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