP is an integer and
1914   // has value 0 so that we are sure we're indexing into the initializer.
1915   if (ConstantInt* op1 = dyn_cast<ConstantInt>(GEP->getOperand(1))) {
1916     if (!op1->isNullValue())
1917       return false;
1918   } else
1919     return false;
1920
1921   // Ensure that the second operand is a ConstantInt. If it isn't then this
1922   // GEP is wonky and we're not really sure what were referencing into and
1923   // better of not optimizing it. While we're at it, get the second index
1924   // value. We'll need this later for indexing the ConstantArray.
1925   uint64_t start_idx = 0;
1926   if (ConstantInt* CI = dyn_cast<ConstantInt>(GEP->getOperand(2)))
1927     start_idx = CI->getRawValue();
1928   else
1929     return false;
1930
1931   // The GEP instruction, constant or instruction, must reference a global
1932   // variable that is a constant and is initialized. The referenced constant
1933   // initializer is the array that we'll use for optimization.
1934   GlobalVariable* GV = dyn_cast<GlobalVariable>(GEP->getOperand(0));
1935   if (!GV || !GV->isConstant() || !GV->hasInitializer())
1936     return false;
1937
1938   // Get the initializer.
1939   Constant* INTLZR = GV->getInitializer();
1940
1941   // Handle the ConstantAggregateZero case
1942   if (ConstantAggregateZero *CAZ = dyn_cast<ConstantAggregateZero>(INTLZR)) {
1943     // This is a degenerate case. The initializer is constant zero so the
1944     // length of the string must be zero.
1945     len = 0;
1946     return true;
1947   }
1948
1949   // Must be a Constant Array
1950   ConstantArray* A = dyn_cast<ConstantArray>(INTLZR);
1951   if (!A)
1952     return false;
1953
1954   // Get the number of elements in the array
1955   uint64_t max_elems = A->getType()->getNumElements();
1956
1957   // Traverse the constant array from start_idx (derived above) which is
1958   // the place the GEP refers to in the array.
1959   for (len = start_idx; len < max_elems; len++) {
1960     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(A->getOperand(len))) {
1961       // Check for the null terminator
1962       if (CI->isNullValue())
1963         break; // we found end of string
1964     } else
1965       return false; // This array isn't suitable, non-int initializer
1966   }
1967   
1968   if (len >= max_elems)
1969     return false; // This array isn't null terminated
1970
1971   // Subtract out the initial value from the length
1972   len -= start_idx;
1973   if (CA)
1974     *CA = A;
1975   return true; // success!
1976 }
1977
1978 /// CastToCStr - Return V if it is an sbyte*, otherwise cast it to sbyte*,
1979 /// inserting the cast before IP, and return the cast.
1980 /// @brief Cast a value to a "C" string.
1981 Value *CastToCStr(Value *V, Instruction &IP) {
1982   const Type *SBPTy = PointerType::get(Type::SByteTy);
1983   if (V->getType() != SBPTy)
1984     return new CastInst(V, SBPTy, V->getName(), &IP);
1985   return V;
1986 }
1987
1988 // TODO:
1989 //   Additional cases that we need to add to this file:
1990 //
1991 // cbrt:
1992 //   * cbrt(expN(X))  -> expN(x/3)
1993 //   * cbrt(sqrt(x))  -> pow(x,1/6)
1994 //   * cbrt(sqrt(x))  -> pow(x,1/9)
1995 //
1996 // cos, cosf, cosl:
1997 //   * cos(-x)  -> cos(x)
1998 //
1999 // exp, expf, expl:
2000 //   * exp(log(x))  -> x
2001 //
2002 // log, logf, logl:
2003 //   * log(exp(x))   -> x
2004 //   * log(x**y)     -> y*log(x)
2005 //   * log(exp(y))   -> y*log(e)
2006 //   * log(exp2(y))  -> y*log(2)
2007 //   * log(exp10(y)) -> y*log(10)
2008 //   * log(sqrt(x))  -> 0.5*log(x)
2009 //   * log(pow(x,y)) -> y*log(x)
2010 //
2011 // lround, lroundf, lroundl:
2012 //   * lround(cnst) -> cnst'
2013 //
2014 // memcmp:
2015 //   * memcmp(x,y,l)   -> cnst
2016 //      (if all arguments are constant and strlen(x) <= l and strlen(y) <= l)
2017 //
2018 // memmove:
2019 //   * memmove(d,s,l,a) -> memcpy(d,s,l,a)
2020 //       (if s is a global constant array)
2021 //
2022 // pow, powf, powl:
2023 //   * pow(exp(x),y)  -> exp(x*y)
2024 //   * pow(sqrt(x),y) -> pow(x,y*0.5)
2025 //   * pow(pow(x,y),z)-> pow(x,y*z)
2026 //
2027 // puts:
2028 //   * puts("") -> fputc("\n",stdout) (how do we get "stdout"?)
2029 //
2030 // round, roundf, roundl:
2031 //   * round(cnst) -> cnst'
2032 //
2033 // signbit:
2034 //   * signbit(cnst) -> cnst'
2035 //   * signbit(nncst) -> 0 (if pstv is a non-negative constant)
2036 //
2037 // sqrt, sqrtf, sqrtl:
2038 //   * sqrt(expN(x))  -> expN(x*0.5)
2039 //   * sqrt(Nroot(x)) -> pow(x,1/(2*N))
2040 //   * sqrt(pow(x,y)) -> pow(|x|,y*0.5)
2041 //
2042 // stpcpy:
2043 //   * stpcpy(str, "literal") ->
2044 //           llvm.memcpy(str,"literal",strlen("literal")+1,1)
2045 // strrchr:
2046 //   * strrchr(s,c) -> reverse_offset_of_in(c,s)
2047 //      (if c is a constant integer and s is a constant string)
2048 //   * strrchr(s1,0) -> strchr(s1,0)
2049 //
2050 // strncat:
2051 //   * strncat(x,y,0) -> x
2052 //   * strncat(x,y,0) -> x (if strlen(y) = 0)
2053 //   * strncat(x,y,l) -> strcat(x,y) (if y and l are constants an l > strlen(y))
2054 //
2055 // strncpy:
2056 //   * strncpy(d,s,0) -> d
2057 //   * strncpy(d,s,l) -> memcpy(d,s,l,1)
2058 //      (if s and l are constants)
2059 //
2060 // strpbrk:
2061 //   * strpbrk(s,a) -> offset_in_for(s,a)
2062 //      (if s and a are both constant strings)
2063 //   * strpbrk(s,"") -> 0
2064 //   * strpbrk(s,a) -> strchr(s,a[0]) (if a is constant string of length 1)
2065 //
2066 // strspn, strcspn:
2067 //   * strspn(s,a)   -> const_int (if both args are constant)
2068 //   * strspn("",a)  -> 0
2069 //   * strspn(s,"")  -> 0
2070 //   * strcspn(s,a)  -> const_int (if both args are constant)
2071 //   * strcspn("",a) -> 0
2072 //   * strcspn(s,"") -> strlen(a)
2073 //
2074 // strstr:
2075 //   * strstr(x,x)  -> x
2076 //   * strstr(s1,s2) -> offset_of_s2_in(s1)
2077 //       (if s1 and s2 are constant strings)
2078 //
2079 // tan, tanf, tanl:
2080 //   * tan(atan(x)) -> x
2081 //
2082 // trunc, truncf, truncl:
2083 //   * trunc(cnst) -> cnst'
2084 //
2085 //
2086 }