fix a bunch of alpha regressions. see bug 709
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / IPO / SimplifyLibCalls.cpp
1 //===- SimplifyLibCalls.cpp - Optimize specific well-known library calls --===//
2 //
3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
4 //
5 // This file was developed by Reid Spencer and is distributed under the
6 // University of Illinois Open Source License. See LICENSE.TXT for details.
7 //
8 //===----------------------------------------------------------------------===//
9 //
10 // This file implements a module pass that applies a variety of small
11 // optimizations for calls to specific well-known function calls (e.g. runtime
12 // library functions). For example, a call to the function "exit(3)" that
13 // occurs within the main() function can be transformed into a simple "return 3"
14 // instruction. Any optimization that takes this form (replace call to library
15 // function with simpler code that provides the same result) belongs in this
16 // file.
17 //
18 //===----------------------------------------------------------------------===//
19
20 #define DEBUG_TYPE "simplify-libcalls"
21 #include "llvm/Constants.h"
22 #include "llvm/DerivedTypes.h"
23 #include "llvm/Instructions.h"
24 #include "llvm/Module.h"
25 #include "llvm/Pass.h"
26 #include "llvm/ADT/hash_map"
27 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
28 #include "llvm/Config/config.h"
29 #include "llvm/Support/Debug.h"
30 #include "llvm/Target/TargetData.h"
31 #include "llvm/Transforms/IPO.h"
32 using namespace llvm;
33
34 namespace {
35
36 /// This statistic keeps track of the total number of library calls that have
37 /// been simplified regardless of which call it is.
38 Statistic<> SimplifiedLibCalls("simplify-libcalls",
39   "Number of library calls simplified");
40
41 // Forward declarations
42 class LibCallOptimization;
43 class SimplifyLibCalls;
44
45 /// This list is populated by the constructor for LibCallOptimization class.
46 /// Therefore all subclasses are registered here at static initialization time
47 /// and this list is what the SimplifyLibCalls pass uses to apply the individual
48 /// optimizations to the call sites.
49 /// @brief The list of optimizations deriving from LibCallOptimization
50 static LibCallOptimization *OptList = 0;
51
52 /// This class is the abstract base class for the set of optimizations that
53 /// corresponds to one library call. The SimplifyLibCalls pass will call the
54 /// ValidateCalledFunction method to ask the optimization if a given Function
55 /// is the kind that the optimization can handle. If the subclass returns true,
56 /// then SImplifyLibCalls will also call the OptimizeCall method to perform,
57 /// or attempt to perform, the optimization(s) for the library call. Otherwise,
58 /// OptimizeCall won't be called. Subclasses are responsible for providing the
59 /// name of the library call (strlen, strcpy, etc.) to the LibCallOptimization
60 /// constructor. This is used to efficiently select which call instructions to
61 /// optimize. The criteria for a "lib call" is "anything with well known
62 /// semantics", typically a library function that is defined by an international
63 /// standard. Because the semantics are well known, the optimizations can
64 /// generally short-circuit actually calling the function if there's a simpler
65 /// way (e.g. strlen(X) can be reduced to a constant if X is a constant global).
66 /// @brief Base class for library call optimizations
67 class LibCallOptimization {
68   LibCallOptimization **Prev, *Next;
69   const char *FunctionName; ///< Name of the library call we optimize
70 #ifndef NDEBUG
71   Statistic<> occurrences; ///< debug statistic (-debug-only=simplify-libcalls)
72 #endif
73 public:
74   /// The \p fname argument must be the name of the library function being
75   /// optimized by the subclass.
76   /// @brief Constructor that registers the optimization.
77   LibCallOptimization(const char *FName, const char *Description)
78     : FunctionName(FName)
79 #ifndef NDEBUG
80     , occurrences("simplify-libcalls", Description)
81 #endif
82   {
83     // Register this optimizer in the list of optimizations.
84     Next = OptList;
85     OptList = this;
86     Prev = &OptList;
87     if (Next) Next->Prev = &Next;
88   }
89   
90   /// getNext - All libcall optimizations are chained together into a list,
91   /// return the next one in the list.
92   LibCallOptimization *getNext() { return Next; }
93
94   /// @brief Deregister from the optlist
95   virtual ~LibCallOptimization() {
96     *Prev = Next;
97     if (Next) Next->Prev = Prev;
98   }
99
100   /// The implementation of this function in subclasses should determine if
101   /// \p F is suitable for the optimization. This method is called by
102   /// SimplifyLibCalls::runOnModule to short circuit visiting all the call
103   /// sites of such a function if that function is not suitable in the first
104   /// place.  If the called function is suitabe, this method should return true;
105   /// false, otherwise. This function should also perform any lazy
106   /// initialization that the LibCallOptimization needs to do, if its to return
107   /// true. This avoids doing initialization until the optimizer is actually
108   /// going to be called upon to do some optimization.
109   /// @brief Determine if the function is suitable for optimization
110   virtual bool ValidateCalledFunction(
111     const Function* F,    ///< The function that is the target of call sites
112     SimplifyLibCalls& SLC ///< The pass object invoking us
113   ) = 0;
114
115   /// The implementations of this function in subclasses is the heart of the
116   /// SimplifyLibCalls algorithm. Sublcasses of this class implement
117   /// OptimizeCall to determine if (a) the conditions are right for optimizing
118   /// the call and (b) to perform the optimization. If an action is taken
119   /// against ci, the subclass is responsible for returning true and ensuring
120   /// that ci is erased from its parent.
121   /// @brief Optimize a call, if possible.
122   virtual bool OptimizeCall(
123     CallInst* ci,          ///< The call instruction that should be optimized.
124     SimplifyLibCalls& SLC  ///< The pass object invoking us
125   ) = 0;
126
127   /// @brief Get the name of the library call being optimized
128   const char *getFunctionName() const { return FunctionName; }
129
130   /// @brief Called by SimplifyLibCalls to update the occurrences statistic.
131   void succeeded() {
132 #ifndef NDEBUG
133     DEBUG(++occurrences);
134 #endif
135   }
136 };
137
138 /// This class is an LLVM Pass that applies each of the LibCallOptimization
139 /// instances to all the call sites in a module, relatively efficiently. The
140 /// purpose of this pass is to provide optimizations for calls to well-known
141 /// functions with well-known semantics, such as those in the c library. The
142 /// class provides the basic infrastructure for handling runOnModule.  Whenever
143 /// this pass finds a function call, it asks the appropriate optimizer to
144 /// validate the call (ValidateLibraryCall). If it is validated, then
145 /// the OptimizeCall method is also called.
146 /// @brief A ModulePass for optimizing well-known function calls.
147 class SimplifyLibCalls : public ModulePass {
148 public:
149   /// We need some target data for accurate signature details that are
150   /// target dependent. So we require target data in our AnalysisUsage.
151   /// @brief Require TargetData from AnalysisUsage.
152   virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage& Info) const {
153     // Ask that the TargetData analysis be performed before us so we can use
154     // the target data.
155     Info.addRequired<TargetData>();
156   }
157
158   /// For this pass, process all of the function calls in the module, calling
159   /// ValidateLibraryCall and OptimizeCall as appropriate.
160   /// @brief Run all the lib call optimizations on a Module.
161   virtual bool runOnModule(Module &M) {
162     reset(M);
163
164     bool result = false;
165     hash_map<std::string, LibCallOptimization*> OptznMap;
166     for (LibCallOptimization *Optzn = OptList; Optzn; Optzn = Optzn->getNext())
167       OptznMap[Optzn->getFunctionName()] = Optzn;
168
169     // The call optimizations can be recursive. That is, the optimization might
170     // generate a call to another function which can also be optimized. This way
171     // we make the LibCallOptimization instances very specific to the case they
172     // handle. It also means we need to keep running over the function calls in
173     // the module until we don't get any more optimizations possible.
174     bool found_optimization = false;
175     do {
176       found_optimization = false;
177       for (Module::iterator FI = M.begin(), FE = M.end(); FI != FE; ++FI) {
178         // All the "well-known" functions are external and have external linkage
179         // because they live in a runtime library somewhere and were (probably)
180         // not compiled by LLVM.  So, we only act on external functions that
181         // have external linkage and non-empty uses.
182         if (!FI->isExternal() || !FI->hasExternalLinkage() || FI->use_empty())
183           continue;
184
185         // Get the optimization class that pertains to this function
186         hash_map<std::string, LibCallOptimization*>::iterator OMI =
187           OptznMap.find(FI->getName());
188         if (OMI == OptznMap.end()) continue;
189         
190         LibCallOptimization *CO = OMI->second;
191
192         // Make sure the called function is suitable for the optimization
193         if (!CO->ValidateCalledFunction(FI, *this))
194           continue;
195
196         // Loop over each of the uses of the function
197         for (Value::use_iterator UI = FI->use_begin(), UE = FI->use_end();
198              UI != UE ; ) {
199           // If the use of the function is a call instruction
200           if (CallInst* CI = dyn_cast<CallInst>(*UI++)) {
201             // Do the optimization on the LibCallOptimization.
202             if (CO->OptimizeCall(CI, *this)) {
203               ++SimplifiedLibCalls;
204               found_optimization = result = true;
205               CO->succeeded();
206             }
207           }
208         }
209       }
210     } while (found_optimization);
211     
212     return result;
213   }
214
215   /// @brief Return the *current* module we're working on.
216   Module* getModule() const { return M; }
217
218   /// @brief Return the *current* target data for the module we're working on.
219   TargetData* getTargetData() const { return TD; }
220
221   /// @brief Return the size_t type -- syntactic shortcut
222   const Type* getIntPtrType() const { return TD->getIntPtrType(); }
223
224   /// @brief Return a Function* for the fputc libcall
225   Function* get_fputc(const Type* FILEptr_type) {
226     if (!fputc_func)
227       fputc_func = M->getOrInsertFunction("fputc", Type::IntTy, Type::IntTy,
228                                           FILEptr_type, NULL);
229     return fputc_func;
230   }
231
232   /// @brief Return a Function* for the fwrite libcall
233   Function* get_fwrite(const Type* FILEptr_type) {
234     if (!fwrite_func)
235       fwrite_func = M->getOrInsertFunction("fwrite", TD->getIntPtrType(),
236                                            PointerType::get(Type::SByteTy),
237                                            TD->getIntPtrType(),
238                                            TD->getIntPtrType(),
239                                            FILEptr_type, NULL);
240     return fwrite_func;
241   }
242
243   /// @brief Return a Function* for the sqrt libcall
244   Function* get_sqrt() {
245     if (!sqrt_func)
246       sqrt_func = M->getOrInsertFunction("sqrt", Type::DoubleTy, 
247                                          Type::DoubleTy, NULL);
248     return sqrt_func;
249   }
250
251   /// @brief Return a Function* for the strlen libcall
252   Function* get_strcpy() {
253     if (!strcpy_func)
254       strcpy_func = M->getOrInsertFunction("strcpy",
255                                            PointerType::get(Type::SByteTy),
256                                            PointerType::get(Type::SByteTy),
257                                            PointerType::get(Type::SByteTy),
258                                            NULL);
259     return strcpy_func;
260   }
261
262   /// @brief Return a Function* for the strlen libcall
263   Function* get_strlen() {
264     if (!strlen_func)
265       strlen_func = M->getOrInsertFunction("strlen", TD->getIntPtrType(),
266                                            PointerType::get(Type::SByteTy),
267                                            NULL);
268     return strlen_func;
269   }
270
271   /// @brief Return a Function* for the memchr libcall
272   Function* get_memchr() {
273     if (!memchr_func)
274       memchr_func = M->getOrInsertFunction("memchr",
275                                            PointerType::get(Type::SByteTy),
276                                            PointerType::get(Type::SByteTy),
277                                            Type::IntTy, TD->getIntPtrType(),
278                                            NULL);
279     return memchr_func;
280   }
281
282   /// @brief Return a Function* for the memcpy libcall
283   Function* get_memcpy() {
284     if (!memcpy_func) {
285       const Type *SBP = PointerType::get(Type::SByteTy);
286       memcpy_func = M->getOrInsertFunction("llvm.memcpy", Type::VoidTy,SBP, SBP,
287                                            TD->getIntPtrType(), Type::UIntTy, NULL);
288     }
289     return memcpy_func;
290   }
291
292   Function *getUnaryFloatFunction(const char *Name, Function *&Cache) {
293     if (!Cache)
294       Cache = M->getOrInsertFunction(Name, Type::FloatTy, Type::FloatTy, NULL);
295     return Cache;
296   }
297   
298   Function *get_floorf() { return getUnaryFloatFunction("floorf", floorf_func);}
299   Function *get_ceilf()  { return getUnaryFloatFunction( "ceilf",  ceilf_func);}
300   Function *get_roundf() { return getUnaryFloatFunction("roundf", roundf_func);}
301   Function *get_rintf()  { return getUnaryFloatFunction( "rintf",  rintf_func);}
302   Function *get_nearbyintf() { return getUnaryFloatFunction("nearbyintf",
303                                                             nearbyintf_func); }
304 private:
305   /// @brief Reset our cached data for a new Module
306   void reset(Module& mod) {
307     M = &mod;
308     TD = &getAnalysis<TargetData>();
309     fputc_func = 0;
310     fwrite_func = 0;
311     memcpy_func = 0;
312     memchr_func = 0;
313     sqrt_func   = 0;
314     strcpy_func = 0;
315     strlen_func = 0;
316     floorf_func = 0;
317     ceilf_func = 0;
318     roundf_func = 0;
319     rintf_func = 0;
320     nearbyintf_func = 0;
321   }
322
323 private:
324   /// Caches for function pointers.
325   Function *fputc_func, *fwrite_func;
326   Function *memcpy_func, *memchr_func;
327   Function* sqrt_func;
328   Function *strcpy_func, *strlen_func;
329   Function *floorf_func, *ceilf_func, *roundf_func;
330   Function *rintf_func, *nearbyintf_func;
331   Module *M;             ///< Cached Module
332   TargetData *TD;        ///< Cached TargetData
333 };
334
335 // Register the pass
336 RegisterOpt<SimplifyLibCalls>
337 X("simplify-libcalls","Simplify well-known library calls");
338
339 } // anonymous namespace
340
341 // The only public symbol in this file which just instantiates the pass object
342 ModulePass *llvm::createSimplifyLibCallsPass() {
343   return new SimplifyLibCalls();
344 }
345
346 // Classes below here, in the anonymous namespace, are all subclasses of the
347 // LibCallOptimization class, each implementing all optimizations possible for a
348 // single well-known library call. Each has a static singleton instance that
349 // auto registers it into the "optlist" global above.
350 namespace {
351
352 // Forward declare utility functions.
353 bool getConstantStringLength(Value* V, uint64_t& len, ConstantArray** A = 0 );
354 Value *CastToCStr(Value *V, Instruction &IP);
355
356 /// This LibCallOptimization will find instances of a call to "exit" that occurs
357 /// within the "main" function and change it to a simple "ret" instruction with
358 /// the same value passed to the exit function. When this is done, it splits the
359 /// basic block at the exit(3) call and deletes the call instruction.
360 /// @brief Replace calls to exit in main with a simple return
361 struct ExitInMainOptimization : public LibCallOptimization {
362   ExitInMainOptimization() : LibCallOptimization("exit",
363       "Number of 'exit' calls simplified") {}
364
365   // Make sure the called function looks like exit (int argument, int return
366   // type, external linkage, not varargs).
367   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function *F, SimplifyLibCalls &SLC){
368     return F->arg_size() >= 1 && F->arg_begin()->getType()->isInteger();
369   }
370
371   virtual bool OptimizeCall(CallInst* ci, SimplifyLibCalls& SLC) {
372     // To be careful, we check that the call to exit is coming from "main", that
373     // main has external linkage, and the return type of main and the argument
374     // to exit have the same type.
375     Function *from = ci->getParent()->getParent();
376     if (from->hasExternalLinkage())
377       if (from->getReturnType() == ci->getOperand(1)->getType())
378         if (from->getName() == "main") {
379           // Okay, time to actually do the optimization. First, get the basic
380           // block of the call instruction
381           BasicBlock* bb = ci->getParent();
382
383           // Create a return instruction that we'll replace the call with.
384           // Note that the argument of the return is the argument of the call
385           // instruction.
386           ReturnInst* ri = new ReturnInst(ci->getOperand(1), ci);
387
388           // Split the block at the call instruction which places it in a new
389           // basic block.
390           bb->splitBasicBlock(ci);
391
392           // The block split caused a branch instruction to be inserted into
393           // the end of the original block, right after the return instruction
394           // that we put there. That's not a valid block, so delete the branch
395           // instruction.
396           bb->getInstList().pop_back();
397
398           // Now we can finally get rid of the call instruction which now lives
399           // in the new basic block.
400           ci->eraseFromParent();
401
402           // Optimization succeeded, return true.
403           return true;
404         }
405     // We didn't pass the criteria for this optimization so return false
406     return false;
407   }
408 } ExitInMainOptimizer;
409
410 /// This LibCallOptimization will simplify a call to the strcat library
411 /// function. The simplification is possible only if the string being
412 /// concatenated is a constant array or a constant expression that results in
413 /// a constant string. In this case we can replace it with strlen + llvm.memcpy
414 /// of the constant string. Both of these calls are further reduced, if possible
415 /// on subsequent passes.
416 /// @brief Simplify the strcat library function.
417 struct StrCatOptimization : public LibCallOptimization {
418 public:
419   /// @brief Default constructor
420   StrCatOptimization() : LibCallOptimization("strcat",
421       "Number of 'strcat' calls simplified") {}
422
423 public:
424
425   /// @brief Make sure that the "strcat" function has the right prototype
426   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function* f, SimplifyLibCalls& SLC){
427     if (f->getReturnType() == PointerType::get(Type::SByteTy))
428       if (f->arg_size() == 2)
429       {
430         Function::const_arg_iterator AI = f->arg_begin();
431         if (AI++->getType() == PointerType::get(Type::SByteTy))
432           if (AI->getType() == PointerType::get(Type::SByteTy))
433           {
434             // Indicate this is a suitable call type.
435             return true;
436           }
437       }
438     return false;
439   }
440
441   /// @brief Optimize the strcat library function
442   virtual bool OptimizeCall(CallInst* ci, SimplifyLibCalls& SLC) {
443     // Extract some information from the instruction
444     Module* M = ci->getParent()->getParent()->getParent();
445     Value* dest = ci->getOperand(1);
446     Value* src  = ci->getOperand(2);
447
448     // Extract the initializer (while making numerous checks) from the
449     // source operand of the call to strcat. If we get null back, one of
450     // a variety of checks in get_GVInitializer failed
451     uint64_t len = 0;
452     if (!getConstantStringLength(src,len))
453       return false;
454
455     // Handle the simple, do-nothing case
456     if (len == 0) {
457       ci->replaceAllUsesWith(dest);
458       ci->eraseFromParent();
459       return true;
460     }
461
462     // Increment the length because we actually want to memcpy the null
463     // terminator as well.
464     len++;
465
466     // We need to find the end of the destination string.  That's where the
467     // memory is to be moved to. We just generate a call to strlen (further
468     // optimized in another pass).  Note that the SLC.get_strlen() call
469     // caches the Function* for us.
470     CallInst* strlen_inst =
471       new CallInst(SLC.get_strlen(), dest, dest->getName()+".len",ci);
472
473     // Now that we have the destination's length, we must index into the
474     // destination's pointer to get the actual memcpy destination (end of
475     // the string .. we're concatenating).
476     std::vector<Value*> idx;
477     idx.push_back(strlen_inst);
478     GetElementPtrInst* gep =
479       new GetElementPtrInst(dest,idx,dest->getName()+".indexed",ci);
480
481     // We have enough information to now generate the memcpy call to
482     // do the concatenation for us.
483     std::vector<Value*> vals;
484     vals.push_back(gep); // destination
485     vals.push_back(ci->getOperand(2)); // source
486     vals.push_back(ConstantUInt::get(SLC.getIntPtrType(),len)); // length
487     vals.push_back(ConstantUInt::get(Type::UIntTy,1)); // alignment
488     new CallInst(SLC.get_memcpy(), vals, "", ci);
489
490     // Finally, substitute the first operand of the strcat call for the
491     // strcat call itself since strcat returns its first operand; and,
492     // kill the strcat CallInst.
493     ci->replaceAllUsesWith(dest);
494     ci->eraseFromParent();
495     return true;
496   }
497 } StrCatOptimizer;
498
499 /// This LibCallOptimization will simplify a call to the strchr library
500 /// function.  It optimizes out cases where the arguments are both constant
501 /// and the result can be determined statically.
502 /// @brief Simplify the strcmp library function.
503 struct StrChrOptimization : public LibCallOptimization {
504 public:
505   StrChrOptimization() : LibCallOptimization("strchr",
506       "Number of 'strchr' calls simplified") {}
507
508   /// @brief Make sure that the "strchr" function has the right prototype
509   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function* f, SimplifyLibCalls& SLC){
510     if (f->getReturnType() == PointerType::get(Type::SByteTy) &&
511         f->arg_size() == 2)
512       return true;
513     return false;
514   }
515
516   /// @brief Perform the strchr optimizations
517   virtual bool OptimizeCall(CallInst *ci, SimplifyLibCalls &SLC) {
518     // If there aren't three operands, bail
519     if (ci->getNumOperands() != 3)
520       return false;
521
522     // Check that the first argument to strchr is a constant array of sbyte.
523     // If it is, get the length and data, otherwise return false.
524     uint64_t len = 0;
525     ConstantArray* CA;
526     if (!getConstantStringLength(ci->getOperand(1),len,&CA))
527       return false;
528
529     // Check that the second argument to strchr is a constant int, return false
530     // if it isn't
531     ConstantSInt* CSI = dyn_cast<ConstantSInt>(ci->getOperand(2));
532     if (!CSI) {
533       // Just lower this to memchr since we know the length of the string as
534       // it is constant.
535       Function* f = SLC.get_memchr();
536       std::vector<Value*> args;
537       args.push_back(ci->getOperand(1));
538       args.push_back(ci->getOperand(2));
539       args.push_back(ConstantUInt::get(SLC.getIntPtrType(),len));
540       ci->replaceAllUsesWith( new CallInst(f,args,ci->getName(),ci));
541       ci->eraseFromParent();
542       return true;
543     }
544
545     // Get the character we're looking for
546     int64_t chr = CSI->getValue();
547
548     // Compute the offset
549     uint64_t offset = 0;
550     bool char_found = false;
551     for (uint64_t i = 0; i < len; ++i) {
552       if (ConstantSInt* CI = dyn_cast<ConstantSInt>(CA->getOperand(i))) {
553         // Check for the null terminator
554         if (CI->isNullValue())
555           break; // we found end of string
556         else if (CI->getValue() == chr) {
557           char_found = true;
558           offset = i;
559           break;
560         }
561       }
562     }
563
564     // strchr(s,c)  -> offset_of_in(c,s)
565     //    (if c is a constant integer and s is a constant string)
566     if (char_found) {
567       std::vector<Value*> indices;
568       indices.push_back(ConstantUInt::get(Type::ULongTy,offset));
569       GetElementPtrInst* GEP = new GetElementPtrInst(ci->getOperand(1),indices,
570           ci->getOperand(1)->getName()+".strchr",ci);
571       ci->replaceAllUsesWith(GEP);
572     } else {
573       ci->replaceAllUsesWith(
574           ConstantPointerNull::get(PointerType::get(Type::SByteTy)));
575     }
576     ci->eraseFromParent();
577     return true;
578   }
579 } StrChrOptimizer;
580
581 /// This LibCallOptimization will simplify a call to the strcmp library
582 /// function.  It optimizes out cases where one or both arguments are constant
583 /// and the result can be determined statically.
584 /// @brief Simplify the strcmp library function.
585 struct StrCmpOptimization : public LibCallOptimization {
586 public:
587   StrCmpOptimization() : LibCallOptimization("strcmp",
588       "Number of 'strcmp' calls simplified") {}
589
590   /// @brief Make sure that the "strcmp" function has the right prototype
591   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function *F, SimplifyLibCalls &SLC){
592     return F->getReturnType() == Type::IntTy && F->arg_size() == 2;
593   }
594
595   /// @brief Perform the strcmp optimization
596   virtual bool OptimizeCall(CallInst* ci, SimplifyLibCalls& SLC) {
597     // First, check to see if src and destination are the same. If they are,
598     // then the optimization is to replace the CallInst with a constant 0
599     // because the call is a no-op.
600     Value* s1 = ci->getOperand(1);
601     Value* s2 = ci->getOperand(2);
602     if (s1 == s2) {
603       // strcmp(x,x)  -> 0
604       ci->replaceAllUsesWith(ConstantInt::get(Type::IntTy,0));
605       ci->eraseFromParent();
606       return true;
607     }
608
609     bool isstr_1 = false;
610     uint64_t len_1 = 0;
611     ConstantArray* A1;
612     if (getConstantStringLength(s1,len_1,&A1)) {
613       isstr_1 = true;
614       if (len_1 == 0) {
615         // strcmp("",x) -> *x
616         LoadInst* load =
617           new LoadInst(CastToCStr(s2,*ci), ci->getName()+".load",ci);
618         CastInst* cast =
619           new CastInst(load,Type::IntTy,ci->getName()+".int",ci);
620         ci->replaceAllUsesWith(cast);
621         ci->eraseFromParent();
622         return true;
623       }
624     }
625
626     bool isstr_2 = false;
627     uint64_t len_2 = 0;
628     ConstantArray* A2;
629     if (getConstantStringLength(s2, len_2, &A2)) {
630       isstr_2 = true;
631       if (len_2 == 0) {
632         // strcmp(x,"") -> *x
633         LoadInst* load =
634           new LoadInst(CastToCStr(s1,*ci),ci->getName()+".val",ci);
635         CastInst* cast =
636           new CastInst(load,Type::IntTy,ci->getName()+".int",ci);
637         ci->replaceAllUsesWith(cast);
638         ci->eraseFromParent();
639         return true;
640       }
641     }
642
643     if (isstr_1 && isstr_2) {
644       // strcmp(x,y)  -> cnst  (if both x and y are constant strings)
645       std::string str1 = A1->getAsString();
646       std::string str2 = A2->getAsString();
647       int result = strcmp(str1.c_str(), str2.c_str());
648       ci->replaceAllUsesWith(ConstantSInt::get(Type::IntTy,result));
649       ci->eraseFromParent();
650       return true;
651     }
652     return false;
653   }
654 } StrCmpOptimizer;
655
656 /// This LibCallOptimization will simplify a call to the strncmp library
657 /// function.  It optimizes out cases where one or both arguments are constant
658 /// and the result can be determined statically.
659 /// @brief Simplify the strncmp library function.
660 struct StrNCmpOptimization : public LibCallOptimization {
661 public:
662   StrNCmpOptimization() : LibCallOptimization("strncmp",
663       "Number of 'strncmp' calls simplified") {}
664
665   /// @brief Make sure that the "strncmp" function has the right prototype
666   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function* f, SimplifyLibCalls& SLC){
667     if (f->getReturnType() == Type::IntTy && f->arg_size() == 3)
668       return true;
669     return false;
670   }
671
672   /// @brief Perform the strncpy optimization
673   virtual bool OptimizeCall(CallInst *ci, SimplifyLibCalls &SLC) {
674     // First, check to see if src and destination are the same. If they are,
675     // then the optimization is to replace the CallInst with a constant 0
676     // because the call is a no-op.
677     Value* s1 = ci->getOperand(1);
678     Value* s2 = ci->getOperand(2);
679     if (s1 == s2) {
680       // strncmp(x,x,l)  -> 0
681       ci->replaceAllUsesWith(ConstantInt::get(Type::IntTy,0));
682       ci->eraseFromParent();
683       return true;
684     }
685
686     // Check the length argument, if it is Constant zero then the strings are
687     // considered equal.
688     uint64_t len_arg = 0;
689     bool len_arg_is_const = false;
690     if (ConstantInt* len_CI = dyn_cast<ConstantInt>(ci->getOperand(3))) {
691       len_arg_is_const = true;
692       len_arg = len_CI->getRawValue();
693       if (len_arg == 0) {
694         // strncmp(x,y,0)   -> 0
695         ci->replaceAllUsesWith(ConstantInt::get(Type::IntTy,0));
696         ci->eraseFromParent();
697         return true;
698       }
699     }
700
701     bool isstr_1 = false;
702     uint64_t len_1 = 0;
703     ConstantArray* A1;
704     if (getConstantStringLength(s1, len_1, &A1)) {
705       isstr_1 = true;
706       if (len_1 == 0) {
707         // strncmp("",x) -> *x
708         LoadInst* load = new LoadInst(s1,ci->getName()+".load",ci);
709         CastInst* cast =
710           new CastInst(load,Type::IntTy,ci->getName()+".int",ci);
711         ci->replaceAllUsesWith(cast);
712         ci->eraseFromParent();
713         return true;
714       }
715     }
716
717     bool isstr_2 = false;
718     uint64_t len_2 = 0;
719     ConstantArray* A2;
720     if (getConstantStringLength(s2,len_2,&A2)) {
721       isstr_2 = true;
722       if (len_2 == 0) {
723         // strncmp(x,"") -> *x
724         LoadInst* load = new LoadInst(s2,ci->getName()+".val",ci);
725         CastInst* cast =
726           new CastInst(load,Type::IntTy,ci->getName()+".int",ci);
727         ci->replaceAllUsesWith(cast);
728         ci->eraseFromParent();
729         return true;
730       }
731     }
732
733     if (isstr_1 && isstr_2 && len_arg_is_const) {
734       // strncmp(x,y,const) -> constant
735       std::string str1 = A1->getAsString();
736       std::string str2 = A2->getAsString();
737       int result = strncmp(str1.c_str(), str2.c_str(), len_arg);
738       ci->replaceAllUsesWith(ConstantSInt::get(Type::IntTy,result));
739       ci->eraseFromParent();
740       return true;
741     }
742     return false;
743   }
744 } StrNCmpOptimizer;
745
746 /// This LibCallOptimization will simplify a call to the strcpy library
747 /// function.  Two optimizations are possible:
748 /// (1) If src and dest are the same and not volatile, just return dest
749 /// (2) If the src is a constant then we can convert to llvm.memmove
750 /// @brief Simplify the strcpy library function.
751 struct StrCpyOptimization : public LibCallOptimization {
752 public:
753   StrCpyOptimization() : LibCallOptimization("strcpy",
754       "Number of 'strcpy' calls simplified") {}
755
756   /// @brief Make sure that the "strcpy" function has the right prototype
757   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function* f, SimplifyLibCalls& SLC){
758     if (f->getReturnType() == PointerType::get(Type::SByteTy))
759       if (f->arg_size() == 2) {
760         Function::const_arg_iterator AI = f->arg_begin();
761         if (AI++->getType() == PointerType::get(Type::SByteTy))
762           if (AI->getType() == PointerType::get(Type::SByteTy)) {
763             // Indicate this is a suitable call type.
764             return true;
765           }
766       }
767     return false;
768   }
769
770   /// @brief Perform the strcpy optimization
771   virtual bool OptimizeCall(CallInst* ci, SimplifyLibCalls& SLC) {
772     // First, check to see if src and destination are the same. If they are,
773     // then the optimization is to replace the CallInst with the destination
774     // because the call is a no-op. Note that this corresponds to the
775     // degenerate strcpy(X,X) case which should have "undefined" results
776     // according to the C specification. However, it occurs sometimes and
777     // we optimize it as a no-op.
778     Value* dest = ci->getOperand(1);
779     Value* src = ci->getOperand(2);
780     if (dest == src) {
781       ci->replaceAllUsesWith(dest);
782       ci->eraseFromParent();
783       return true;
784     }
785
786     // Get the length of the constant string referenced by the second operand,
787     // the "src" parameter. Fail the optimization if we can't get the length
788     // (note that getConstantStringLength does lots of checks to make sure this
789     // is valid).
790     uint64_t len = 0;
791     if (!getConstantStringLength(ci->getOperand(2),len))
792       return false;
793
794     // If the constant string's length is zero we can optimize this by just
795     // doing a store of 0 at the first byte of the destination
796     if (len == 0) {
797       new StoreInst(ConstantInt::get(Type::SByteTy,0),ci->getOperand(1),ci);
798       ci->replaceAllUsesWith(dest);
799       ci->eraseFromParent();
800       return true;
801     }
802
803     // Increment the length because we actually want to memcpy the null
804     // terminator as well.
805     len++;
806
807     // Extract some information from the instruction
808     Module* M = ci->getParent()->getParent()->getParent();
809
810     // We have enough information to now generate the memcpy call to
811     // do the concatenation for us.
812     std::vector<Value*> vals;
813     vals.push_back(dest); // destination
814     vals.push_back(src); // source
815     vals.push_back(ConstantUInt::get(SLC.getIntPtrType(),len)); // length
816     vals.push_back(ConstantUInt::get(Type::UIntTy,1)); // alignment
817     new CallInst(SLC.get_memcpy(), vals, "", ci);
818
819     // Finally, substitute the first operand of the strcat call for the
820     // strcat call itself since strcat returns its first operand; and,
821     // kill the strcat CallInst.
822     ci->replaceAllUsesWith(dest);
823     ci->eraseFromParent();
824     return true;
825   }
826 } StrCpyOptimizer;
827
828 /// This LibCallOptimization will simplify a call to the strlen library
829 /// function by replacing it with a constant value if the string provided to
830 /// it is a constant array.
831 /// @brief Simplify the strlen library function.
832 struct StrLenOptimization : public LibCallOptimization {
833   StrLenOptimization() : LibCallOptimization("strlen",
834       "Number of 'strlen' calls simplified") {}
835
836   /// @brief Make sure that the "strlen" function has the right prototype
837   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function* f, SimplifyLibCalls& SLC)
838   {
839     if (f->getReturnType() == SLC.getTargetData()->getIntPtrType())
840       if (f->arg_size() == 1)
841         if (Function::const_arg_iterator AI = f->arg_begin())
842           if (AI->getType() == PointerType::get(Type::SByteTy))
843             return true;
844     return false;
845   }
846
847   /// @brief Perform the strlen optimization
848   virtual bool OptimizeCall(CallInst* ci, SimplifyLibCalls& SLC)
849   {
850     // Make sure we're dealing with an sbyte* here.
851     Value* str = ci->getOperand(1);
852     if (str->getType() != PointerType::get(Type::SByteTy))
853       return false;
854
855     // Does the call to strlen have exactly one use?
856     if (ci->hasOneUse())
857       // Is that single use a binary operator?
858       if (BinaryOperator* bop = dyn_cast<BinaryOperator>(ci->use_back()))
859         // Is it compared against a constant integer?
860         if (ConstantInt* CI = dyn_cast<ConstantInt>(bop->getOperand(1)))
861         {
862           // Get the value the strlen result is compared to
863           uint64_t val = CI->getRawValue();
864
865           // If its compared against length 0 with == or !=
866           if (val == 0 &&
867               (bop->getOpcode() == Instruction::SetEQ ||
868                bop->getOpcode() == Instruction::SetNE))
869           {
870             // strlen(x) != 0 -> *x != 0
871             // strlen(x) == 0 -> *x == 0
872             LoadInst* load = new LoadInst(str,str->getName()+".first",ci);
873             BinaryOperator* rbop = BinaryOperator::create(bop->getOpcode(),
874               load, ConstantSInt::get(Type::SByteTy,0),
875               bop->getName()+".strlen", ci);
876             bop->replaceAllUsesWith(rbop);
877             bop->eraseFromParent();
878             ci->eraseFromParent();
879             return true;
880           }
881         }
882
883     // Get the length of the constant string operand
884     uint64_t len = 0;
885     if (!getConstantStringLength(ci->getOperand(1),len))
886       return false;
887
888     // strlen("xyz") -> 3 (for example)
889     const Type *Ty = SLC.getTargetData()->getIntPtrType();
890     if (Ty->isSigned())
891       ci->replaceAllUsesWith(ConstantSInt::get(Ty, len));
892     else
893       ci->replaceAllUsesWith(ConstantUInt::get(Ty, len));
894      
895     ci->eraseFromParent();
896     return true;
897   }
898 } StrLenOptimizer;
899
900 /// IsOnlyUsedInEqualsComparison - Return true if it only matters that the value
901 /// is equal or not-equal to zero. 
902 static bool IsOnlyUsedInEqualsZeroComparison(Instruction *I) {
903   for (Value::use_iterator UI = I->use_begin(), E = I->use_end();
904        UI != E; ++UI) {
905     Instruction *User = cast<Instruction>(*UI);
906     if (User->getOpcode() == Instruction::SetNE ||
907         User->getOpcode() == Instruction::SetEQ) {
908       if (isa<Constant>(User->getOperand(1)) && 
909           cast<Constant>(User->getOperand(1))->isNullValue())
910         continue;
911     } else if (CastInst *CI = dyn_cast<CastInst>(User))
912       if (CI->getType() == Type::BoolTy)
913         continue;
914     // Unknown instruction.
915     return false;
916   }
917   return true;
918 }
919
920 /// This memcmpOptimization will simplify a call to the memcmp library
921 /// function.
922 struct memcmpOptimization : public LibCallOptimization {
923   /// @brief Default Constructor
924   memcmpOptimization()
925     : LibCallOptimization("memcmp", "Number of 'memcmp' calls simplified") {}
926   
927   /// @brief Make sure that the "memcmp" function has the right prototype
928   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function *F, SimplifyLibCalls &TD) {
929     Function::const_arg_iterator AI = F->arg_begin();
930     if (F->arg_size() != 3 || !isa<PointerType>(AI->getType())) return false;
931     if (!isa<PointerType>((++AI)->getType())) return false;
932     if (!(++AI)->getType()->isInteger()) return false;
933     if (!F->getReturnType()->isInteger()) return false;
934     return true;
935   }
936   
937   /// Because of alignment and instruction information that we don't have, we
938   /// leave the bulk of this to the code generators.
939   ///
940   /// Note that we could do much more if we could force alignment on otherwise
941   /// small aligned allocas, or if we could indicate that loads have a small
942   /// alignment.
943   virtual bool OptimizeCall(CallInst *CI, SimplifyLibCalls &TD) {
944     Value *LHS = CI->getOperand(1), *RHS = CI->getOperand(2);
945
946     // If the two operands are the same, return zero.
947     if (LHS == RHS) {
948       // memcmp(s,s,x) -> 0
949       CI->replaceAllUsesWith(Constant::getNullValue(CI->getType()));
950       CI->eraseFromParent();
951       return true;
952     }
953     
954     // Make sure we have a constant length.
955     ConstantInt *LenC = dyn_cast<ConstantInt>(CI->getOperand(3));
956     if (!LenC) return false;
957     uint64_t Len = LenC->getRawValue();
958       
959     // If the length is zero, this returns 0.
960     switch (Len) {
961     case 0:
962       // memcmp(s1,s2,0) -> 0
963       CI->replaceAllUsesWith(Constant::getNullValue(CI->getType()));
964       CI->eraseFromParent();
965       return true;
966     case 1: {
967       // memcmp(S1,S2,1) -> *(ubyte*)S1 - *(ubyte*)S2
968       const Type *UCharPtr = PointerType::get(Type::UByteTy);
969       CastInst *Op1Cast = new CastInst(LHS, UCharPtr, LHS->getName(), CI);
970       CastInst *Op2Cast = new CastInst(RHS, UCharPtr, RHS->getName(), CI);
971       Value *S1V = new LoadInst(Op1Cast, LHS->getName()+".val", CI);
972       Value *S2V = new LoadInst(Op2Cast, RHS->getName()+".val", CI);
973       Value *RV = BinaryOperator::createSub(S1V, S2V, CI->getName()+".diff",CI);
974       if (RV->getType() != CI->getType())
975         RV = new CastInst(RV, CI->getType(), RV->getName(), CI);
976       CI->replaceAllUsesWith(RV);
977       CI->eraseFromParent();
978       return true;
979     }
980     case 2:
981       if (IsOnlyUsedInEqualsZeroComparison(CI)) {
982         // TODO: IF both are aligned, use a short load/compare.
983       
984         // memcmp(S1,S2,2) -> S1[0]-S2[0] | S1[1]-S2[1] iff only ==/!= 0 matters
985         const Type *UCharPtr = PointerType::get(Type::UByteTy);
986         CastInst *Op1Cast = new CastInst(LHS, UCharPtr, LHS->getName(), CI);
987         CastInst *Op2Cast = new CastInst(RHS, UCharPtr, RHS->getName(), CI);
988         Value *S1V1 = new LoadInst(Op1Cast, LHS->getName()+".val1", CI);
989         Value *S2V1 = new LoadInst(Op2Cast, RHS->getName()+".val1", CI);
990         Value *D1 = BinaryOperator::createSub(S1V1, S2V1,
991                                               CI->getName()+".d1", CI);
992         Constant *One = ConstantInt::get(Type::IntTy, 1);
993         Value *G1 = new GetElementPtrInst(Op1Cast, One, "next1v", CI);
994         Value *G2 = new GetElementPtrInst(Op2Cast, One, "next2v", CI);
995         Value *S1V2 = new LoadInst(G1, LHS->getName()+".val2", CI);
996         Value *S2V2 = new LoadInst(G1, RHS->getName()+".val2", CI);
997         Value *D2 = BinaryOperator::createSub(S1V2, S2V2,
998                                               CI->getName()+".d1", CI);
999         Value *Or = BinaryOperator::createOr(D1, D2, CI->getName()+".res", CI);
1000         if (Or->getType() != CI->getType())
1001           Or = new CastInst(Or, CI->getType(), Or->getName(), CI);
1002         CI->replaceAllUsesWith(Or);
1003         CI->eraseFromParent();
1004         return true;
1005       }
1006       break;
1007     default:
1008       break;
1009     }
1010     
1011     return false;
1012   }
1013 } memcmpOptimizer;
1014
1015
1016 /// This LibCallOptimization will simplify a call to the memcpy library
1017 /// function by expanding it out to a single store of size 0, 1, 2, 4, or 8
1018 /// bytes depending on the length of the string and the alignment. Additional
1019 /// optimizations are possible in code generation (sequence of immediate store)
1020 /// @brief Simplify the memcpy library function.
1021 struct LLVMMemCpyOptimization : public LibCallOptimization {
1022   /// @brief Default Constructor
1023   LLVMMemCpyOptimization() : LibCallOptimization("llvm.memcpy",
1024       "Number of 'llvm.memcpy' calls simplified") {}
1025
1026 protected:
1027   /// @brief Subclass Constructor
1028   LLVMMemCpyOptimization(const char* fname, const char* desc)
1029     : LibCallOptimization(fname, desc) {}
1030 public:
1031
1032   /// @brief Make sure that the "memcpy" function has the right prototype
1033   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function* f, SimplifyLibCalls& TD) {
1034     // Just make sure this has 4 arguments per LLVM spec.
1035     return (f->arg_size() == 4);
1036   }
1037
1038   /// Because of alignment and instruction information that we don't have, we
1039   /// leave the bulk of this to the code generators. The optimization here just
1040   /// deals with a few degenerate cases where the length of the string and the
1041   /// alignment match the sizes of our intrinsic types so we can do a load and
1042   /// store instead of the memcpy call.
1043   /// @brief Perform the memcpy optimization.
1044   virtual bool OptimizeCall(CallInst* ci, SimplifyLibCalls& TD) {
1045     // Make sure we have constant int values to work with
1046     ConstantInt* LEN = dyn_cast<ConstantInt>(ci->getOperand(3));
1047     if (!LEN)
1048       return false;
1049     ConstantInt* ALIGN = dyn_cast<ConstantInt>(ci->getOperand(4));
1050     if (!ALIGN)
1051       return false;
1052
1053     // If the length is larger than the alignment, we can't optimize
1054     uint64_t len = LEN->getRawValue();
1055     uint64_t alignment = ALIGN->getRawValue();
1056     if (alignment == 0)
1057       alignment = 1; // Alignment 0 is identity for alignment 1
1058     if (len > alignment)
1059       return false;
1060
1061     // Get the type we will cast to, based on size of the string
1062     Value* dest = ci->getOperand(1);
1063     Value* src = ci->getOperand(2);
1064     Type* castType = 0;
1065     switch (len)
1066     {
1067       case 0:
1068         // memcpy(d,s,0,a) -> noop
1069         ci->eraseFromParent();
1070         return true;
1071       case 1: castType = Type::SByteTy; break;
1072       case 2: castType = Type::ShortTy; break;
1073       case 4: castType = Type::IntTy; break;
1074       case 8: castType = Type::LongTy; break;
1075       default:
1076         return false;
1077     }
1078
1079     // Cast source and dest to the right sized primitive and then load/store
1080     CastInst* SrcCast =
1081       new CastInst(src,PointerType::get(castType),src->getName()+".cast",ci);
1082     CastInst* DestCast =
1083       new CastInst(dest,PointerType::get(castType),dest->getName()+".cast",ci);
1084     LoadInst* LI = new LoadInst(SrcCast,SrcCast->getName()+".val",ci);
1085     StoreInst* SI = new StoreInst(LI, DestCast, ci);
1086     ci->eraseFromParent();
1087     return true;
1088   }
1089 } LLVMMemCpyOptimizer;
1090
1091 /// This LibCallOptimization will simplify a call to the memmove library
1092 /// function. It is identical to MemCopyOptimization except for the name of
1093 /// the intrinsic.
1094 /// @brief Simplify the memmove library function.
1095 struct LLVMMemMoveOptimization : public LLVMMemCpyOptimization {
1096   /// @brief Default Constructor
1097   LLVMMemMoveOptimization() : LLVMMemCpyOptimization("llvm.memmove",
1098       "Number of 'llvm.memmove' calls simplified") {}
1099
1100 } LLVMMemMoveOptimizer;
1101
1102 /// This LibCallOptimization will simplify a call to the memset library
1103 /// function by expanding it out to a single store of size 0, 1, 2, 4, or 8
1104 /// bytes depending on the length argument.
1105 struct LLVMMemSetOptimization : public LibCallOptimization {
1106   /// @brief Default Constructor
1107   LLVMMemSetOptimization() : LibCallOptimization("llvm.memset",
1108       "Number of 'llvm.memset' calls simplified") {}
1109 public:
1110
1111   /// @brief Make sure that the "memset" function has the right prototype
1112   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function *F, SimplifyLibCalls &TD) {
1113     // Just make sure this has 3 arguments per LLVM spec.
1114     return F->arg_size() == 4;
1115   }
1116
1117   /// Because of alignment and instruction information that we don't have, we
1118   /// leave the bulk of this to the code generators. The optimization here just
1119   /// deals with a few degenerate cases where the length parameter is constant
1120   /// and the alignment matches the sizes of our intrinsic types so we can do
1121   /// store instead of the memcpy call. Other calls are transformed into the
1122   /// llvm.memset intrinsic.
1123   /// @brief Perform the memset optimization.
1124   virtual bool OptimizeCall(CallInst *ci, SimplifyLibCalls &TD) {
1125     // Make sure we have constant int values to work with
1126     ConstantInt* LEN = dyn_cast<ConstantInt>(ci->getOperand(3));
1127     if (!LEN)
1128       return false;
1129     ConstantInt* ALIGN = dyn_cast<ConstantInt>(ci->getOperand(4));
1130     if (!ALIGN)
1131       return false;
1132
1133     // Extract the length and alignment
1134     uint64_t len = LEN->getRawValue();
1135     uint64_t alignment = ALIGN->getRawValue();
1136
1137     // Alignment 0 is identity for alignment 1
1138     if (alignment == 0)
1139       alignment = 1;
1140
1141     // If the length is zero, this is a no-op
1142     if (len == 0) {
1143       // memset(d,c,0,a) -> noop
1144       ci->eraseFromParent();
1145       return true;
1146     }
1147
1148     // If the length is larger than the alignment, we can't optimize
1149     if (len > alignment)
1150       return false;
1151
1152     // Make sure we have a constant ubyte to work with so we can extract
1153     // the value to be filled.
1154     ConstantUInt* FILL = dyn_cast<ConstantUInt>(ci->getOperand(2));
1155     if (!FILL)
1156       return false;
1157     if (FILL->getType() != Type::UByteTy)
1158       return false;
1159
1160     // memset(s,c,n) -> store s, c (for n=1,2,4,8)
1161
1162     // Extract the fill character
1163     uint64_t fill_char = FILL->getValue();
1164     uint64_t fill_value = fill_char;
1165
1166     // Get the type we will cast to, based on size of memory area to fill, and
1167     // and the value we will store there.
1168     Value* dest = ci->getOperand(1);
1169     Type* castType = 0;
1170     switch (len) {
1171       case 1:
1172         castType = Type::UByteTy;
1173         break;
1174       case 2:
1175         castType = Type::UShortTy;
1176         fill_value |= fill_char << 8;
1177         break;
1178       case 4:
1179         castType = Type::UIntTy;
1180         fill_value |= fill_char << 8 | fill_char << 16 | fill_char << 24;
1181         break;
1182       case 8:
1183         castType = Type::ULongTy;
1184         fill_value |= fill_char << 8 | fill_char << 16 | fill_char << 24;
1185         fill_value |= fill_char << 32 | fill_char << 40 | fill_char << 48;
1186         fill_value |= fill_char << 56;
1187         break;
1188       default:
1189         return false;
1190     }
1191
1192     // Cast dest to the right sized primitive and then load/store
1193     CastInst* DestCast =
1194       new CastInst(dest,PointerType::get(castType),dest->getName()+".cast",ci);
1195     new StoreInst(ConstantUInt::get(castType,fill_value),DestCast, ci);
1196     ci->eraseFromParent();
1197     return true;
1198   }
1199 } LLVMMemSetOptimizer;
1200
1201 /// This LibCallOptimization will simplify calls to the "pow" library
1202 /// function. It looks for cases where the result of pow is well known and
1203 /// substitutes the appropriate value.
1204 /// @brief Simplify the pow library function.
1205 struct PowOptimization : public LibCallOptimization {
1206 public:
1207   /// @brief Default Constructor
1208   PowOptimization() : LibCallOptimization("pow",
1209       "Number of 'pow' calls simplified") {}
1210
1211   /// @brief Make sure that the "pow" function has the right prototype
1212   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function* f, SimplifyLibCalls& SLC){
1213     // Just make sure this has 2 arguments
1214     return (f->arg_size() == 2);
1215   }
1216
1217   /// @brief Perform the pow optimization.
1218   virtual bool OptimizeCall(CallInst *ci, SimplifyLibCalls &SLC) {
1219     const Type *Ty = cast<Function>(ci->getOperand(0))->getReturnType();
1220     Value* base = ci->getOperand(1);
1221     Value* expn = ci->getOperand(2);
1222     if (ConstantFP *Op1 = dyn_cast<ConstantFP>(base)) {
1223       double Op1V = Op1->getValue();
1224       if (Op1V == 1.0) {
1225         // pow(1.0,x) -> 1.0
1226         ci->replaceAllUsesWith(ConstantFP::get(Ty,1.0));
1227         ci->eraseFromParent();
1228         return true;
1229       }
1230     }  else if (ConstantFP* Op2 = dyn_cast<ConstantFP>(expn)) {
1231       double Op2V = Op2->getValue();
1232       if (Op2V == 0.0) {
1233         // pow(x,0.0) -> 1.0
1234         ci->replaceAllUsesWith(ConstantFP::get(Ty,1.0));
1235         ci->eraseFromParent();
1236         return true;
1237       } else if (Op2V == 0.5) {
1238         // pow(x,0.5) -> sqrt(x)
1239         CallInst* sqrt_inst = new CallInst(SLC.get_sqrt(), base,
1240             ci->getName()+".pow",ci);
1241         ci->replaceAllUsesWith(sqrt_inst);
1242         ci->eraseFromParent();
1243         return true;
1244       } else if (Op2V == 1.0) {
1245         // pow(x,1.0) -> x
1246         ci->replaceAllUsesWith(base);
1247         ci->eraseFromParent();
1248         return true;
1249       } else if (Op2V == -1.0) {
1250         // pow(x,-1.0)    -> 1.0/x
1251         BinaryOperator* div_inst= BinaryOperator::createDiv(
1252           ConstantFP::get(Ty,1.0), base, ci->getName()+".pow", ci);
1253         ci->replaceAllUsesWith(div_inst);
1254         ci->eraseFromParent();
1255         return true;
1256       }
1257     }
1258     return false; // opt failed
1259   }
1260 } PowOptimizer;
1261
1262 /// This LibCallOptimization will simplify calls to the "fprintf" library
1263 /// function. It looks for cases where the result of fprintf is not used and the
1264 /// operation can be reduced to something simpler.
1265 /// @brief Simplify the pow library function.
1266 struct FPrintFOptimization : public LibCallOptimization {
1267 public:
1268   /// @brief Default Constructor
1269   FPrintFOptimization() : LibCallOptimization("fprintf",
1270       "Number of 'fprintf' calls simplified") {}
1271
1272   /// @brief Make sure that the "fprintf" function has the right prototype
1273   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function* f, SimplifyLibCalls& SLC){
1274     // Just make sure this has at least 2 arguments
1275     return (f->arg_size() >= 2);
1276   }
1277
1278   /// @brief Perform the fprintf optimization.
1279   virtual bool OptimizeCall(CallInst* ci, SimplifyLibCalls& SLC) {
1280     // If the call has more than 3 operands, we can't optimize it
1281     if (ci->getNumOperands() > 4 || ci->getNumOperands() <= 2)
1282       return false;
1283
1284     // If the result of the fprintf call is used, none of these optimizations
1285     // can be made.
1286     if (!ci->use_empty())
1287       return false;
1288
1289     // All the optimizations depend on the length of the second argument and the
1290     // fact that it is a constant string array. Check that now
1291     uint64_t len = 0;
1292     ConstantArray* CA = 0;
1293     if (!getConstantStringLength(ci->getOperand(2), len, &CA))
1294       return false;
1295
1296     if (ci->getNumOperands() == 3) {
1297       // Make sure there's no % in the constant array
1298       for (unsigned i = 0; i < len; ++i) {
1299         if (ConstantInt* CI = dyn_cast<ConstantInt>(CA->getOperand(i))) {
1300           // Check for the null terminator
1301           if (CI->getRawValue() == '%')
1302             return false; // we found end of string
1303         } else {
1304           return false;
1305         }
1306       }
1307
1308       // fprintf(file,fmt) -> fwrite(fmt,strlen(fmt),file)
1309       const Type* FILEptr_type = ci->getOperand(1)->getType();
1310       Function* fwrite_func = SLC.get_fwrite(FILEptr_type);
1311       if (!fwrite_func)
1312         return false;
1313
1314       // Make sure that the fprintf() and fwrite() functions both take the
1315       // same type of char pointer.
1316       if (ci->getOperand(2)->getType() !=
1317           fwrite_func->getFunctionType()->getParamType(0))
1318         return false;
1319
1320       std::vector<Value*> args;
1321       args.push_back(ci->getOperand(2));
1322       args.push_back(ConstantUInt::get(SLC.getIntPtrType(),len));
1323       args.push_back(ConstantUInt::get(SLC.getIntPtrType(),1));
1324       args.push_back(ci->getOperand(1));
1325       new CallInst(fwrite_func,args,ci->getName(),ci);
1326       ci->replaceAllUsesWith(ConstantSInt::get(Type::IntTy,len));
1327       ci->eraseFromParent();
1328       return true;
1329     }
1330
1331     // The remaining optimizations require the format string to be length 2
1332     // "%s" or "%c".
1333     if (len != 2)
1334       return false;
1335
1336     // The first character has to be a %
1337     if (ConstantInt* CI = dyn_cast<ConstantInt>(CA->getOperand(0)))
1338       if (CI->getRawValue() != '%')
1339         return false;
1340
1341     // Get the second character and switch on its value
1342     ConstantInt* CI = dyn_cast<ConstantInt>(CA->getOperand(1));
1343     switch (CI->getRawValue()) {
1344       case 's':
1345       {
1346         uint64_t len = 0;
1347         ConstantArray* CA = 0;
1348         if (!getConstantStringLength(ci->getOperand(3), len, &CA))
1349           return false;
1350
1351         // fprintf(file,"%s",str) -> fwrite(fmt,strlen(fmt),1,file)
1352         const Type* FILEptr_type = ci->getOperand(1)->getType();
1353         Function* fwrite_func = SLC.get_fwrite(FILEptr_type);
1354         if (!fwrite_func)
1355           return false;
1356         std::vector<Value*> args;
1357         args.push_back(CastToCStr(ci->getOperand(3), *ci));
1358         args.push_back(ConstantUInt::get(SLC.getIntPtrType(),len));
1359         args.push_back(ConstantUInt::get(SLC.getIntPtrType(),1));
1360         args.push_back(ci->getOperand(1));
1361         new CallInst(fwrite_func,args,ci->getName(),ci);
1362         ci->replaceAllUsesWith(ConstantSInt::get(Type::IntTy,len));
1363         break;
1364       }
1365       case 'c':
1366       {
1367         ConstantInt* CI = dyn_cast<ConstantInt>(ci->getOperand(3));
1368         if (!CI)
1369           return false;
1370
1371         const Type* FILEptr_type = ci->getOperand(1)->getType();
1372         Function* fputc_func = SLC.get_fputc(FILEptr_type);
1373         if (!fputc_func)
1374           return false;
1375         CastInst* cast = new CastInst(CI,Type::IntTy,CI->getName()+".int",ci);
1376         new CallInst(fputc_func,cast,ci->getOperand(1),"",ci);
1377         ci->replaceAllUsesWith(ConstantSInt::get(Type::IntTy,1));
1378         break;
1379       }
1380       default:
1381         return false;
1382     }
1383     ci->eraseFromParent();
1384     return true;
1385   }
1386 } FPrintFOptimizer;
1387
1388 /// This LibCallOptimization will simplify calls to the "sprintf" library
1389 /// function. It looks for cases where the result of sprintf is not used and the
1390 /// operation can be reduced to something simpler.
1391 /// @brief Simplify the pow library function.
1392 struct SPrintFOptimization : public LibCallOptimization {
1393 public:
1394   /// @brief Default Constructor
1395   SPrintFOptimization() : LibCallOptimization("sprintf",
1396       "Number of 'sprintf' calls simplified") {}
1397
1398   /// @brief Make sure that the "fprintf" function has the right prototype
1399   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function *f, SimplifyLibCalls &SLC){
1400     // Just make sure this has at least 2 arguments
1401     return (f->getReturnType() == Type::IntTy && f->arg_size() >= 2);
1402   }
1403
1404   /// @brief Perform the sprintf optimization.
1405   virtual bool OptimizeCall(CallInst *ci, SimplifyLibCalls &SLC) {
1406     // If the call has more than 3 operands, we can't optimize it
1407     if (ci->getNumOperands() > 4 || ci->getNumOperands() < 3)
1408       return false;
1409
1410     // All the optimizations depend on the length of the second argument and the
1411     // fact that it is a constant string array. Check that now
1412     uint64_t len = 0;
1413     ConstantArray* CA = 0;
1414     if (!getConstantStringLength(ci->getOperand(2), len, &CA))
1415       return false;
1416
1417     if (ci->getNumOperands() == 3) {
1418       if (len == 0) {
1419         // If the length is 0, we just need to store a null byte
1420         new StoreInst(ConstantInt::get(Type::SByteTy,0),ci->getOperand(1),ci);
1421         ci->replaceAllUsesWith(ConstantSInt::get(Type::IntTy,0));
1422         ci->eraseFromParent();
1423         return true;
1424       }
1425
1426       // Make sure there's no % in the constant array
1427       for (unsigned i = 0; i < len; ++i) {
1428         if (ConstantInt* CI = dyn_cast<ConstantInt>(CA->getOperand(i))) {
1429           // Check for the null terminator
1430           if (CI->getRawValue() == '%')
1431             return false; // we found a %, can't optimize
1432         } else {
1433           return false; // initializer is not constant int, can't optimize
1434         }
1435       }
1436
1437       // Increment length because we want to copy the null byte too
1438       len++;
1439
1440       // sprintf(str,fmt) -> llvm.memcpy(str,fmt,strlen(fmt),1)
1441       Function* memcpy_func = SLC.get_memcpy();
1442       if (!memcpy_func)
1443         return false;
1444       std::vector<Value*> args;
1445       args.push_back(ci->getOperand(1));
1446       args.push_back(ci->getOperand(2));
1447       args.push_back(ConstantUInt::get(SLC.getIntPtrType(),len));
1448       args.push_back(ConstantUInt::get(Type::UIntTy,1));
1449       new CallInst(memcpy_func,args,"",ci);
1450       ci->replaceAllUsesWith(ConstantSInt::get(Type::IntTy,len));
1451       ci->eraseFromParent();
1452       return true;
1453     }
1454
1455     // The remaining optimizations require the format string to be length 2
1456     // "%s" or "%c".
1457     if (len != 2)
1458       return false;
1459
1460     // The first character has to be a %
1461     if (ConstantInt* CI = dyn_cast<ConstantInt>(CA->getOperand(0)))
1462       if (CI->getRawValue() != '%')
1463         return false;
1464
1465     // Get the second character and switch on its value
1466     ConstantInt* CI = dyn_cast<ConstantInt>(CA->getOperand(1));
1467     switch (CI->getRawValue()) {
1468     case 's': {
1469       // sprintf(dest,"%s",str) -> llvm.memcpy(dest, str, strlen(str)+1, 1)
1470       Function* strlen_func = SLC.get_strlen();
1471       Function* memcpy_func = SLC.get_memcpy();
1472       if (!strlen_func || !memcpy_func)
1473         return false;
1474       
1475       Value *Len = new CallInst(strlen_func, CastToCStr(ci->getOperand(3), *ci),
1476                                 ci->getOperand(3)->getName()+".len", ci);
1477       Value *Len1 = BinaryOperator::createAdd(Len,
1478                                             ConstantInt::get(Len->getType(), 1),
1479                                               Len->getName()+"1", ci);
1480       if (Len1->getType() != SLC.getIntPtrType())
1481         Len1 = new CastInst(Len1, SLC.getIntPtrType(), Len1->getName(), ci);
1482       std::vector<Value*> args;
1483       args.push_back(CastToCStr(ci->getOperand(1), *ci));
1484       args.push_back(CastToCStr(ci->getOperand(3), *ci));
1485       args.push_back(Len1);
1486       args.push_back(ConstantUInt::get(Type::UIntTy,1));
1487       new CallInst(memcpy_func, args, "", ci);
1488       
1489       // The strlen result is the unincremented number of bytes in the string.
1490       if (!ci->use_empty()) {
1491         if (Len->getType() != ci->getType())
1492           Len = new CastInst(Len, ci->getType(), Len->getName(), ci);
1493         ci->replaceAllUsesWith(Len);
1494       }
1495       ci->eraseFromParent();
1496       return true;
1497     }
1498     case 'c': {
1499       // sprintf(dest,"%c",chr) -> store chr, dest
1500       CastInst* cast = new CastInst(ci->getOperand(3),Type::SByteTy,"char",ci);
1501       new StoreInst(cast, ci->getOperand(1), ci);
1502       GetElementPtrInst* gep = new GetElementPtrInst(ci->getOperand(1),
1503         ConstantUInt::get(Type::UIntTy,1),ci->getOperand(1)->getName()+".end",
1504         ci);
1505       new StoreInst(ConstantInt::get(Type::SByteTy,0),gep,ci);
1506       ci->replaceAllUsesWith(ConstantSInt::get(Type::IntTy,1));
1507       ci->eraseFromParent();
1508       return true;
1509     }
1510     }
1511     return false;
1512   }
1513 } SPrintFOptimizer;
1514
1515 /// This LibCallOptimization will simplify calls to the "fputs" library
1516 /// function. It looks for cases where the result of fputs is not used and the
1517 /// operation can be reduced to something simpler.
1518 /// @brief Simplify the pow library function.
1519 struct PutsOptimization : public LibCallOptimization {
1520 public:
1521   /// @brief Default Constructor
1522   PutsOptimization() : LibCallOptimization("fputs",
1523       "Number of 'fputs' calls simplified") {}
1524
1525   /// @brief Make sure that the "fputs" function has the right prototype
1526   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function *F, SimplifyLibCalls &SLC){
1527     // Just make sure this has 2 arguments
1528     return F->arg_size() == 2;
1529   }
1530
1531   /// @brief Perform the fputs optimization.
1532   virtual bool OptimizeCall(CallInst* ci, SimplifyLibCalls& SLC) {
1533     // If the result is used, none of these optimizations work
1534     if (!ci->use_empty())
1535       return false;
1536
1537     // All the optimizations depend on the length of the first argument and the
1538     // fact that it is a constant string array. Check that now
1539     uint64_t len = 0;
1540     if (!getConstantStringLength(ci->getOperand(1), len))
1541       return false;
1542
1543     switch (len) {
1544       case 0:
1545         // fputs("",F) -> noop
1546         break;
1547       case 1:
1548       {
1549         // fputs(s,F)  -> fputc(s[0],F)  (if s is constant and strlen(s) == 1)
1550         const Type* FILEptr_type = ci->getOperand(2)->getType();
1551         Function* fputc_func = SLC.get_fputc(FILEptr_type);
1552         if (!fputc_func)
1553           return false;
1554         LoadInst* loadi = new LoadInst(ci->getOperand(1),
1555           ci->getOperand(1)->getName()+".byte",ci);
1556         CastInst* casti = new CastInst(loadi,Type::IntTy,
1557           loadi->getName()+".int",ci);
1558         new CallInst(fputc_func,casti,ci->getOperand(2),"",ci);
1559         break;
1560       }
1561       default:
1562       {
1563         // fputs(s,F)  -> fwrite(s,1,len,F) (if s is constant and strlen(s) > 1)
1564         const Type* FILEptr_type = ci->getOperand(2)->getType();
1565         Function* fwrite_func = SLC.get_fwrite(FILEptr_type);
1566         if (!fwrite_func)
1567           return false;
1568         std::vector<Value*> parms;
1569         parms.push_back(ci->getOperand(1));
1570         parms.push_back(ConstantUInt::get(SLC.getIntPtrType(),len));
1571         parms.push_back(ConstantUInt::get(SLC.getIntPtrType(),1));
1572         parms.push_back(ci->getOperand(2));
1573         new CallInst(fwrite_func,parms,"",ci);
1574         break;
1575       }
1576     }
1577     ci->eraseFromParent();
1578     return true; // success
1579   }
1580 } PutsOptimizer;
1581
1582 /// This LibCallOptimization will simplify calls to the "isdigit" library
1583 /// function. It simply does range checks the parameter explicitly.
1584 /// @brief Simplify the isdigit library function.
1585 struct isdigitOptimization : public LibCallOptimization {
1586 public:
1587   isdigitOptimization() : LibCallOptimization("isdigit",
1588       "Number of 'isdigit' calls simplified") {}
1589
1590   /// @brief Make sure that the "isdigit" function has the right prototype
1591   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function* f, SimplifyLibCalls& SLC){
1592     // Just make sure this has 1 argument
1593     return (f->arg_size() == 1);
1594   }
1595
1596   /// @brief Perform the toascii optimization.
1597   virtual bool OptimizeCall(CallInst *ci, SimplifyLibCalls &SLC) {
1598     if (ConstantInt* CI = dyn_cast<ConstantInt>(ci->getOperand(1))) {
1599       // isdigit(c)   -> 0 or 1, if 'c' is constant
1600       uint64_t val = CI->getRawValue();
1601       if (val >= '0' && val <='9')
1602         ci->replaceAllUsesWith(ConstantSInt::get(Type::IntTy,1));
1603       else
1604         ci->replaceAllUsesWith(ConstantSInt::get(Type::IntTy,0));
1605       ci->eraseFromParent();
1606       return true;
1607     }
1608
1609     // isdigit(c)   -> (unsigned)c - '0' <= 9
1610     CastInst* cast =
1611       new CastInst(ci->getOperand(1),Type::UIntTy,
1612         ci->getOperand(1)->getName()+".uint",ci);
1613     BinaryOperator* sub_inst = BinaryOperator::createSub(cast,
1614         ConstantUInt::get(Type::UIntTy,0x30),
1615         ci->getOperand(1)->getName()+".sub",ci);
1616     SetCondInst* setcond_inst = new SetCondInst(Instruction::SetLE,sub_inst,
1617         ConstantUInt::get(Type::UIntTy,9),
1618         ci->getOperand(1)->getName()+".cmp",ci);
1619     CastInst* c2 =
1620       new CastInst(setcond_inst,Type::IntTy,
1621         ci->getOperand(1)->getName()+".isdigit",ci);
1622     ci->replaceAllUsesWith(c2);
1623     ci->eraseFromParent();
1624     return true;
1625   }
1626 } isdigitOptimizer;
1627
1628 struct isasciiOptimization : public LibCallOptimization {
1629 public:
1630   isasciiOptimization()
1631     : LibCallOptimization("isascii", "Number of 'isascii' calls simplified") {}
1632   
1633   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function *F, SimplifyLibCalls &SLC){
1634     return F->arg_size() == 1 && F->arg_begin()->getType()->isInteger() && 
1635            F->getReturnType()->isInteger();
1636   }
1637   
1638   /// @brief Perform the isascii optimization.
1639   virtual bool OptimizeCall(CallInst *CI, SimplifyLibCalls &SLC) {
1640     // isascii(c)   -> (unsigned)c < 128
1641     Value *V = CI->getOperand(1);
1642     if (V->getType()->isSigned())
1643       V = new CastInst(V, V->getType()->getUnsignedVersion(), V->getName(), CI);
1644     Value *Cmp = BinaryOperator::createSetLT(V, ConstantUInt::get(V->getType(),
1645                                                                   128),
1646                                              V->getName()+".isascii", CI);
1647     if (Cmp->getType() != CI->getType())
1648       Cmp = new CastInst(Cmp, CI->getType(), Cmp->getName(), CI);
1649     CI->replaceAllUsesWith(Cmp);
1650     CI->eraseFromParent();
1651     return true;
1652   }
1653 } isasciiOptimizer;
1654
1655
1656 /// This LibCallOptimization will simplify calls to the "toascii" library
1657 /// function. It simply does the corresponding and operation to restrict the
1658 /// range of values to the ASCII character set (0-127).
1659 /// @brief Simplify the toascii library function.
1660 struct ToAsciiOptimization : public LibCallOptimization {
1661 public:
1662   /// @brief Default Constructor
1663   ToAsciiOptimization() : LibCallOptimization("toascii",
1664       "Number of 'toascii' calls simplified") {}
1665
1666   /// @brief Make sure that the "fputs" function has the right prototype
1667   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function* f, SimplifyLibCalls& SLC){
1668     // Just make sure this has 2 arguments
1669     return (f->arg_size() == 1);
1670   }
1671
1672   /// @brief Perform the toascii optimization.
1673   virtual bool OptimizeCall(CallInst *ci, SimplifyLibCalls &SLC) {
1674     // toascii(c)   -> (c & 0x7f)
1675     Value* chr = ci->getOperand(1);
1676     BinaryOperator* and_inst = BinaryOperator::createAnd(chr,
1677         ConstantInt::get(chr->getType(),0x7F),ci->getName()+".toascii",ci);
1678     ci->replaceAllUsesWith(and_inst);
1679     ci->eraseFromParent();
1680     return true;
1681   }
1682 } ToAsciiOptimizer;
1683
1684 /// This LibCallOptimization will simplify calls to the "ffs" library
1685 /// calls which find the first set bit in an int, long, or long long. The
1686 /// optimization is to compute the result at compile time if the argument is
1687 /// a constant.
1688 /// @brief Simplify the ffs library function.
1689 struct FFSOptimization : public LibCallOptimization {
1690 protected:
1691   /// @brief Subclass Constructor
1692   FFSOptimization(const char* funcName, const char* description)
1693     : LibCallOptimization(funcName, description) {}
1694
1695 public:
1696   /// @brief Default Constructor
1697   FFSOptimization() : LibCallOptimization("ffs",
1698       "Number of 'ffs' calls simplified") {}
1699
1700   /// @brief Make sure that the "ffs" function has the right prototype
1701   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function *F, SimplifyLibCalls &SLC){
1702     // Just make sure this has 2 arguments
1703     return F->arg_size() == 1 && F->getReturnType() == Type::IntTy;
1704   }
1705
1706   /// @brief Perform the ffs optimization.
1707   virtual bool OptimizeCall(CallInst *TheCall, SimplifyLibCalls &SLC) {
1708     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(TheCall->getOperand(1))) {
1709       // ffs(cnst)  -> bit#
1710       // ffsl(cnst) -> bit#
1711       // ffsll(cnst) -> bit#
1712       uint64_t val = CI->getRawValue();
1713       int result = 0;
1714       if (val) {
1715         ++result;
1716         while ((val & 1) == 0) {
1717           ++result;
1718           val >>= 1;
1719         }
1720       }
1721       TheCall->replaceAllUsesWith(ConstantSInt::get(Type::IntTy, result));
1722       TheCall->eraseFromParent();
1723       return true;
1724     }
1725
1726     // ffs(x)   -> x == 0 ? 0 : llvm.cttz(x)+1
1727     // ffsl(x)  -> x == 0 ? 0 : llvm.cttz(x)+1
1728     // ffsll(x) -> x == 0 ? 0 : llvm.cttz(x)+1
1729     const Type *ArgType = TheCall->getOperand(1)->getType();
1730     ArgType = ArgType->getUnsignedVersion();
1731     const char *CTTZName;
1732     switch (ArgType->getTypeID()) {
1733     default: assert(0 && "Unknown unsigned type!");
1734     case Type::UByteTyID : CTTZName = "llvm.cttz.i8" ; break;
1735     case Type::UShortTyID: CTTZName = "llvm.cttz.i16"; break;
1736     case Type::UIntTyID  : CTTZName = "llvm.cttz.i32"; break;
1737     case Type::ULongTyID : CTTZName = "llvm.cttz.i64"; break;
1738     }
1739     
1740     Function *F = SLC.getModule()->getOrInsertFunction(CTTZName, ArgType,
1741                                                        ArgType, NULL);
1742     Value *V = new CastInst(TheCall->getOperand(1), ArgType, "tmp", TheCall);
1743     Value *V2 = new CallInst(F, V, "tmp", TheCall);
1744     V2 = new CastInst(V2, Type::IntTy, "tmp", TheCall);
1745     V2 = BinaryOperator::createAdd(V2, ConstantSInt::get(Type::IntTy, 1),
1746                                    "tmp", TheCall);
1747     Value *Cond = 
1748       BinaryOperator::createSetEQ(V, Constant::getNullValue(V->getType()),
1749                                   "tmp", TheCall);
1750     V2 = new SelectInst(Cond, ConstantInt::get(Type::IntTy, 0), V2,
1751                         TheCall->getName(), TheCall);
1752     TheCall->replaceAllUsesWith(V2);
1753     TheCall->eraseFromParent();
1754     return true;
1755   }
1756 } FFSOptimizer;
1757
1758 /// This LibCallOptimization will simplify calls to the "ffsl" library
1759 /// calls. It simply uses FFSOptimization for which the transformation is
1760 /// identical.
1761 /// @brief Simplify the ffsl library function.
1762 struct FFSLOptimization : public FFSOptimization {
1763 public:
1764   /// @brief Default Constructor
1765   FFSLOptimization() : FFSOptimization("ffsl",
1766       "Number of 'ffsl' calls simplified") {}
1767
1768 } FFSLOptimizer;
1769
1770 /// This LibCallOptimization will simplify calls to the "ffsll" library
1771 /// calls. It simply uses FFSOptimization for which the transformation is
1772 /// identical.
1773 /// @brief Simplify the ffsl library function.
1774 struct FFSLLOptimization : public FFSOptimization {
1775 public:
1776   /// @brief Default Constructor
1777   FFSLLOptimization() : FFSOptimization("ffsll",
1778       "Number of 'ffsll' calls simplified") {}
1779
1780 } FFSLLOptimizer;
1781
1782 /// This optimizes unary functions that take and return doubles.
1783 struct UnaryDoubleFPOptimizer : public LibCallOptimization {
1784   UnaryDoubleFPOptimizer(const char *Fn, const char *Desc)
1785   : LibCallOptimization(Fn, Desc) {}
1786   
1787   // Make sure that this function has the right prototype
1788   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function *F, SimplifyLibCalls &SLC){
1789     return F->arg_size() == 1 && F->arg_begin()->getType() == Type::DoubleTy &&
1790            F->getReturnType() == Type::DoubleTy;
1791   }
1792
1793   /// ShrinkFunctionToFloatVersion - If the input to this function is really a
1794   /// float, strength reduce this to a float version of the function,
1795   /// e.g. floor((double)FLT) -> (double)floorf(FLT).  This can only be called
1796   /// when the target supports the destination function and where there can be
1797   /// no precision loss.
1798   static bool ShrinkFunctionToFloatVersion(CallInst *CI, SimplifyLibCalls &SLC,
1799                                            Function *(SimplifyLibCalls::*FP)()){
1800     if (CastInst *Cast = dyn_cast<CastInst>(CI->getOperand(1)))
1801       if (Cast->getOperand(0)->getType() == Type::FloatTy) {
1802         Value *New = new CallInst((SLC.*FP)(), Cast->getOperand(0),
1803                                   CI->getName(), CI);
1804         New = new CastInst(New, Type::DoubleTy, CI->getName(), CI);
1805         CI->replaceAllUsesWith(New);
1806         CI->eraseFromParent();
1807         if (Cast->use_empty())
1808           Cast->eraseFromParent();
1809         return true;
1810       }
1811     return false;
1812   }
1813 };
1814
1815
1816 struct FloorOptimization : public UnaryDoubleFPOptimizer {
1817   FloorOptimization()
1818     : UnaryDoubleFPOptimizer("floor", "Number of 'floor' calls simplified") {}
1819   
1820   virtual bool OptimizeCall(CallInst *CI, SimplifyLibCalls &SLC) {
1821 #ifdef HAVE_FLOORF
1822     // If this is a float argument passed in, convert to floorf.
1823     if (ShrinkFunctionToFloatVersion(CI, SLC, &SimplifyLibCalls::get_floorf))
1824       return true;
1825 #endif
1826     return false; // opt failed
1827   }
1828 } FloorOptimizer;
1829
1830 struct CeilOptimization : public UnaryDoubleFPOptimizer {
1831   CeilOptimization()
1832   : UnaryDoubleFPOptimizer("ceil", "Number of 'ceil' calls simplified") {}
1833   
1834   virtual bool OptimizeCall(CallInst *CI, SimplifyLibCalls &SLC) {
1835 #ifdef HAVE_CEILF
1836     // If this is a float argument passed in, convert to ceilf.
1837     if (ShrinkFunctionToFloatVersion(CI, SLC, &SimplifyLibCalls::get_ceilf))
1838       return true;
1839 #endif
1840     return false; // opt failed
1841   }
1842 } CeilOptimizer;
1843
1844 struct RoundOptimization : public UnaryDoubleFPOptimizer {
1845   RoundOptimization()
1846   : UnaryDoubleFPOptimizer("round", "Number of 'round' calls simplified") {}
1847   
1848   virtual bool OptimizeCall(CallInst *CI, SimplifyLibCalls &SLC) {
1849 #ifdef HAVE_ROUNDF
1850     // If this is a float argument passed in, convert to roundf.
1851     if (ShrinkFunctionToFloatVersion(CI, SLC, &SimplifyLibCalls::get_roundf))
1852       return true;
1853 #endif
1854     return false; // opt failed
1855   }
1856 } RoundOptimizer;
1857
1858 struct RintOptimization : public UnaryDoubleFPOptimizer {
1859   RintOptimization()
1860   : UnaryDoubleFPOptimizer("rint", "Number of 'rint' calls simplified") {}
1861   
1862   virtual bool OptimizeCall(CallInst *CI, SimplifyLibCalls &SLC) {
1863 #ifdef HAVE_RINTF
1864     // If this is a float argument passed in, convert to rintf.
1865     if (ShrinkFunctionToFloatVersion(CI, SLC, &SimplifyLibCalls::get_rintf))
1866       return true;
1867 #endif
1868     return false; // opt failed
1869   }
1870 } RintOptimizer;
1871
1872 struct NearByIntOptimization : public UnaryDoubleFPOptimizer {
1873   NearByIntOptimization()
1874   : UnaryDoubleFPOptimizer("nearbyint",
1875                            "Number of 'nearbyint' calls simplified") {}
1876   
1877   virtual bool OptimizeCall(CallInst *CI, SimplifyLibCalls &SLC) {
1878 #ifdef HAVE_NEARBYINTF
1879     // If this is a float argument passed in, convert to nearbyintf.
1880     if (ShrinkFunctionToFloatVersion(CI, SLC,&SimplifyLibCalls::get_nearbyintf))
1881       return true;
1882 #endif
1883     return false; // opt failed
1884   }
1885 } NearByIntOptimizer;
1886
1887 /// A function to compute the length of a null-terminated constant array of
1888 /// integers.  This function can't rely on the size of the constant array
1889 /// because there could be a null terminator in the middle of the array.
1890 /// We also have to bail out if we find a non-integer constant initializer
1891 /// of one of the elements or if there is no null-terminator. The logic
1892 /// below checks each of these conditions and will return true only if all
1893 /// conditions are met. In that case, the \p len parameter is set to the length
1894 /// of the null-terminated string. If false is returned, the conditions were
1895 /// not met and len is set to 0.
1896 /// @brief Get the length of a constant string (null-terminated array).
1897 bool getConstantStringLength(Value *V, uint64_t &len, ConstantArray **CA) {
1898   assert(V != 0 && "Invalid args to getConstantStringLength");
1899   len = 0; // make sure we initialize this
1900   User* GEP = 0;
1901   // If the value is not a GEP instruction nor a constant expression with a
1902   // GEP instruction, then return false because ConstantArray can't occur
1903   // any other way
1904   if (GetElementPtrInst* GEPI = dyn_cast<GetElementPtrInst>(V))
1905     GEP = GEPI;
1906   else if (ConstantExpr* CE = dyn_cast<ConstantExpr>(V))
1907     if (CE->getOpcode() == Instruction::GetElementPtr)
1908       GEP = CE;
1909     else
1910       return false;
1911   else
1912     return false;
1913
1914   // Make sure the GEP has exactly three arguments.
1915   if (GEP->getNumOperands() != 3)
1916     return false;
1917
1918   // Check to make sure that the first operand of the GEP is an integer and
1919   // has value 0 so that we are sure we're indexing into the initializer.
1920   if (ConstantInt* op1 = dyn_cast<ConstantInt>(GEP->getOperand(1))) {
1921     if (!op1->isNullValue())
1922       return false;
1923   } else
1924     return false;
1925
1926   // Ensure that the second operand is a ConstantInt. If it isn't then this
1927   // GEP is wonky and we're not really sure what were referencing into and
1928   // better of not optimizing it. While we're at it, get the second index
1929   // value. We'll need this later for indexing the ConstantArray.
1930   uint64_t start_idx = 0;
1931   if (ConstantInt* CI = dyn_cast<ConstantInt>(GEP->getOperand(2)))
1932     start_idx = CI->getRawValue();
1933   else
1934     return false;
1935
1936   // The GEP instruction, constant or instruction, must reference a global
1937   // variable that is a constant and is initialized. The referenced constant
1938   // initializer is the array that we'll use for optimization.
1939   GlobalVariable* GV = dyn_cast<GlobalVariable>(GEP->getOperand(0));
1940   if (!GV || !GV->isConstant() || !GV->hasInitializer())
1941     return false;
1942
1943   // Get the initializer.
1944   Constant* INTLZR = GV->getInitializer();
1945
1946   // Handle the ConstantAggregateZero case
1947   if (ConstantAggregateZero *CAZ = dyn_cast<ConstantAggregateZero>(INTLZR)) {
1948     // This is a degenerate case. The initializer is constant zero so the
1949     // length of the string must be zero.
1950     len = 0;
1951     return true;
1952   }
1953
1954   // Must be a Constant Array
1955   ConstantArray* A = dyn_cast<ConstantArray>(INTLZR);
1956   if (!A)
1957     return false;
1958
1959   // Get the number of elements in the array
1960   uint64_t max_elems = A->getType()->getNumElements();
1961
1962   // Traverse the constant array from start_idx (derived above) which is
1963   // the place the GEP refers to in the array.
1964   for (len = start_idx; len < max_elems; len++) {
1965     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(A->getOperand(len))) {
1966       // Check for the null terminator
1967       if (CI->isNullValue())
1968         break; // we found end of string
1969     } else
1970       return false; // This array isn't suitable, non-int initializer
1971   }
1972   
1973   if (len >= max_elems)
1974     return false; // This array isn't null terminated
1975
1976   // Subtract out the initial value from the length
1977   len -= start_idx;
1978   if (CA)
1979     *CA = A;
1980   return true; // success!
1981 }
1982
1983 /// CastToCStr - Return V if it is an sbyte*, otherwise cast it to sbyte*,
1984 /// inserting the cast before IP, and return the cast.
1985 /// @brief Cast a value to a "C" string.
1986 Value *CastToCStr(Value *V, Instruction &IP) {
1987   const Type *SBPTy = PointerType::get(Type::SByteTy);
1988   if (V->getType() != SBPTy)
1989     return new CastInst(V, SBPTy, V->getName(), &IP);
1990   return V;
1991 }
1992
1993 // TODO:
1994 //   Additional cases that we need to add to this file:
1995 //
1996 // cbrt:
1997 //   * cbrt(expN(X))  -> expN(x/3)
1998 //   * cbrt(sqrt(x))  -> pow(x,1/6)
1999 //   * cbrt(sqrt(x))  -> pow(x,1/9)
2000 //
2001 // cos, cosf, cosl:
2002 //   * cos(-x)  -> cos(x)
2003 //
2004 // exp, expf, expl:
2005 //   * exp(log(x))  -> x
2006 //
2007 // log, logf, logl:
2008 //   * log(exp(x))   -> x
2009 //   * log(x**y)     -> y*log(x)
2010 //   * log(exp(y))   -> y*log(e)
2011 //   * log(exp2(y))  -> y*log(2)
2012 //   * log(exp10(y)) -> y*log(10)
2013 //   * log(sqrt(x))  -> 0.5*log(x)
2014 //   * log(pow(x,y)) -> y*log(x)
2015 //
2016 // lround, lroundf, lroundl:
2017 //   * lround(cnst) -> cnst'
2018 //
2019 // memcmp:
2020 //   * memcmp(x,y,l)   -> cnst
2021 //      (if all arguments are constant and strlen(x) <= l and strlen(y) <= l)
2022 //
2023 // memmove:
2024 //   * memmove(d,s,l,a) -> memcpy(d,s,l,a)
2025 //       (if s is a global constant array)
2026 //
2027 // pow, powf, powl:
2028 //   * pow(exp(x),y)  -> exp(x*y)
2029 //   * pow(sqrt(x),y) -> pow(x,y*0.5)
2030 //   * pow(pow(x,y),z)-> pow(x,y*z)
2031 //
2032 // puts:
2033 //   * puts("") -> fputc("\n",stdout) (how do we get "stdout"?)
2034 //
2035 // round, roundf, roundl:
2036 //   * round(cnst) -> cnst'
2037 //
2038 // signbit:
2039 //   * signbit(cnst) -> cnst'
2040 //   * signbit(nncst) -> 0 (if pstv is a non-negative constant)
2041 //
2042 // sqrt, sqrtf, sqrtl:
2043 //   * sqrt(expN(x))  -> expN(x*0.5)
2044 //   * sqrt(Nroot(x)) -> pow(x,1/(2*N))
2045 //   * sqrt(pow(x,y)) -> pow(|x|,y*0.5)
2046 //
2047 // stpcpy:
2048 //   * stpcpy(str, "literal") ->
2049 //           llvm.memcpy(str,"literal",strlen("literal")+1,1)
2050 // strrchr:
2051 //   * strrchr(s,c) -> reverse_offset_of_in(c,s)
2052 //      (if c is a constant integer and s is a constant string)
2053 //   * strrchr(s1,0) -> strchr(s1,0)
2054 //
2055 // strncat:
2056 //   * strncat(x,y,0) -> x
2057 //   * strncat(x,y,0) -> x (if strlen(y) = 0)
2058 //   * strncat(x,y,l) -> strcat(x,y) (if y and l are constants an l > strlen(y))
2059 //
2060 // strncpy:
2061 //   * strncpy(d,s,0) -> d
2062 //   * strncpy(d,s,l) -> memcpy(d,s,l,1)
2063 //      (if s and l are constants)
2064 //
2065 // strpbrk:
2066 //   * strpbrk(s,a) -> offset_in_for(s,a)
2067 //      (if s and a are both constant strings)
2068 //   * strpbrk(s,"") -> 0
2069 //   * strpbrk(s,a) -> strchr(s,a[0]) (if a is constant string of length 1)
2070 //
2071 // strspn, strcspn:
2072 //   * strspn(s,a)   -> const_int (if both args are constant)
2073 //   * strspn("",a)  -> 0
2074 //   * strspn(s,"")  -> 0
2075 //   * strcspn(s,a)  -> const_int (if both args are constant)
2076 //   * strcspn("",a) -> 0
2077 //   * strcspn(s,"") -> strlen(a)
2078 //
2079 // strstr:
2080 //   * strstr(x,x)  -> x
2081 //   * strstr(s1,s2) -> offset_of_s2_in(s1)
2082 //       (if s1 and s2 are constant strings)
2083 //
2084 // tan, tanf, tanl:
2085 //   * tan(atan(x)) -> x
2086 //
2087 // trunc, truncf, truncl:
2088 //   * trunc(cnst) -> cnst'
2089 //
2090 //
2091 }