Change CastToCStr to take a pointer instead of a reference.
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / IPO / SimplifyLibCalls.cpp
1 //===- SimplifyLibCalls.cpp - Optimize specific well-known library calls --===//
2 //
3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
4 //
5 // This file was developed by Reid Spencer and is distributed under the
6 // University of Illinois Open Source License. See LICENSE.TXT for details.
7 //
8 //===----------------------------------------------------------------------===//
9 //
10 // This file implements a module pass that applies a variety of small
11 // optimizations for calls to specific well-known function calls (e.g. runtime
12 // library functions). For example, a call to the function "exit(3)" that
13 // occurs within the main() function can be transformed into a simple "return 3"
14 // instruction. Any optimization that takes this form (replace call to library
15 // function with simpler code that provides the same result) belongs in this
16 // file.
17 //
18 //===----------------------------------------------------------------------===//
19
20 #define DEBUG_TYPE "simplify-libcalls"
21 #include "llvm/Constants.h"
22 #include "llvm/DerivedTypes.h"
23 #include "llvm/Instructions.h"
24 #include "llvm/Module.h"
25 #include "llvm/Pass.h"
26 #include "llvm/ADT/hash_map"
27 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
28 #include "llvm/Config/config.h"
29 #include "llvm/Support/Compiler.h"
30 #include "llvm/Support/Debug.h"
31 #include "llvm/Target/TargetData.h"
32 #include "llvm/Transforms/IPO.h"
33 using namespace llvm;
34
35 /// This statistic keeps track of the total number of library calls that have
36 /// been simplified regardless of which call it is.
37 STATISTIC(SimplifiedLibCalls, "Number of library calls simplified");
38
39 namespace {
40   // Forward declarations
41   class LibCallOptimization;
42   class SimplifyLibCalls;
43   
44 /// This list is populated by the constructor for LibCallOptimization class.
45 /// Therefore all subclasses are registered here at static initialization time
46 /// and this list is what the SimplifyLibCalls pass uses to apply the individual
47 /// optimizations to the call sites.
48 /// @brief The list of optimizations deriving from LibCallOptimization
49 static LibCallOptimization *OptList = 0;
50
51 /// This class is the abstract base class for the set of optimizations that
52 /// corresponds to one library call. The SimplifyLibCalls pass will call the
53 /// ValidateCalledFunction method to ask the optimization if a given Function
54 /// is the kind that the optimization can handle. If the subclass returns true,
55 /// then SImplifyLibCalls will also call the OptimizeCall method to perform,
56 /// or attempt to perform, the optimization(s) for the library call. Otherwise,
57 /// OptimizeCall won't be called. Subclasses are responsible for providing the
58 /// name of the library call (strlen, strcpy, etc.) to the LibCallOptimization
59 /// constructor. This is used to efficiently select which call instructions to
60 /// optimize. The criteria for a "lib call" is "anything with well known
61 /// semantics", typically a library function that is defined by an international
62 /// standard. Because the semantics are well known, the optimizations can
63 /// generally short-circuit actually calling the function if there's a simpler
64 /// way (e.g. strlen(X) can be reduced to a constant if X is a constant global).
65 /// @brief Base class for library call optimizations
66 class VISIBILITY_HIDDEN LibCallOptimization {
67   LibCallOptimization **Prev, *Next;
68   const char *FunctionName; ///< Name of the library call we optimize
69 #ifndef NDEBUG
70   Statistic occurrences; ///< debug statistic (-debug-only=simplify-libcalls)
71 #endif
72 public:
73   /// The \p fname argument must be the name of the library function being
74   /// optimized by the subclass.
75   /// @brief Constructor that registers the optimization.
76   LibCallOptimization(const char *FName, const char *Description)
77     : FunctionName(FName) {
78       
79 #ifndef NDEBUG
80     occurrences.construct("simplify-libcalls", Description);
81 #endif
82     // Register this optimizer in the list of optimizations.
83     Next = OptList;
84     OptList = this;
85     Prev = &OptList;
86     if (Next) Next->Prev = &Next;
87   }
88   
89   /// getNext - All libcall optimizations are chained together into a list,
90   /// return the next one in the list.
91   LibCallOptimization *getNext() { return Next; }
92
93   /// @brief Deregister from the optlist
94   virtual ~LibCallOptimization() {
95     *Prev = Next;
96     if (Next) Next->Prev = Prev;
97   }
98
99   /// The implementation of this function in subclasses should determine if
100   /// \p F is suitable for the optimization. This method is called by
101   /// SimplifyLibCalls::runOnModule to short circuit visiting all the call
102   /// sites of such a function if that function is not suitable in the first
103   /// place.  If the called function is suitabe, this method should return true;
104   /// false, otherwise. This function should also perform any lazy
105   /// initialization that the LibCallOptimization needs to do, if its to return
106   /// true. This avoids doing initialization until the optimizer is actually
107   /// going to be called upon to do some optimization.
108   /// @brief Determine if the function is suitable for optimization
109   virtual bool ValidateCalledFunction(
110     const Function* F,    ///< The function that is the target of call sites
111     SimplifyLibCalls& SLC ///< The pass object invoking us
112   ) = 0;
113
114   /// The implementations of this function in subclasses is the heart of the
115   /// SimplifyLibCalls algorithm. Sublcasses of this class implement
116   /// OptimizeCall to determine if (a) the conditions are right for optimizing
117   /// the call and (b) to perform the optimization. If an action is taken
118   /// against ci, the subclass is responsible for returning true and ensuring
119   /// that ci is erased from its parent.
120   /// @brief Optimize a call, if possible.
121   virtual bool OptimizeCall(
122     CallInst* ci,          ///< The call instruction that should be optimized.
123     SimplifyLibCalls& SLC  ///< The pass object invoking us
124   ) = 0;
125
126   /// @brief Get the name of the library call being optimized
127   const char *getFunctionName() const { return FunctionName; }
128
129   bool ReplaceCallWith(CallInst *CI, Value *V) {
130     if (!CI->use_empty())
131       CI->replaceAllUsesWith(V);
132     CI->eraseFromParent();
133     return true;
134   }
135   
136   /// @brief Called by SimplifyLibCalls to update the occurrences statistic.
137   void succeeded() {
138 #ifndef NDEBUG
139     DEBUG(++occurrences);
140 #endif
141   }
142 };
143
144 /// This class is an LLVM Pass that applies each of the LibCallOptimization
145 /// instances to all the call sites in a module, relatively efficiently. The
146 /// purpose of this pass is to provide optimizations for calls to well-known
147 /// functions with well-known semantics, such as those in the c library. The
148 /// class provides the basic infrastructure for handling runOnModule.  Whenever
149 /// this pass finds a function call, it asks the appropriate optimizer to
150 /// validate the call (ValidateLibraryCall). If it is validated, then
151 /// the OptimizeCall method is also called.
152 /// @brief A ModulePass for optimizing well-known function calls.
153 class VISIBILITY_HIDDEN SimplifyLibCalls : public ModulePass {
154 public:
155   /// We need some target data for accurate signature details that are
156   /// target dependent. So we require target data in our AnalysisUsage.
157   /// @brief Require TargetData from AnalysisUsage.
158   virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage& Info) const {
159     // Ask that the TargetData analysis be performed before us so we can use
160     // the target data.
161     Info.addRequired<TargetData>();
162   }
163
164   /// For this pass, process all of the function calls in the module, calling
165   /// ValidateLibraryCall and OptimizeCall as appropriate.
166   /// @brief Run all the lib call optimizations on a Module.
167   virtual bool runOnModule(Module &M) {
168     reset(M);
169
170     bool result = false;
171     hash_map<std::string, LibCallOptimization*> OptznMap;
172     for (LibCallOptimization *Optzn = OptList; Optzn; Optzn = Optzn->getNext())
173       OptznMap[Optzn->getFunctionName()] = Optzn;
174
175     // The call optimizations can be recursive. That is, the optimization might
176     // generate a call to another function which can also be optimized. This way
177     // we make the LibCallOptimization instances very specific to the case they
178     // handle. It also means we need to keep running over the function calls in
179     // the module until we don't get any more optimizations possible.
180     bool found_optimization = false;
181     do {
182       found_optimization = false;
183       for (Module::iterator FI = M.begin(), FE = M.end(); FI != FE; ++FI) {
184         // All the "well-known" functions are external and have external linkage
185         // because they live in a runtime library somewhere and were (probably)
186         // not compiled by LLVM.  So, we only act on external functions that
187         // have external or dllimport linkage and non-empty uses.
188         if (!FI->isDeclaration() ||
189             !(FI->hasExternalLinkage() || FI->hasDLLImportLinkage()) ||
190             FI->use_empty())
191           continue;
192
193         // Get the optimization class that pertains to this function
194         hash_map<std::string, LibCallOptimization*>::iterator OMI =
195           OptznMap.find(FI->getName());
196         if (OMI == OptznMap.end()) continue;
197         
198         LibCallOptimization *CO = OMI->second;
199
200         // Make sure the called function is suitable for the optimization
201         if (!CO->ValidateCalledFunction(FI, *this))
202           continue;
203
204         // Loop over each of the uses of the function
205         for (Value::use_iterator UI = FI->use_begin(), UE = FI->use_end();
206              UI != UE ; ) {
207           // If the use of the function is a call instruction
208           if (CallInst* CI = dyn_cast<CallInst>(*UI++)) {
209             // Do the optimization on the LibCallOptimization.
210             if (CO->OptimizeCall(CI, *this)) {
211               ++SimplifiedLibCalls;
212               found_optimization = result = true;
213               CO->succeeded();
214             }
215           }
216         }
217       }
218     } while (found_optimization);
219     
220     return result;
221   }
222
223   /// @brief Return the *current* module we're working on.
224   Module* getModule() const { return M; }
225
226   /// @brief Return the *current* target data for the module we're working on.
227   TargetData* getTargetData() const { return TD; }
228
229   /// @brief Return the size_t type -- syntactic shortcut
230   const Type* getIntPtrType() const { return TD->getIntPtrType(); }
231
232   /// @brief Return a Function* for the putchar libcall
233   Constant *get_putchar() {
234     if (!putchar_func)
235       putchar_func = 
236         M->getOrInsertFunction("putchar", Type::Int32Ty, Type::Int32Ty, NULL);
237     return putchar_func;
238   }
239
240   /// @brief Return a Function* for the puts libcall
241   Constant *get_puts() {
242     if (!puts_func)
243       puts_func = M->getOrInsertFunction("puts", Type::Int32Ty,
244                                          PointerType::get(Type::Int8Ty),
245                                          NULL);
246     return puts_func;
247   }
248
249   /// @brief Return a Function* for the fputc libcall
250   Constant *get_fputc(const Type* FILEptr_type) {
251     if (!fputc_func)
252       fputc_func = M->getOrInsertFunction("fputc", Type::Int32Ty, Type::Int32Ty,
253                                           FILEptr_type, NULL);
254     return fputc_func;
255   }
256
257   /// @brief Return a Function* for the fputs libcall
258   Constant *get_fputs(const Type* FILEptr_type) {
259     if (!fputs_func)
260       fputs_func = M->getOrInsertFunction("fputs", Type::Int32Ty,
261                                           PointerType::get(Type::Int8Ty),
262                                           FILEptr_type, NULL);
263     return fputs_func;
264   }
265
266   /// @brief Return a Function* for the fwrite libcall
267   Constant *get_fwrite(const Type* FILEptr_type) {
268     if (!fwrite_func)
269       fwrite_func = M->getOrInsertFunction("fwrite", TD->getIntPtrType(),
270                                            PointerType::get(Type::Int8Ty),
271                                            TD->getIntPtrType(),
272                                            TD->getIntPtrType(),
273                                            FILEptr_type, NULL);
274     return fwrite_func;
275   }
276
277   /// @brief Return a Function* for the sqrt libcall
278   Constant *get_sqrt() {
279     if (!sqrt_func)
280       sqrt_func = M->getOrInsertFunction("sqrt", Type::DoubleTy, 
281                                          Type::DoubleTy, NULL);
282     return sqrt_func;
283   }
284
285   /// @brief Return a Function* for the strcpy libcall
286   Constant *get_strcpy() {
287     if (!strcpy_func)
288       strcpy_func = M->getOrInsertFunction("strcpy",
289                                            PointerType::get(Type::Int8Ty),
290                                            PointerType::get(Type::Int8Ty),
291                                            PointerType::get(Type::Int8Ty),
292                                            NULL);
293     return strcpy_func;
294   }
295
296   /// @brief Return a Function* for the strlen libcall
297   Constant *get_strlen() {
298     if (!strlen_func)
299       strlen_func = M->getOrInsertFunction("strlen", TD->getIntPtrType(),
300                                            PointerType::get(Type::Int8Ty),
301                                            NULL);
302     return strlen_func;
303   }
304
305   /// @brief Return a Function* for the memchr libcall
306   Constant *get_memchr() {
307     if (!memchr_func)
308       memchr_func = M->getOrInsertFunction("memchr",
309                                            PointerType::get(Type::Int8Ty),
310                                            PointerType::get(Type::Int8Ty),
311                                            Type::Int32Ty, TD->getIntPtrType(),
312                                            NULL);
313     return memchr_func;
314   }
315
316   /// @brief Return a Function* for the memcpy libcall
317   Constant *get_memcpy() {
318     if (!memcpy_func) {
319       const Type *SBP = PointerType::get(Type::Int8Ty);
320       const char *N = TD->getIntPtrType() == Type::Int32Ty ?
321                             "llvm.memcpy.i32" : "llvm.memcpy.i64";
322       memcpy_func = M->getOrInsertFunction(N, Type::VoidTy, SBP, SBP,
323                                            TD->getIntPtrType(), Type::Int32Ty,
324                                            NULL);
325     }
326     return memcpy_func;
327   }
328
329   Constant *getUnaryFloatFunction(const char *Name, Constant *&Cache) {
330     if (!Cache)
331       Cache = M->getOrInsertFunction(Name, Type::FloatTy, Type::FloatTy, NULL);
332     return Cache;
333   }
334   
335   Constant *get_floorf() { return getUnaryFloatFunction("floorf", floorf_func);}
336   Constant *get_ceilf()  { return getUnaryFloatFunction( "ceilf",  ceilf_func);}
337   Constant *get_roundf() { return getUnaryFloatFunction("roundf", roundf_func);}
338   Constant *get_rintf()  { return getUnaryFloatFunction( "rintf",  rintf_func);}
339   Constant *get_nearbyintf() { return getUnaryFloatFunction("nearbyintf",
340                                                             nearbyintf_func); }
341 private:
342   /// @brief Reset our cached data for a new Module
343   void reset(Module& mod) {
344     M = &mod;
345     TD = &getAnalysis<TargetData>();
346     putchar_func = 0;
347     puts_func = 0;
348     fputc_func = 0;
349     fputs_func = 0;
350     fwrite_func = 0;
351     memcpy_func = 0;
352     memchr_func = 0;
353     sqrt_func   = 0;
354     strcpy_func = 0;
355     strlen_func = 0;
356     floorf_func = 0;
357     ceilf_func = 0;
358     roundf_func = 0;
359     rintf_func = 0;
360     nearbyintf_func = 0;
361   }
362
363 private:
364   /// Caches for function pointers.
365   Constant *putchar_func, *puts_func;
366   Constant *fputc_func, *fputs_func, *fwrite_func;
367   Constant *memcpy_func, *memchr_func;
368   Constant *sqrt_func;
369   Constant *strcpy_func, *strlen_func;
370   Constant *floorf_func, *ceilf_func, *roundf_func;
371   Constant *rintf_func, *nearbyintf_func;
372   Module *M;             ///< Cached Module
373   TargetData *TD;        ///< Cached TargetData
374 };
375
376 // Register the pass
377 RegisterPass<SimplifyLibCalls>
378 X("simplify-libcalls", "Simplify well-known library calls");
379
380 } // anonymous namespace
381
382 // The only public symbol in this file which just instantiates the pass object
383 ModulePass *llvm::createSimplifyLibCallsPass() {
384   return new SimplifyLibCalls();
385 }
386
387 // Classes below here, in the anonymous namespace, are all subclasses of the
388 // LibCallOptimization class, each implementing all optimizations possible for a
389 // single well-known library call. Each has a static singleton instance that
390 // auto registers it into the "optlist" global above.
391 namespace {
392
393 // Forward declare utility functions.
394 static bool GetConstantStringInfo(Value *V, ConstantArray *&Array,
395                                   uint64_t &Length, uint64_t &StartIdx);
396 static Value *CastToCStr(Value *V, Instruction *IP);
397
398 /// This LibCallOptimization will find instances of a call to "exit" that occurs
399 /// within the "main" function and change it to a simple "ret" instruction with
400 /// the same value passed to the exit function. When this is done, it splits the
401 /// basic block at the exit(3) call and deletes the call instruction.
402 /// @brief Replace calls to exit in main with a simple return
403 struct VISIBILITY_HIDDEN ExitInMainOptimization : public LibCallOptimization {
404   ExitInMainOptimization() : LibCallOptimization("exit",
405       "Number of 'exit' calls simplified") {}
406
407   // Make sure the called function looks like exit (int argument, int return
408   // type, external linkage, not varargs).
409   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function *F, SimplifyLibCalls &SLC){
410     return F->arg_size() >= 1 && F->arg_begin()->getType()->isInteger();
411   }
412
413   virtual bool OptimizeCall(CallInst* ci, SimplifyLibCalls& SLC) {
414     // To be careful, we check that the call to exit is coming from "main", that
415     // main has external linkage, and the return type of main and the argument
416     // to exit have the same type.
417     Function *from = ci->getParent()->getParent();
418     if (from->hasExternalLinkage())
419       if (from->getReturnType() == ci->getOperand(1)->getType())
420         if (from->getName() == "main") {
421           // Okay, time to actually do the optimization. First, get the basic
422           // block of the call instruction
423           BasicBlock* bb = ci->getParent();
424
425           // Create a return instruction that we'll replace the call with.
426           // Note that the argument of the return is the argument of the call
427           // instruction.
428           new ReturnInst(ci->getOperand(1), ci);
429
430           // Split the block at the call instruction which places it in a new
431           // basic block.
432           bb->splitBasicBlock(ci);
433
434           // The block split caused a branch instruction to be inserted into
435           // the end of the original block, right after the return instruction
436           // that we put there. That's not a valid block, so delete the branch
437           // instruction.
438           bb->getInstList().pop_back();
439
440           // Now we can finally get rid of the call instruction which now lives
441           // in the new basic block.
442           ci->eraseFromParent();
443
444           // Optimization succeeded, return true.
445           return true;
446         }
447     // We didn't pass the criteria for this optimization so return false
448     return false;
449   }
450 } ExitInMainOptimizer;
451
452 /// This LibCallOptimization will simplify a call to the strcat library
453 /// function. The simplification is possible only if the string being
454 /// concatenated is a constant array or a constant expression that results in
455 /// a constant string. In this case we can replace it with strlen + llvm.memcpy
456 /// of the constant string. Both of these calls are further reduced, if possible
457 /// on subsequent passes.
458 /// @brief Simplify the strcat library function.
459 struct VISIBILITY_HIDDEN StrCatOptimization : public LibCallOptimization {
460 public:
461   /// @brief Default constructor
462   StrCatOptimization() : LibCallOptimization("strcat",
463       "Number of 'strcat' calls simplified") {}
464
465 public:
466
467   /// @brief Make sure that the "strcat" function has the right prototype
468   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function* f, SimplifyLibCalls& SLC){
469     if (f->getReturnType() == PointerType::get(Type::Int8Ty))
470       if (f->arg_size() == 2)
471       {
472         Function::const_arg_iterator AI = f->arg_begin();
473         if (AI++->getType() == PointerType::get(Type::Int8Ty))
474           if (AI->getType() == PointerType::get(Type::Int8Ty))
475           {
476             // Indicate this is a suitable call type.
477             return true;
478           }
479       }
480     return false;
481   }
482
483   /// @brief Optimize the strcat library function
484   virtual bool OptimizeCall(CallInst *CI, SimplifyLibCalls &SLC) {
485     // Extract some information from the instruction
486     Value *Dst = CI->getOperand(1);
487     Value *Src = CI->getOperand(2);
488
489     // Extract the initializer (while making numerous checks) from the
490     // source operand of the call to strcat.
491     uint64_t SrcLength, StartIdx;
492     ConstantArray *Arr;
493     if (!GetConstantStringInfo(Src, Arr, SrcLength, StartIdx))
494       return false;
495
496     // Handle the simple, do-nothing case
497     if (SrcLength == 0)
498       return ReplaceCallWith(CI, Dst);
499
500     // We need to find the end of the destination string.  That's where the
501     // memory is to be moved to. We just generate a call to strlen (further
502     // optimized in another pass).
503     CallInst *DstLen = new CallInst(SLC.get_strlen(), Dst,
504                                     Dst->getName()+".len", CI);
505
506     // Now that we have the destination's length, we must index into the
507     // destination's pointer to get the actual memcpy destination (end of
508     // the string .. we're concatenating).
509     Dst = new GetElementPtrInst(Dst, DstLen, Dst->getName()+".indexed", CI);
510
511     // We have enough information to now generate the memcpy call to
512     // do the concatenation for us.
513     Value *Vals[] = {
514       Dst, Src,
515       ConstantInt::get(SLC.getIntPtrType(), SrcLength+1), // copy nul term.
516       ConstantInt::get(Type::Int32Ty, 1)  // alignment
517     };
518     new CallInst(SLC.get_memcpy(), Vals, 4, "", CI);
519
520     return ReplaceCallWith(CI, Dst);
521   }
522 } StrCatOptimizer;
523
524 /// This LibCallOptimization will simplify a call to the strchr library
525 /// function.  It optimizes out cases where the arguments are both constant
526 /// and the result can be determined statically.
527 /// @brief Simplify the strcmp library function.
528 struct VISIBILITY_HIDDEN StrChrOptimization : public LibCallOptimization {
529 public:
530   StrChrOptimization() : LibCallOptimization("strchr",
531       "Number of 'strchr' calls simplified") {}
532
533   /// @brief Make sure that the "strchr" function has the right prototype
534   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function *F, SimplifyLibCalls &SLC){
535     const FunctionType *FT = F->getFunctionType();
536     return FT->getNumParams() == 2 &&
537            FT->getReturnType() == PointerType::get(Type::Int8Ty) &&
538            FT->getParamType(0) == FT->getReturnType() &&
539            isa<IntegerType>(FT->getParamType(1));
540   }
541
542   /// @brief Perform the strchr optimizations
543   virtual bool OptimizeCall(CallInst *CI, SimplifyLibCalls &SLC) {
544     // Check that the first argument to strchr is a constant array of sbyte.
545     // If it is, get the length and data, otherwise return false.
546     uint64_t StrLength, StartIdx;
547     ConstantArray *CA = 0;
548     if (!GetConstantStringInfo(CI->getOperand(1), CA, StrLength, StartIdx))
549       return false;
550
551     // If the second operand is not constant, just lower this to memchr since we
552     // know the length of the input string.
553     ConstantInt *CSI = dyn_cast<ConstantInt>(CI->getOperand(2));
554     if (!CSI) {
555       Value *Args[3] = {
556         CI->getOperand(1),
557         CI->getOperand(2),
558         ConstantInt::get(SLC.getIntPtrType(), StrLength+1)
559       };
560       return ReplaceCallWith(CI, new CallInst(SLC.get_memchr(), Args, 3,
561                                               CI->getName(), CI));
562     }
563
564     // Get the character we're looking for
565     int64_t CharValue = CSI->getSExtValue();
566
567     if (StrLength == 0) {
568       // If the length of the string is zero, and we are searching for zero,
569       // return the input pointer.
570       if (CharValue == 0)
571         return ReplaceCallWith(CI, CI->getOperand(1));
572       // Otherwise, char wasn't found.
573       return ReplaceCallWith(CI, Constant::getNullValue(CI->getType()));
574     }
575     
576     // Compute the offset
577     uint64_t i = 0;
578     while (1) {
579       assert(i <= StrLength && "Didn't find null terminator?");
580       if (ConstantInt *C = dyn_cast<ConstantInt>(CA->getOperand(i+StartIdx))) {
581         // Did we find our match?
582         if (C->getSExtValue() == CharValue)
583           break;
584         if (C->isZero()) // We found the end of the string. strchr returns null.
585           return ReplaceCallWith(CI, Constant::getNullValue(CI->getType()));
586       }
587       ++i;
588     }
589
590     // strchr(s+n,c)  -> gep(s+n+i,c)
591     //    (if c is a constant integer and s is a constant string)
592     Value *Idx = ConstantInt::get(Type::Int64Ty, i);
593     Value *GEP = new GetElementPtrInst(CI->getOperand(1), Idx, 
594                                        CI->getOperand(1)->getName() +
595                                        ".strchr", CI);
596     return ReplaceCallWith(CI, GEP);
597   }
598 } StrChrOptimizer;
599
600 /// This LibCallOptimization will simplify a call to the strcmp library
601 /// function.  It optimizes out cases where one or both arguments are constant
602 /// and the result can be determined statically.
603 /// @brief Simplify the strcmp library function.
604 struct VISIBILITY_HIDDEN StrCmpOptimization : public LibCallOptimization {
605 public:
606   StrCmpOptimization() : LibCallOptimization("strcmp",
607       "Number of 'strcmp' calls simplified") {}
608
609   /// @brief Make sure that the "strcmp" function has the right prototype
610   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function *F, SimplifyLibCalls &SLC){
611     const FunctionType *FT = F->getFunctionType();
612     return FT->getReturnType() == Type::Int32Ty && FT->getNumParams() == 2 &&
613            FT->getParamType(0) == FT->getParamType(1) &&
614            FT->getParamType(0) == PointerType::get(Type::Int8Ty);
615   }
616
617   /// @brief Perform the strcmp optimization
618   virtual bool OptimizeCall(CallInst *CI, SimplifyLibCalls &SLC) {
619     // First, check to see if src and destination are the same. If they are,
620     // then the optimization is to replace the CallInst with a constant 0
621     // because the call is a no-op.
622     Value *Str1P = CI->getOperand(1);
623     Value *Str2P = CI->getOperand(2);
624     if (Str1P == Str2P)      // strcmp(x,x)  -> 0
625       return ReplaceCallWith(CI, ConstantInt::get(CI->getType(), 0));
626
627     uint64_t Str1Len, Str1StartIdx;
628     ConstantArray *A1;
629     bool Str1IsCst = GetConstantStringInfo(Str1P, A1, Str1Len, Str1StartIdx);
630     if (Str1IsCst && Str1Len == 0) {
631       // strcmp("", x) -> *x
632       Value *V = new LoadInst(Str2P, CI->getName()+".load", CI);
633       V = new ZExtInst(V, CI->getType(), CI->getName()+".int", CI);
634       return ReplaceCallWith(CI, V);
635     }
636
637     uint64_t Str2Len, Str2StartIdx;
638     ConstantArray* A2;
639     bool Str2IsCst = GetConstantStringInfo(Str2P, A2, Str2Len, Str2StartIdx);
640     if (Str2IsCst && Str2Len == 0) {
641       // strcmp(x,"") -> *x
642       Value *V = new LoadInst(Str1P, CI->getName()+".load", CI);
643       V = new ZExtInst(V, CI->getType(), CI->getName()+".int", CI);
644       return ReplaceCallWith(CI, V);
645     }
646
647     if (Str1IsCst && Str2IsCst && A1->isCString() && A2->isCString()) {
648       // strcmp(x, y)  -> cnst  (if both x and y are constant strings)
649       std::string S1 = A1->getAsString();
650       std::string S2 = A2->getAsString();
651       int R = strcmp(S1.c_str()+Str1StartIdx, S2.c_str()+Str2StartIdx);
652       return ReplaceCallWith(CI, ConstantInt::get(CI->getType(), R));
653     }
654     return false;
655   }
656 } StrCmpOptimizer;
657
658 /// This LibCallOptimization will simplify a call to the strncmp library
659 /// function.  It optimizes out cases where one or both arguments are constant
660 /// and the result can be determined statically.
661 /// @brief Simplify the strncmp library function.
662 struct VISIBILITY_HIDDEN StrNCmpOptimization : public LibCallOptimization {
663 public:
664   StrNCmpOptimization() : LibCallOptimization("strncmp",
665       "Number of 'strncmp' calls simplified") {}
666
667   /// @brief Make sure that the "strncmp" function has the right prototype
668   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function *F, SimplifyLibCalls &SLC){
669     const FunctionType *FT = F->getFunctionType();
670     return FT->getReturnType() == Type::Int32Ty && FT->getNumParams() == 3 &&
671            FT->getParamType(0) == FT->getParamType(1) &&
672            FT->getParamType(0) == PointerType::get(Type::Int8Ty) &&
673            isa<IntegerType>(FT->getParamType(2));
674     return false;
675   }
676
677   /// @brief Perform the strncmp optimization
678   virtual bool OptimizeCall(CallInst *CI, SimplifyLibCalls &SLC) {
679     // First, check to see if src and destination are the same. If they are,
680     // then the optimization is to replace the CallInst with a constant 0
681     // because the call is a no-op.
682     Value *Str1P = CI->getOperand(1);
683     Value *Str2P = CI->getOperand(2);
684     if (Str1P == Str2P)  // strncmp(x,x)  -> 0
685       return ReplaceCallWith(CI, ConstantInt::get(CI->getType(), 0));
686     
687     // Check the length argument, if it is Constant zero then the strings are
688     // considered equal.
689     uint64_t Length;
690     if (ConstantInt *LengthArg = dyn_cast<ConstantInt>(CI->getOperand(3)))
691       Length = LengthArg->getZExtValue();
692     else
693       return false;
694     
695     if (Length == 0) {
696       // strncmp(x,y,0)   -> 0
697       return ReplaceCallWith(CI, ConstantInt::get(CI->getType(), 0));
698     }
699     
700     uint64_t Str1Len, Str1StartIdx;
701     ConstantArray *A1;
702     bool Str1IsCst = GetConstantStringInfo(Str1P, A1, Str1Len, Str1StartIdx);
703     if (Str1IsCst && Str1Len == 0) {
704       // strncmp("", x) -> *x
705       Value *V = new LoadInst(Str2P, CI->getName()+".load", CI);
706       V = new ZExtInst(V, CI->getType(), CI->getName()+".int", CI);
707       return ReplaceCallWith(CI, V);
708     }
709     
710     uint64_t Str2Len, Str2StartIdx;
711     ConstantArray* A2;
712     bool Str2IsCst = GetConstantStringInfo(Str2P, A2, Str2Len, Str2StartIdx);
713     if (Str2IsCst && Str2Len == 0) {
714       // strncmp(x,"") -> *x
715       Value *V = new LoadInst(Str1P, CI->getName()+".load", CI);
716       V = new ZExtInst(V, CI->getType(), CI->getName()+".int", CI);
717       return ReplaceCallWith(CI, V);
718     }
719     
720     if (Str1IsCst && Str2IsCst && A1->isCString() &&
721         A2->isCString()) {
722       // strncmp(x, y)  -> cnst  (if both x and y are constant strings)
723       std::string S1 = A1->getAsString();
724       std::string S2 = A2->getAsString();
725       int R = strncmp(S1.c_str()+Str1StartIdx, S2.c_str()+Str2StartIdx, Length);
726       return ReplaceCallWith(CI, ConstantInt::get(CI->getType(), R));
727     }
728     return false;
729   }
730 } StrNCmpOptimizer;
731
732 /// This LibCallOptimization will simplify a call to the strcpy library
733 /// function.  Two optimizations are possible:
734 /// (1) If src and dest are the same and not volatile, just return dest
735 /// (2) If the src is a constant then we can convert to llvm.memmove
736 /// @brief Simplify the strcpy library function.
737 struct VISIBILITY_HIDDEN StrCpyOptimization : public LibCallOptimization {
738 public:
739   StrCpyOptimization() : LibCallOptimization("strcpy",
740       "Number of 'strcpy' calls simplified") {}
741
742   /// @brief Make sure that the "strcpy" function has the right prototype
743   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function *F, SimplifyLibCalls &SLC){
744     const FunctionType *FT = F->getFunctionType();
745     return FT->getNumParams() == 2 &&
746            FT->getParamType(0) == FT->getParamType(1) &&
747            FT->getReturnType() == FT->getParamType(0) &&
748            FT->getParamType(0) == PointerType::get(Type::Int8Ty);
749   }
750
751   /// @brief Perform the strcpy optimization
752   virtual bool OptimizeCall(CallInst *CI, SimplifyLibCalls &SLC) {
753     // First, check to see if src and destination are the same. If they are,
754     // then the optimization is to replace the CallInst with the destination
755     // because the call is a no-op. Note that this corresponds to the
756     // degenerate strcpy(X,X) case which should have "undefined" results
757     // according to the C specification. However, it occurs sometimes and
758     // we optimize it as a no-op.
759     Value *Dst = CI->getOperand(1);
760     Value *Src = CI->getOperand(2);
761     if (Dst == Src) {
762       // strcpy(x, x) -> x
763       return ReplaceCallWith(CI, Dst);
764     }
765     
766     // Get the length of the constant string referenced by the Src operand.
767     uint64_t SrcLen, SrcStartIdx;
768     ConstantArray *SrcArr;
769     if (!GetConstantStringInfo(Src, SrcArr, SrcLen, SrcStartIdx))
770       return false;
771
772     // If the constant string's length is zero we can optimize this by just
773     // doing a store of 0 at the first byte of the destination
774     if (SrcLen == 0) {
775       new StoreInst(ConstantInt::get(Type::Int8Ty, 0), Dst, CI);
776       return ReplaceCallWith(CI, Dst);
777     }
778
779     // We have enough information to now generate the memcpy call to
780     // do the concatenation for us.
781     Value *MemcpyOps[] = {
782       Dst, Src,
783       ConstantInt::get(SLC.getIntPtrType(), SrcLen+1), // length including nul.
784       ConstantInt::get(Type::Int32Ty, 1) // alignment
785     };
786     new CallInst(SLC.get_memcpy(), MemcpyOps, 4, "", CI);
787
788     return ReplaceCallWith(CI, Dst);
789   }
790 } StrCpyOptimizer;
791
792 /// This LibCallOptimization will simplify a call to the strlen library
793 /// function by replacing it with a constant value if the string provided to
794 /// it is a constant array.
795 /// @brief Simplify the strlen library function.
796 struct VISIBILITY_HIDDEN StrLenOptimization : public LibCallOptimization {
797   StrLenOptimization() : LibCallOptimization("strlen",
798       "Number of 'strlen' calls simplified") {}
799
800   /// @brief Make sure that the "strlen" function has the right prototype
801   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function *F, SimplifyLibCalls &SLC){
802     const FunctionType *FT = F->getFunctionType();
803     return FT->getNumParams() == 1 &&
804            FT->getParamType(0) == PointerType::get(Type::Int8Ty) &&
805            isa<IntegerType>(FT->getReturnType());
806   }
807
808   /// @brief Perform the strlen optimization
809   virtual bool OptimizeCall(CallInst *CI, SimplifyLibCalls &SLC) {
810     // Make sure we're dealing with an sbyte* here.
811     Value *Str = CI->getOperand(1);
812
813     // Does the call to strlen have exactly one use?
814     if (CI->hasOneUse()) {
815       // Is that single use a icmp operator?
816       if (ICmpInst *Cmp = dyn_cast<ICmpInst>(CI->use_back()))
817         // Is it compared against a constant integer?
818         if (ConstantInt *Cst = dyn_cast<ConstantInt>(Cmp->getOperand(1))) {
819           // If its compared against length 0 with == or !=
820           if (Cst->getZExtValue() == 0 && Cmp->isEquality()) {
821             // strlen(x) != 0 -> *x != 0
822             // strlen(x) == 0 -> *x == 0
823             Value *V = new LoadInst(Str, Str->getName()+".first", CI);
824             V = new ICmpInst(Cmp->getPredicate(), V, 
825                              ConstantInt::get(Type::Int8Ty, 0),
826                              Cmp->getName()+".strlen", CI);
827             Cmp->replaceAllUsesWith(V);
828             Cmp->eraseFromParent();
829             return ReplaceCallWith(CI, 0);  // no uses.
830           }
831         }
832     }
833
834     // Get the length of the constant string operand
835     uint64_t StrLen = 0, StartIdx;
836     ConstantArray *A;
837     if (!GetConstantStringInfo(CI->getOperand(1), A, StrLen, StartIdx))
838       return false;
839
840     // strlen("xyz") -> 3 (for example)
841     return ReplaceCallWith(CI, ConstantInt::get(CI->getType(), StrLen));
842   }
843 } StrLenOptimizer;
844
845 /// IsOnlyUsedInEqualsComparison - Return true if it only matters that the value
846 /// is equal or not-equal to zero. 
847 static bool IsOnlyUsedInEqualsZeroComparison(Instruction *I) {
848   for (Value::use_iterator UI = I->use_begin(), E = I->use_end();
849        UI != E; ++UI) {
850     if (ICmpInst *IC = dyn_cast<ICmpInst>(*UI))
851       if (IC->isEquality())
852         if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(IC->getOperand(1)))
853           if (C->isNullValue())
854             continue;
855     // Unknown instruction.
856     return false;
857   }
858   return true;
859 }
860
861 /// This memcmpOptimization will simplify a call to the memcmp library
862 /// function.
863 struct VISIBILITY_HIDDEN memcmpOptimization : public LibCallOptimization {
864   /// @brief Default Constructor
865   memcmpOptimization()
866     : LibCallOptimization("memcmp", "Number of 'memcmp' calls simplified") {}
867   
868   /// @brief Make sure that the "memcmp" function has the right prototype
869   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function *F, SimplifyLibCalls &TD) {
870     Function::const_arg_iterator AI = F->arg_begin();
871     if (F->arg_size() != 3 || !isa<PointerType>(AI->getType())) return false;
872     if (!isa<PointerType>((++AI)->getType())) return false;
873     if (!(++AI)->getType()->isInteger()) return false;
874     if (!F->getReturnType()->isInteger()) return false;
875     return true;
876   }
877   
878   /// Because of alignment and instruction information that we don't have, we
879   /// leave the bulk of this to the code generators.
880   ///
881   /// Note that we could do much more if we could force alignment on otherwise
882   /// small aligned allocas, or if we could indicate that loads have a small
883   /// alignment.
884   virtual bool OptimizeCall(CallInst *CI, SimplifyLibCalls &TD) {
885     Value *LHS = CI->getOperand(1), *RHS = CI->getOperand(2);
886
887     // If the two operands are the same, return zero.
888     if (LHS == RHS) {
889       // memcmp(s,s,x) -> 0
890       return ReplaceCallWith(CI, Constant::getNullValue(CI->getType()));
891     }
892     
893     // Make sure we have a constant length.
894     ConstantInt *LenC = dyn_cast<ConstantInt>(CI->getOperand(3));
895     if (!LenC) return false;
896     uint64_t Len = LenC->getZExtValue();
897       
898     // If the length is zero, this returns 0.
899     switch (Len) {
900     case 0:
901       // memcmp(s1,s2,0) -> 0
902       return ReplaceCallWith(CI, Constant::getNullValue(CI->getType()));
903     case 1: {
904       // memcmp(S1,S2,1) -> *(ubyte*)S1 - *(ubyte*)S2
905       const Type *UCharPtr = PointerType::get(Type::Int8Ty);
906       CastInst *Op1Cast = CastInst::create(
907           Instruction::BitCast, LHS, UCharPtr, LHS->getName(), CI);
908       CastInst *Op2Cast = CastInst::create(
909           Instruction::BitCast, RHS, UCharPtr, RHS->getName(), CI);
910       Value *S1V = new LoadInst(Op1Cast, LHS->getName()+".val", CI);
911       Value *S2V = new LoadInst(Op2Cast, RHS->getName()+".val", CI);
912       Value *RV = BinaryOperator::createSub(S1V, S2V, CI->getName()+".diff",CI);
913       if (RV->getType() != CI->getType())
914         RV = CastInst::createIntegerCast(RV, CI->getType(), false, 
915                                          RV->getName(), CI);
916       return ReplaceCallWith(CI, RV);
917     }
918     case 2:
919       if (IsOnlyUsedInEqualsZeroComparison(CI)) {
920         // TODO: IF both are aligned, use a short load/compare.
921       
922         // memcmp(S1,S2,2) -> S1[0]-S2[0] | S1[1]-S2[1] iff only ==/!= 0 matters
923         const Type *UCharPtr = PointerType::get(Type::Int8Ty);
924         CastInst *Op1Cast = CastInst::create(
925             Instruction::BitCast, LHS, UCharPtr, LHS->getName(), CI);
926         CastInst *Op2Cast = CastInst::create(
927             Instruction::BitCast, RHS, UCharPtr, RHS->getName(), CI);
928         Value *S1V1 = new LoadInst(Op1Cast, LHS->getName()+".val1", CI);
929         Value *S2V1 = new LoadInst(Op2Cast, RHS->getName()+".val1", CI);
930         Value *D1 = BinaryOperator::createSub(S1V1, S2V1,
931                                               CI->getName()+".d1", CI);
932         Constant *One = ConstantInt::get(Type::Int32Ty, 1);
933         Value *G1 = new GetElementPtrInst(Op1Cast, One, "next1v", CI);
934         Value *G2 = new GetElementPtrInst(Op2Cast, One, "next2v", CI);
935         Value *S1V2 = new LoadInst(G1, LHS->getName()+".val2", CI);
936         Value *S2V2 = new LoadInst(G2, RHS->getName()+".val2", CI);
937         Value *D2 = BinaryOperator::createSub(S1V2, S2V2,
938                                               CI->getName()+".d1", CI);
939         Value *Or = BinaryOperator::createOr(D1, D2, CI->getName()+".res", CI);
940         if (Or->getType() != CI->getType())
941           Or = CastInst::createIntegerCast(Or, CI->getType(), false /*ZExt*/, 
942                                            Or->getName(), CI);
943         return ReplaceCallWith(CI, Or);
944       }
945       break;
946     default:
947       break;
948     }
949     
950     return false;
951   }
952 } memcmpOptimizer;
953
954
955 /// This LibCallOptimization will simplify a call to the memcpy library
956 /// function by expanding it out to a single store of size 0, 1, 2, 4, or 8
957 /// bytes depending on the length of the string and the alignment. Additional
958 /// optimizations are possible in code generation (sequence of immediate store)
959 /// @brief Simplify the memcpy library function.
960 struct VISIBILITY_HIDDEN LLVMMemCpyMoveOptzn : public LibCallOptimization {
961   LLVMMemCpyMoveOptzn(const char* fname, const char* desc)
962   : LibCallOptimization(fname, desc) {}
963
964   /// @brief Make sure that the "memcpy" function has the right prototype
965   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function* f, SimplifyLibCalls& TD) {
966     // Just make sure this has 4 arguments per LLVM spec.
967     return (f->arg_size() == 4);
968   }
969
970   /// Because of alignment and instruction information that we don't have, we
971   /// leave the bulk of this to the code generators. The optimization here just
972   /// deals with a few degenerate cases where the length of the string and the
973   /// alignment match the sizes of our intrinsic types so we can do a load and
974   /// store instead of the memcpy call.
975   /// @brief Perform the memcpy optimization.
976   virtual bool OptimizeCall(CallInst* ci, SimplifyLibCalls& TD) {
977     // Make sure we have constant int values to work with
978     ConstantInt* LEN = dyn_cast<ConstantInt>(ci->getOperand(3));
979     if (!LEN)
980       return false;
981     ConstantInt* ALIGN = dyn_cast<ConstantInt>(ci->getOperand(4));
982     if (!ALIGN)
983       return false;
984
985     // If the length is larger than the alignment, we can't optimize
986     uint64_t len = LEN->getZExtValue();
987     uint64_t alignment = ALIGN->getZExtValue();
988     if (alignment == 0)
989       alignment = 1; // Alignment 0 is identity for alignment 1
990     if (len > alignment)
991       return false;
992
993     // Get the type we will cast to, based on size of the string
994     Value* dest = ci->getOperand(1);
995     Value* src = ci->getOperand(2);
996     const Type* castType = 0;
997     switch (len) {
998       case 0:
999         // memcpy(d,s,0,a) -> d
1000         return ReplaceCallWith(ci, 0);
1001       case 1: castType = Type::Int8Ty; break;
1002       case 2: castType = Type::Int16Ty; break;
1003       case 4: castType = Type::Int32Ty; break;
1004       case 8: castType = Type::Int64Ty; break;
1005       default:
1006         return false;
1007     }
1008
1009     // Cast source and dest to the right sized primitive and then load/store
1010     CastInst* SrcCast = CastInst::create(Instruction::BitCast,
1011         src, PointerType::get(castType), src->getName()+".cast", ci);
1012     CastInst* DestCast = CastInst::create(Instruction::BitCast,
1013         dest, PointerType::get(castType),dest->getName()+".cast", ci);
1014     LoadInst* LI = new LoadInst(SrcCast,SrcCast->getName()+".val",ci);
1015     new StoreInst(LI, DestCast, ci);
1016     return ReplaceCallWith(ci, 0);
1017   }
1018 };
1019
1020 /// This LibCallOptimization will simplify a call to the memcpy/memmove library
1021 /// functions.
1022 LLVMMemCpyMoveOptzn LLVMMemCpyOptimizer32("llvm.memcpy.i32",
1023                                     "Number of 'llvm.memcpy' calls simplified");
1024 LLVMMemCpyMoveOptzn LLVMMemCpyOptimizer64("llvm.memcpy.i64",
1025                                    "Number of 'llvm.memcpy' calls simplified");
1026 LLVMMemCpyMoveOptzn LLVMMemMoveOptimizer32("llvm.memmove.i32",
1027                                    "Number of 'llvm.memmove' calls simplified");
1028 LLVMMemCpyMoveOptzn LLVMMemMoveOptimizer64("llvm.memmove.i64",
1029                                    "Number of 'llvm.memmove' calls simplified");
1030
1031 /// This LibCallOptimization will simplify a call to the memset library
1032 /// function by expanding it out to a single store of size 0, 1, 2, 4, or 8
1033 /// bytes depending on the length argument.
1034 struct VISIBILITY_HIDDEN LLVMMemSetOptimization : public LibCallOptimization {
1035   /// @brief Default Constructor
1036   LLVMMemSetOptimization(const char *Name) : LibCallOptimization(Name,
1037       "Number of 'llvm.memset' calls simplified") {}
1038
1039   /// @brief Make sure that the "memset" function has the right prototype
1040   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function *F, SimplifyLibCalls &TD) {
1041     // Just make sure this has 3 arguments per LLVM spec.
1042     return F->arg_size() == 4;
1043   }
1044
1045   /// Because of alignment and instruction information that we don't have, we
1046   /// leave the bulk of this to the code generators. The optimization here just
1047   /// deals with a few degenerate cases where the length parameter is constant
1048   /// and the alignment matches the sizes of our intrinsic types so we can do
1049   /// store instead of the memcpy call. Other calls are transformed into the
1050   /// llvm.memset intrinsic.
1051   /// @brief Perform the memset optimization.
1052   virtual bool OptimizeCall(CallInst *ci, SimplifyLibCalls &TD) {
1053     // Make sure we have constant int values to work with
1054     ConstantInt* LEN = dyn_cast<ConstantInt>(ci->getOperand(3));
1055     if (!LEN)
1056       return false;
1057     ConstantInt* ALIGN = dyn_cast<ConstantInt>(ci->getOperand(4));
1058     if (!ALIGN)
1059       return false;
1060
1061     // Extract the length and alignment
1062     uint64_t len = LEN->getZExtValue();
1063     uint64_t alignment = ALIGN->getZExtValue();
1064
1065     // Alignment 0 is identity for alignment 1
1066     if (alignment == 0)
1067       alignment = 1;
1068
1069     // If the length is zero, this is a no-op
1070     if (len == 0) {
1071       // memset(d,c,0,a) -> noop
1072       return ReplaceCallWith(ci, 0);
1073     }
1074
1075     // If the length is larger than the alignment, we can't optimize
1076     if (len > alignment)
1077       return false;
1078
1079     // Make sure we have a constant ubyte to work with so we can extract
1080     // the value to be filled.
1081     ConstantInt* FILL = dyn_cast<ConstantInt>(ci->getOperand(2));
1082     if (!FILL)
1083       return false;
1084     if (FILL->getType() != Type::Int8Ty)
1085       return false;
1086
1087     // memset(s,c,n) -> store s, c (for n=1,2,4,8)
1088
1089     // Extract the fill character
1090     uint64_t fill_char = FILL->getZExtValue();
1091     uint64_t fill_value = fill_char;
1092
1093     // Get the type we will cast to, based on size of memory area to fill, and
1094     // and the value we will store there.
1095     Value* dest = ci->getOperand(1);
1096     const Type* castType = 0;
1097     switch (len) {
1098       case 1:
1099         castType = Type::Int8Ty;
1100         break;
1101       case 2:
1102         castType = Type::Int16Ty;
1103         fill_value |= fill_char << 8;
1104         break;
1105       case 4:
1106         castType = Type::Int32Ty;
1107         fill_value |= fill_char << 8 | fill_char << 16 | fill_char << 24;
1108         break;
1109       case 8:
1110         castType = Type::Int64Ty;
1111         fill_value |= fill_char << 8 | fill_char << 16 | fill_char << 24;
1112         fill_value |= fill_char << 32 | fill_char << 40 | fill_char << 48;
1113         fill_value |= fill_char << 56;
1114         break;
1115       default:
1116         return false;
1117     }
1118
1119     // Cast dest to the right sized primitive and then load/store
1120     CastInst* DestCast = new BitCastInst(dest, PointerType::get(castType), 
1121                                          dest->getName()+".cast", ci);
1122     new StoreInst(ConstantInt::get(castType,fill_value),DestCast, ci);
1123     return ReplaceCallWith(ci, 0);
1124   }
1125 };
1126
1127 LLVMMemSetOptimization MemSet32Optimizer("llvm.memset.i32");
1128 LLVMMemSetOptimization MemSet64Optimizer("llvm.memset.i64");
1129
1130
1131 /// This LibCallOptimization will simplify calls to the "pow" library
1132 /// function. It looks for cases where the result of pow is well known and
1133 /// substitutes the appropriate value.
1134 /// @brief Simplify the pow library function.
1135 struct VISIBILITY_HIDDEN PowOptimization : public LibCallOptimization {
1136 public:
1137   /// @brief Default Constructor
1138   PowOptimization() : LibCallOptimization("pow",
1139       "Number of 'pow' calls simplified") {}
1140
1141   /// @brief Make sure that the "pow" function has the right prototype
1142   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function* f, SimplifyLibCalls& SLC){
1143     // Just make sure this has 2 arguments
1144     return (f->arg_size() == 2);
1145   }
1146
1147   /// @brief Perform the pow optimization.
1148   virtual bool OptimizeCall(CallInst *ci, SimplifyLibCalls &SLC) {
1149     const Type *Ty = cast<Function>(ci->getOperand(0))->getReturnType();
1150     Value* base = ci->getOperand(1);
1151     Value* expn = ci->getOperand(2);
1152     if (ConstantFP *Op1 = dyn_cast<ConstantFP>(base)) {
1153       double Op1V = Op1->getValue();
1154       if (Op1V == 1.0) // pow(1.0,x) -> 1.0
1155         return ReplaceCallWith(ci, ConstantFP::get(Ty, 1.0));
1156     }  else if (ConstantFP* Op2 = dyn_cast<ConstantFP>(expn)) {
1157       double Op2V = Op2->getValue();
1158       if (Op2V == 0.0) {
1159         // pow(x,0.0) -> 1.0
1160         return ReplaceCallWith(ci, ConstantFP::get(Ty,1.0));
1161       } else if (Op2V == 0.5) {
1162         // pow(x,0.5) -> sqrt(x)
1163         CallInst* sqrt_inst = new CallInst(SLC.get_sqrt(), base,
1164             ci->getName()+".pow",ci);
1165         return ReplaceCallWith(ci, sqrt_inst);
1166       } else if (Op2V == 1.0) {
1167         // pow(x,1.0) -> x
1168         return ReplaceCallWith(ci, base);
1169       } else if (Op2V == -1.0) {
1170         // pow(x,-1.0)    -> 1.0/x
1171         Value *div_inst = 
1172           BinaryOperator::createFDiv(ConstantFP::get(Ty, 1.0), base,
1173                                      ci->getName()+".pow", ci);
1174         return ReplaceCallWith(ci, div_inst);
1175       }
1176     }
1177     return false; // opt failed
1178   }
1179 } PowOptimizer;
1180
1181 /// This LibCallOptimization will simplify calls to the "printf" library
1182 /// function. It looks for cases where the result of printf is not used and the
1183 /// operation can be reduced to something simpler.
1184 /// @brief Simplify the printf library function.
1185 struct VISIBILITY_HIDDEN PrintfOptimization : public LibCallOptimization {
1186 public:
1187   /// @brief Default Constructor
1188   PrintfOptimization() : LibCallOptimization("printf",
1189       "Number of 'printf' calls simplified") {}
1190
1191   /// @brief Make sure that the "printf" function has the right prototype
1192   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function *F, SimplifyLibCalls &SLC){
1193     // Just make sure this has at least 1 arguments
1194     return F->arg_size() >= 1;
1195   }
1196
1197   /// @brief Perform the printf optimization.
1198   virtual bool OptimizeCall(CallInst *CI, SimplifyLibCalls &SLC) {
1199     // If the call has more than 2 operands, we can't optimize it
1200     if (CI->getNumOperands() != 3)
1201       return false;
1202
1203     // If the result of the printf call is used, none of these optimizations
1204     // can be made.
1205     if (!CI->use_empty())
1206       return false;
1207
1208     // All the optimizations depend on the length of the first argument and the
1209     // fact that it is a constant string array. Check that now
1210     uint64_t FormatLen, FormatIdx;
1211     ConstantArray *CA = 0;
1212     if (!GetConstantStringInfo(CI->getOperand(1), CA, FormatLen, FormatIdx))
1213       return false;
1214
1215     if (FormatLen != 2 && FormatLen != 3)
1216       return false;
1217
1218     // The first character has to be a %
1219     if (cast<ConstantInt>(CA->getOperand(FormatIdx))->getZExtValue() != '%')
1220       return false;
1221
1222     // Get the second character and switch on its value
1223     switch (cast<ConstantInt>(CA->getOperand(FormatIdx+1))->getZExtValue()) {
1224     default:  return false;
1225     case 's': {
1226       if (FormatLen != 3 ||
1227           cast<ConstantInt>(CA->getOperand(FormatIdx+2))->getZExtValue() !='\n')
1228         return false;
1229
1230       // printf("%s\n",str) -> puts(str)
1231       new CallInst(SLC.get_puts(), CastToCStr(CI->getOperand(2), CI),
1232                    CI->getName(), CI);
1233       return ReplaceCallWith(CI, 0);
1234     }
1235     case 'c': {
1236       // printf("%c",c) -> putchar(c)
1237       if (FormatLen != 2)
1238         return false;
1239       
1240       Value *V = CI->getOperand(2);
1241       if (!isa<IntegerType>(V->getType()) ||
1242           cast<IntegerType>(V->getType())->getBitWidth() < 32)
1243         return false;
1244
1245       V = CastInst::createSExtOrBitCast(V, Type::Int32Ty, CI->getName()+".int",
1246                                         CI);
1247       new CallInst(SLC.get_putchar(), V, "", CI);
1248       return ReplaceCallWith(CI, 0);
1249     }
1250     }
1251   }
1252 } PrintfOptimizer;
1253
1254 /// This LibCallOptimization will simplify calls to the "fprintf" library
1255 /// function. It looks for cases where the result of fprintf is not used and the
1256 /// operation can be reduced to something simpler.
1257 /// @brief Simplify the fprintf library function.
1258 struct VISIBILITY_HIDDEN FPrintFOptimization : public LibCallOptimization {
1259 public:
1260   /// @brief Default Constructor
1261   FPrintFOptimization() : LibCallOptimization("fprintf",
1262       "Number of 'fprintf' calls simplified") {}
1263
1264   /// @brief Make sure that the "fprintf" function has the right prototype
1265   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function *F, SimplifyLibCalls &SLC){
1266     const FunctionType *FT = F->getFunctionType();
1267     return FT->getNumParams() == 2 &&  // two fixed arguments.
1268            FT->getParamType(1) == PointerType::get(Type::Int8Ty) &&
1269            isa<PointerType>(FT->getParamType(0)) &&
1270            isa<IntegerType>(FT->getReturnType());
1271   }
1272
1273   /// @brief Perform the fprintf optimization.
1274   virtual bool OptimizeCall(CallInst *CI, SimplifyLibCalls &SLC) {
1275     // If the call has more than 3 operands, we can't optimize it
1276     if (CI->getNumOperands() != 3 && CI->getNumOperands() != 4)
1277       return false;
1278
1279     // All the optimizations depend on the length of the second argument and the
1280     // fact that it is a constant string array. Check that now
1281     uint64_t FormatLen, FormatStartIdx;
1282     ConstantArray *CA = 0;
1283     if (!GetConstantStringInfo(CI->getOperand(2), CA, FormatLen,FormatStartIdx))
1284       return false;
1285
1286     // IF fthis is just a format string, turn it into fwrite.
1287     if (CI->getNumOperands() == 3) {
1288       if (!CA->isCString()) return false;
1289       
1290       // Make sure there's no % in the constant array
1291       std::string S = CA->getAsString();
1292
1293       for (unsigned i = FormatStartIdx, e = S.size(); i != e; ++i)
1294         if (S[i] == '%')
1295           return false; // we found a format specifier
1296
1297       // fprintf(file,fmt) -> fwrite(fmt,strlen(fmt),file)
1298       const Type *FILEty = CI->getOperand(1)->getType();
1299
1300       Value *FWriteArgs[] = {
1301         CI->getOperand(2),
1302         ConstantInt::get(SLC.getIntPtrType(), FormatLen),
1303         ConstantInt::get(SLC.getIntPtrType(), 1),
1304         CI->getOperand(1)
1305       };
1306       new CallInst(SLC.get_fwrite(FILEty), FWriteArgs, 4, CI->getName(), CI);
1307       return ReplaceCallWith(CI, ConstantInt::get(CI->getType(), FormatLen));
1308     }
1309     
1310     // The remaining optimizations require the format string to be length 2:
1311     // "%s" or "%c".
1312     if (FormatLen != 2)
1313       return false;
1314
1315     // The first character has to be a % for us to handle it.
1316     if (cast<ConstantInt>(CA->getOperand(FormatStartIdx))->getZExtValue() !='%')
1317       return false;
1318
1319     // Get the second character and switch on its value
1320     switch(cast<ConstantInt>(CA->getOperand(FormatStartIdx+1))->getZExtValue()){
1321     case 'c': {
1322       // fprintf(file,"%c",c) -> fputc(c,file)
1323       const Type *FILETy = CI->getOperand(1)->getType();
1324       Value *C = CastInst::createZExtOrBitCast(CI->getOperand(3), Type::Int32Ty,
1325                                                CI->getName()+".int", CI);
1326       new CallInst(SLC.get_fputc(FILETy), C, CI->getOperand(1), "", CI);
1327       return ReplaceCallWith(CI, ConstantInt::get(CI->getType(), 1));
1328     }
1329     case 's': {
1330       const Type *FILETy = CI->getOperand(1)->getType();
1331       uint64_t LitStrLen, LitStartIdx;
1332       ConstantArray *CA = 0;
1333       if (GetConstantStringInfo(CI->getOperand(3), CA, LitStrLen, LitStartIdx)){
1334         // fprintf(file,"%s",str) -> fwrite(str,strlen(str),1,file)
1335         Value *FWriteArgs[] = {
1336           CastToCStr(CI->getOperand(3), CI),
1337           ConstantInt::get(SLC.getIntPtrType(), LitStrLen),
1338           ConstantInt::get(SLC.getIntPtrType(), 1),
1339           CI->getOperand(1)
1340         };
1341         new CallInst(SLC.get_fwrite(FILETy), FWriteArgs, 4, CI->getName(), CI);
1342         return ReplaceCallWith(CI, ConstantInt::get(Type::Int32Ty, LitStrLen));
1343       }
1344       
1345       // If the result of the fprintf call is used, we can't do this.
1346       // TODO: we could insert a strlen call.
1347       if (!CI->use_empty())
1348         return false;
1349       
1350       // fprintf(file,"%s",str) -> fputs(str,file)
1351       new CallInst(SLC.get_fputs(FILETy), CastToCStr(CI->getOperand(3), CI),
1352                    CI->getOperand(1), CI->getName(), CI);
1353       return ReplaceCallWith(CI, 0);
1354     }
1355     default:
1356       return false;
1357     }
1358   }
1359 } FPrintFOptimizer;
1360
1361 /// This LibCallOptimization will simplify calls to the "sprintf" library
1362 /// function. It looks for cases where the result of sprintf is not used and the
1363 /// operation can be reduced to something simpler.
1364 /// @brief Simplify the sprintf library function.
1365 struct VISIBILITY_HIDDEN SPrintFOptimization : public LibCallOptimization {
1366 public:
1367   /// @brief Default Constructor
1368   SPrintFOptimization() : LibCallOptimization("sprintf",
1369       "Number of 'sprintf' calls simplified") {}
1370
1371   /// @brief Make sure that the "fprintf" function has the right prototype
1372   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function *f, SimplifyLibCalls &SLC){
1373     // Just make sure this has at least 2 arguments
1374     return (f->getReturnType() == Type::Int32Ty && f->arg_size() >= 2);
1375   }
1376
1377   /// @brief Perform the sprintf optimization.
1378   virtual bool OptimizeCall(CallInst *ci, SimplifyLibCalls &SLC) {
1379     // If the call has more than 3 operands, we can't optimize it
1380     if (ci->getNumOperands() > 4 || ci->getNumOperands() < 3)
1381       return false;
1382
1383     // All the optimizations depend on the length of the second argument and the
1384     // fact that it is a constant string array. Check that now
1385     uint64_t len, StartIdx;
1386     ConstantArray* CA = 0;
1387     if (!GetConstantStringInfo(ci->getOperand(2), CA, len, StartIdx))
1388       return false;
1389
1390     if (ci->getNumOperands() == 3) {
1391       if (len == 0) {
1392         // If the length is 0, we just need to store a null byte
1393         new StoreInst(ConstantInt::get(Type::Int8Ty,0),ci->getOperand(1),ci);
1394         return ReplaceCallWith(ci, ConstantInt::get(Type::Int32Ty,0));
1395       }
1396
1397       // Make sure there's no % in the constant array
1398       for (unsigned i = 0; i < len; ++i) {
1399         if (ConstantInt* CI = dyn_cast<ConstantInt>(CA->getOperand(i))) {
1400           // Check for the null terminator
1401           if (CI->getZExtValue() == '%')
1402             return false; // we found a %, can't optimize
1403         } else {
1404           return false; // initializer is not constant int, can't optimize
1405         }
1406       }
1407
1408       // Increment length because we want to copy the null byte too
1409       len++;
1410
1411       // sprintf(str,fmt) -> llvm.memcpy(str,fmt,strlen(fmt),1)
1412       Value *args[4] = {
1413         ci->getOperand(1),
1414         ci->getOperand(2),
1415         ConstantInt::get(SLC.getIntPtrType(),len),
1416         ConstantInt::get(Type::Int32Ty, 1)
1417       };
1418       new CallInst(SLC.get_memcpy(), args, 4, "", ci);
1419       return ReplaceCallWith(ci, ConstantInt::get(Type::Int32Ty,len));
1420     }
1421
1422     // The remaining optimizations require the format string to be length 2
1423     // "%s" or "%c".
1424     if (len != 2)
1425       return false;
1426
1427     // The first character has to be a %
1428     if (ConstantInt* CI = dyn_cast<ConstantInt>(CA->getOperand(0)))
1429       if (CI->getZExtValue() != '%')
1430         return false;
1431
1432     // Get the second character and switch on its value
1433     ConstantInt* CI = dyn_cast<ConstantInt>(CA->getOperand(1));
1434     switch (CI->getZExtValue()) {
1435     case 's': {
1436       // sprintf(dest,"%s",str) -> llvm.memcpy(dest, str, strlen(str)+1, 1)
1437       Value *Len = new CallInst(SLC.get_strlen(),
1438                                 CastToCStr(ci->getOperand(3), ci),
1439                                 ci->getOperand(3)->getName()+".len", ci);
1440       Value *Len1 = BinaryOperator::createAdd(Len,
1441                                             ConstantInt::get(Len->getType(), 1),
1442                                               Len->getName()+"1", ci);
1443       if (Len1->getType() != SLC.getIntPtrType())
1444         Len1 = CastInst::createIntegerCast(Len1, SLC.getIntPtrType(), false,
1445                                            Len1->getName(), ci);
1446       Value *args[4] = {
1447         CastToCStr(ci->getOperand(1), ci),
1448         CastToCStr(ci->getOperand(3), ci),
1449         Len1,
1450         ConstantInt::get(Type::Int32Ty,1)
1451       };
1452       new CallInst(SLC.get_memcpy(), args, 4, "", ci);
1453       
1454       // The strlen result is the unincremented number of bytes in the string.
1455       if (!ci->use_empty()) {
1456         if (Len->getType() != ci->getType())
1457           Len = CastInst::createIntegerCast(Len, ci->getType(), false, 
1458                                             Len->getName(), ci);
1459         ci->replaceAllUsesWith(Len);
1460       }
1461       return ReplaceCallWith(ci, 0);
1462     }
1463     case 'c': {
1464       // sprintf(dest,"%c",chr) -> store chr, dest
1465       CastInst* cast = CastInst::createTruncOrBitCast(
1466           ci->getOperand(3), Type::Int8Ty, "char", ci);
1467       new StoreInst(cast, ci->getOperand(1), ci);
1468       GetElementPtrInst* gep = new GetElementPtrInst(ci->getOperand(1),
1469         ConstantInt::get(Type::Int32Ty,1),ci->getOperand(1)->getName()+".end",
1470         ci);
1471       new StoreInst(ConstantInt::get(Type::Int8Ty,0),gep,ci);
1472       return ReplaceCallWith(ci, ConstantInt::get(Type::Int32Ty, 1));
1473     }
1474     }
1475     return false;
1476   }
1477 } SPrintFOptimizer;
1478
1479 /// This LibCallOptimization will simplify calls to the "fputs" library
1480 /// function. It looks for cases where the result of fputs is not used and the
1481 /// operation can be reduced to something simpler.
1482 /// @brief Simplify the puts library function.
1483 struct VISIBILITY_HIDDEN PutsOptimization : public LibCallOptimization {
1484 public:
1485   /// @brief Default Constructor
1486   PutsOptimization() : LibCallOptimization("fputs",
1487       "Number of 'fputs' calls simplified") {}
1488
1489   /// @brief Make sure that the "fputs" function has the right prototype
1490   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function *F, SimplifyLibCalls &SLC){
1491     // Just make sure this has 2 arguments
1492     return F->arg_size() == 2;
1493   }
1494
1495   /// @brief Perform the fputs optimization.
1496   virtual bool OptimizeCall(CallInst* ci, SimplifyLibCalls& SLC) {
1497     // If the result is used, none of these optimizations work
1498     if (!ci->use_empty())
1499       return false;
1500
1501     // All the optimizations depend on the length of the first argument and the
1502     // fact that it is a constant string array. Check that now
1503     uint64_t len, StartIdx;
1504     ConstantArray *CA;
1505     if (!GetConstantStringInfo(ci->getOperand(1), CA, len, StartIdx))
1506       return false;
1507
1508     switch (len) {
1509       case 0:
1510         // fputs("",F) -> noop
1511         break;
1512       case 1:
1513       {
1514         // fputs(s,F)  -> fputc(s[0],F)  (if s is constant and strlen(s) == 1)
1515         const Type* FILEptr_type = ci->getOperand(2)->getType();
1516         LoadInst* loadi = new LoadInst(ci->getOperand(1),
1517           ci->getOperand(1)->getName()+".byte",ci);
1518         CastInst* casti = new SExtInst(loadi, Type::Int32Ty, 
1519                                        loadi->getName()+".int", ci);
1520         new CallInst(SLC.get_fputc(FILEptr_type), casti,
1521                      ci->getOperand(2), "", ci);
1522         break;
1523       }
1524       default:
1525       {
1526         // fputs(s,F)  -> fwrite(s,1,len,F) (if s is constant and strlen(s) > 1)
1527         const Type* FILEptr_type = ci->getOperand(2)->getType();
1528         Value *parms[4] = {
1529           ci->getOperand(1),
1530           ConstantInt::get(SLC.getIntPtrType(),len),
1531           ConstantInt::get(SLC.getIntPtrType(),1),
1532           ci->getOperand(2)
1533         };
1534         new CallInst(SLC.get_fwrite(FILEptr_type), parms, 4, "", ci);
1535         break;
1536       }
1537     }
1538     return ReplaceCallWith(ci, 0);  // Known to have no uses (see above).
1539   }
1540 } PutsOptimizer;
1541
1542 /// This LibCallOptimization will simplify calls to the "isdigit" library
1543 /// function. It simply does range checks the parameter explicitly.
1544 /// @brief Simplify the isdigit library function.
1545 struct VISIBILITY_HIDDEN isdigitOptimization : public LibCallOptimization {
1546 public:
1547   isdigitOptimization() : LibCallOptimization("isdigit",
1548       "Number of 'isdigit' calls simplified") {}
1549
1550   /// @brief Make sure that the "isdigit" function has the right prototype
1551   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function* f, SimplifyLibCalls& SLC){
1552     // Just make sure this has 1 argument
1553     return (f->arg_size() == 1);
1554   }
1555
1556   /// @brief Perform the toascii optimization.
1557   virtual bool OptimizeCall(CallInst *ci, SimplifyLibCalls &SLC) {
1558     if (ConstantInt* CI = dyn_cast<ConstantInt>(ci->getOperand(1))) {
1559       // isdigit(c)   -> 0 or 1, if 'c' is constant
1560       uint64_t val = CI->getZExtValue();
1561       if (val >= '0' && val <= '9')
1562         return ReplaceCallWith(ci, ConstantInt::get(Type::Int32Ty, 1));
1563       else
1564         return ReplaceCallWith(ci, ConstantInt::get(Type::Int32Ty, 0));
1565     }
1566
1567     // isdigit(c)   -> (unsigned)c - '0' <= 9
1568     CastInst* cast = CastInst::createIntegerCast(ci->getOperand(1),
1569         Type::Int32Ty, false/*ZExt*/, ci->getOperand(1)->getName()+".uint", ci);
1570     BinaryOperator* sub_inst = BinaryOperator::createSub(cast,
1571         ConstantInt::get(Type::Int32Ty,0x30),
1572         ci->getOperand(1)->getName()+".sub",ci);
1573     ICmpInst* setcond_inst = new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_ULE,sub_inst,
1574         ConstantInt::get(Type::Int32Ty,9),
1575         ci->getOperand(1)->getName()+".cmp",ci);
1576     CastInst* c2 = new ZExtInst(setcond_inst, Type::Int32Ty, 
1577         ci->getOperand(1)->getName()+".isdigit", ci);
1578     return ReplaceCallWith(ci, c2);
1579   }
1580 } isdigitOptimizer;
1581
1582 struct VISIBILITY_HIDDEN isasciiOptimization : public LibCallOptimization {
1583 public:
1584   isasciiOptimization()
1585     : LibCallOptimization("isascii", "Number of 'isascii' calls simplified") {}
1586   
1587   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function *F, SimplifyLibCalls &SLC){
1588     return F->arg_size() == 1 && F->arg_begin()->getType()->isInteger() && 
1589            F->getReturnType()->isInteger();
1590   }
1591   
1592   /// @brief Perform the isascii optimization.
1593   virtual bool OptimizeCall(CallInst *CI, SimplifyLibCalls &SLC) {
1594     // isascii(c)   -> (unsigned)c < 128
1595     Value *V = CI->getOperand(1);
1596     Value *Cmp = new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_ULT, V, 
1597                               ConstantInt::get(V->getType(), 128), 
1598                               V->getName()+".isascii", CI);
1599     if (Cmp->getType() != CI->getType())
1600       Cmp = new BitCastInst(Cmp, CI->getType(), Cmp->getName(), CI);
1601     return ReplaceCallWith(CI, Cmp);
1602   }
1603 } isasciiOptimizer;
1604
1605
1606 /// This LibCallOptimization will simplify calls to the "toascii" library
1607 /// function. It simply does the corresponding and operation to restrict the
1608 /// range of values to the ASCII character set (0-127).
1609 /// @brief Simplify the toascii library function.
1610 struct VISIBILITY_HIDDEN ToAsciiOptimization : public LibCallOptimization {
1611 public:
1612   /// @brief Default Constructor
1613   ToAsciiOptimization() : LibCallOptimization("toascii",
1614       "Number of 'toascii' calls simplified") {}
1615
1616   /// @brief Make sure that the "fputs" function has the right prototype
1617   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function* f, SimplifyLibCalls& SLC){
1618     // Just make sure this has 2 arguments
1619     return (f->arg_size() == 1);
1620   }
1621
1622   /// @brief Perform the toascii optimization.
1623   virtual bool OptimizeCall(CallInst *ci, SimplifyLibCalls &SLC) {
1624     // toascii(c)   -> (c & 0x7f)
1625     Value *chr = ci->getOperand(1);
1626     Value *and_inst = BinaryOperator::createAnd(chr,
1627         ConstantInt::get(chr->getType(),0x7F),ci->getName()+".toascii",ci);
1628     return ReplaceCallWith(ci, and_inst);
1629   }
1630 } ToAsciiOptimizer;
1631
1632 /// This LibCallOptimization will simplify calls to the "ffs" library
1633 /// calls which find the first set bit in an int, long, or long long. The
1634 /// optimization is to compute the result at compile time if the argument is
1635 /// a constant.
1636 /// @brief Simplify the ffs library function.
1637 struct VISIBILITY_HIDDEN FFSOptimization : public LibCallOptimization {
1638 protected:
1639   /// @brief Subclass Constructor
1640   FFSOptimization(const char* funcName, const char* description)
1641     : LibCallOptimization(funcName, description) {}
1642
1643 public:
1644   /// @brief Default Constructor
1645   FFSOptimization() : LibCallOptimization("ffs",
1646       "Number of 'ffs' calls simplified") {}
1647
1648   /// @brief Make sure that the "ffs" function has the right prototype
1649   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function *F, SimplifyLibCalls &SLC){
1650     // Just make sure this has 2 arguments
1651     return F->arg_size() == 1 && F->getReturnType() == Type::Int32Ty;
1652   }
1653
1654   /// @brief Perform the ffs optimization.
1655   virtual bool OptimizeCall(CallInst *TheCall, SimplifyLibCalls &SLC) {
1656     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(TheCall->getOperand(1))) {
1657       // ffs(cnst)  -> bit#
1658       // ffsl(cnst) -> bit#
1659       // ffsll(cnst) -> bit#
1660       uint64_t val = CI->getZExtValue();
1661       int result = 0;
1662       if (val) {
1663         ++result;
1664         while ((val & 1) == 0) {
1665           ++result;
1666           val >>= 1;
1667         }
1668       }
1669       return ReplaceCallWith(TheCall, ConstantInt::get(Type::Int32Ty, result));
1670     }
1671
1672     // ffs(x)   -> x == 0 ? 0 : llvm.cttz(x)+1
1673     // ffsl(x)  -> x == 0 ? 0 : llvm.cttz(x)+1
1674     // ffsll(x) -> x == 0 ? 0 : llvm.cttz(x)+1
1675     const Type *ArgType = TheCall->getOperand(1)->getType();
1676     const char *CTTZName;
1677     assert(ArgType->getTypeID() == Type::IntegerTyID &&
1678            "llvm.cttz argument is not an integer?");
1679     unsigned BitWidth = cast<IntegerType>(ArgType)->getBitWidth();
1680     if (BitWidth == 8)
1681       CTTZName = "llvm.cttz.i8";
1682     else if (BitWidth == 16)
1683       CTTZName = "llvm.cttz.i16"; 
1684     else if (BitWidth == 32)
1685       CTTZName = "llvm.cttz.i32";
1686     else {
1687       assert(BitWidth == 64 && "Unknown bitwidth");
1688       CTTZName = "llvm.cttz.i64";
1689     }
1690     
1691     Constant *F = SLC.getModule()->getOrInsertFunction(CTTZName, ArgType,
1692                                                        ArgType, NULL);
1693     Value *V = CastInst::createIntegerCast(TheCall->getOperand(1), ArgType, 
1694                                            false/*ZExt*/, "tmp", TheCall);
1695     Value *V2 = new CallInst(F, V, "tmp", TheCall);
1696     V2 = CastInst::createIntegerCast(V2, Type::Int32Ty, false/*ZExt*/, 
1697                                      "tmp", TheCall);
1698     V2 = BinaryOperator::createAdd(V2, ConstantInt::get(Type::Int32Ty, 1),
1699                                    "tmp", TheCall);
1700     Value *Cond = new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_EQ, V, 
1701                                Constant::getNullValue(V->getType()), "tmp", 
1702                                TheCall);
1703     V2 = new SelectInst(Cond, ConstantInt::get(Type::Int32Ty, 0), V2,
1704                         TheCall->getName(), TheCall);
1705     return ReplaceCallWith(TheCall, V2);
1706   }
1707 } FFSOptimizer;
1708
1709 /// This LibCallOptimization will simplify calls to the "ffsl" library
1710 /// calls. It simply uses FFSOptimization for which the transformation is
1711 /// identical.
1712 /// @brief Simplify the ffsl library function.
1713 struct VISIBILITY_HIDDEN FFSLOptimization : public FFSOptimization {
1714 public:
1715   /// @brief Default Constructor
1716   FFSLOptimization() : FFSOptimization("ffsl",
1717       "Number of 'ffsl' calls simplified") {}
1718
1719 } FFSLOptimizer;
1720
1721 /// This LibCallOptimization will simplify calls to the "ffsll" library
1722 /// calls. It simply uses FFSOptimization for which the transformation is
1723 /// identical.
1724 /// @brief Simplify the ffsl library function.
1725 struct VISIBILITY_HIDDEN FFSLLOptimization : public FFSOptimization {
1726 public:
1727   /// @brief Default Constructor
1728   FFSLLOptimization() : FFSOptimization("ffsll",
1729       "Number of 'ffsll' calls simplified") {}
1730
1731 } FFSLLOptimizer;
1732
1733 /// This optimizes unary functions that take and return doubles.
1734 struct UnaryDoubleFPOptimizer : public LibCallOptimization {
1735   UnaryDoubleFPOptimizer(const char *Fn, const char *Desc)
1736   : LibCallOptimization(Fn, Desc) {}
1737   
1738   // Make sure that this function has the right prototype
1739   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function *F, SimplifyLibCalls &SLC){
1740     return F->arg_size() == 1 && F->arg_begin()->getType() == Type::DoubleTy &&
1741            F->getReturnType() == Type::DoubleTy;
1742   }
1743
1744   /// ShrinkFunctionToFloatVersion - If the input to this function is really a
1745   /// float, strength reduce this to a float version of the function,
1746   /// e.g. floor((double)FLT) -> (double)floorf(FLT).  This can only be called
1747   /// when the target supports the destination function and where there can be
1748   /// no precision loss.
1749   static bool ShrinkFunctionToFloatVersion(CallInst *CI, SimplifyLibCalls &SLC,
1750                                            Constant *(SimplifyLibCalls::*FP)()){
1751     if (FPExtInst *Cast = dyn_cast<FPExtInst>(CI->getOperand(1)))
1752       if (Cast->getOperand(0)->getType() == Type::FloatTy) {
1753         Value *New = new CallInst((SLC.*FP)(), Cast->getOperand(0),
1754                                   CI->getName(), CI);
1755         New = new FPExtInst(New, Type::DoubleTy, CI->getName(), CI);
1756         CI->replaceAllUsesWith(New);
1757         CI->eraseFromParent();
1758         if (Cast->use_empty())
1759           Cast->eraseFromParent();
1760         return true;
1761       }
1762     return false;
1763   }
1764 };
1765
1766
1767 struct VISIBILITY_HIDDEN FloorOptimization : public UnaryDoubleFPOptimizer {
1768   FloorOptimization()
1769     : UnaryDoubleFPOptimizer("floor", "Number of 'floor' calls simplified") {}
1770   
1771   virtual bool OptimizeCall(CallInst *CI, SimplifyLibCalls &SLC) {
1772 #ifdef HAVE_FLOORF
1773     // If this is a float argument passed in, convert to floorf.
1774     if (ShrinkFunctionToFloatVersion(CI, SLC, &SimplifyLibCalls::get_floorf))
1775       return true;
1776 #endif
1777     return false; // opt failed
1778   }
1779 } FloorOptimizer;
1780
1781 struct VISIBILITY_HIDDEN CeilOptimization : public UnaryDoubleFPOptimizer {
1782   CeilOptimization()
1783   : UnaryDoubleFPOptimizer("ceil", "Number of 'ceil' calls simplified") {}
1784   
1785   virtual bool OptimizeCall(CallInst *CI, SimplifyLibCalls &SLC) {
1786 #ifdef HAVE_CEILF
1787     // If this is a float argument passed in, convert to ceilf.
1788     if (ShrinkFunctionToFloatVersion(CI, SLC, &SimplifyLibCalls::get_ceilf))
1789       return true;
1790 #endif
1791     return false; // opt failed
1792   }
1793 } CeilOptimizer;
1794
1795 struct VISIBILITY_HIDDEN RoundOptimization : public UnaryDoubleFPOptimizer {
1796   RoundOptimization()
1797   : UnaryDoubleFPOptimizer("round", "Number of 'round' calls simplified") {}
1798   
1799   virtual bool OptimizeCall(CallInst *CI, SimplifyLibCalls &SLC) {
1800 #ifdef HAVE_ROUNDF
1801     // If this is a float argument passed in, convert to roundf.
1802     if (ShrinkFunctionToFloatVersion(CI, SLC, &SimplifyLibCalls::get_roundf))
1803       return true;
1804 #endif
1805     return false; // opt failed
1806   }
1807 } RoundOptimizer;
1808
1809 struct VISIBILITY_HIDDEN RintOptimization : public UnaryDoubleFPOptimizer {
1810   RintOptimization()
1811   : UnaryDoubleFPOptimizer("rint", "Number of 'rint' calls simplified") {}
1812   
1813   virtual bool OptimizeCall(CallInst *CI, SimplifyLibCalls &SLC) {
1814 #ifdef HAVE_RINTF
1815     // If this is a float argument passed in, convert to rintf.
1816     if (ShrinkFunctionToFloatVersion(CI, SLC, &SimplifyLibCalls::get_rintf))
1817       return true;
1818 #endif
1819     return false; // opt failed
1820   }
1821 } RintOptimizer;
1822
1823 struct VISIBILITY_HIDDEN NearByIntOptimization : public UnaryDoubleFPOptimizer {
1824   NearByIntOptimization()
1825   : UnaryDoubleFPOptimizer("nearbyint",
1826                            "Number of 'nearbyint' calls simplified") {}
1827   
1828   virtual bool OptimizeCall(CallInst *CI, SimplifyLibCalls &SLC) {
1829 #ifdef HAVE_NEARBYINTF
1830     // If this is a float argument passed in, convert to nearbyintf.
1831     if (ShrinkFunctionToFloatVersion(CI, SLC,&SimplifyLibCalls::get_nearbyintf))
1832       return true;
1833 #endif
1834     return false; // opt failed
1835   }
1836 } NearByIntOptimizer;
1837
1838 /// GetConstantStringInfo - This function computes the length of a
1839 /// null-terminated constant array of integers.  This function can't rely on the
1840 /// size of the constant array because there could be a null terminator in the
1841 /// middle of the array.
1842 ///
1843 /// We also have to bail out if we find a non-integer constant initializer
1844 /// of one of the elements or if there is no null-terminator. The logic
1845 /// below checks each of these conditions and will return true only if all
1846 /// conditions are met.  If the conditions aren't met, this returns false.
1847 ///
1848 /// If successful, the \p Array param is set to the constant array being
1849 /// indexed, the \p Length parameter is set to the length of the null-terminated
1850 /// string pointed to by V, the \p StartIdx value is set to the first
1851 /// element of the Array that V points to, and true is returned.
1852 static bool GetConstantStringInfo(Value *V, ConstantArray *&Array,
1853                                   uint64_t &Length, uint64_t &StartIdx) {
1854   assert(V != 0 && "Invalid args to GetConstantStringInfo");
1855   // Initialize results.
1856   Length = 0;
1857   StartIdx = 0;
1858   Array = 0;
1859   
1860   User *GEP = 0;
1861   // If the value is not a GEP instruction nor a constant expression with a
1862   // GEP instruction, then return false because ConstantArray can't occur
1863   // any other way
1864   if (GetElementPtrInst *GEPI = dyn_cast<GetElementPtrInst>(V)) {
1865     GEP = GEPI;
1866   } else if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(V)) {
1867     if (CE->getOpcode() != Instruction::GetElementPtr)
1868       return false;
1869     GEP = CE;
1870   } else {
1871     return false;
1872   }
1873
1874   // Make sure the GEP has exactly three arguments.
1875   if (GEP->getNumOperands() != 3)
1876     return false;
1877
1878   // Check to make sure that the first operand of the GEP is an integer and
1879   // has value 0 so that we are sure we're indexing into the initializer.
1880   if (ConstantInt* op1 = dyn_cast<ConstantInt>(GEP->getOperand(1))) {
1881     if (!op1->isZero())
1882       return false;
1883   } else
1884     return false;
1885
1886   // If the second index isn't a ConstantInt, then this is a variable index
1887   // into the array.  If this occurs, we can't say anything meaningful about
1888   // the string.
1889   StartIdx = 0;
1890   if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(GEP->getOperand(2)))
1891     StartIdx = CI->getZExtValue();
1892   else
1893     return false;
1894
1895   // The GEP instruction, constant or instruction, must reference a global
1896   // variable that is a constant and is initialized. The referenced constant
1897   // initializer is the array that we'll use for optimization.
1898   GlobalVariable* GV = dyn_cast<GlobalVariable>(GEP->getOperand(0));
1899   if (!GV || !GV->isConstant() || !GV->hasInitializer())
1900     return false;
1901   Constant *GlobalInit = GV->getInitializer();
1902
1903   // Handle the ConstantAggregateZero case
1904   if (isa<ConstantAggregateZero>(GlobalInit)) {
1905     // This is a degenerate case. The initializer is constant zero so the
1906     // length of the string must be zero.
1907     Length = 0;
1908     return true;
1909   }
1910
1911   // Must be a Constant Array
1912   Array = dyn_cast<ConstantArray>(GlobalInit);
1913   if (!Array) return false;
1914
1915   // Get the number of elements in the array
1916   uint64_t NumElts = Array->getType()->getNumElements();
1917
1918   // Traverse the constant array from start_idx (derived above) which is
1919   // the place the GEP refers to in the array.
1920   Length = StartIdx;
1921   while (1) {
1922     if (Length >= NumElts)
1923       return false; // The array isn't null terminated.
1924     
1925     Constant *Elt = Array->getOperand(Length);
1926     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(Elt)) {
1927       // Check for the null terminator.
1928       if (CI->isZero())
1929         break; // we found end of string
1930     } else
1931       return false; // This array isn't suitable, non-int initializer
1932     ++Length;
1933   }
1934   
1935   // Subtract out the initial value from the length
1936   Length -= StartIdx;
1937   return true; // success!
1938 }
1939
1940 /// CastToCStr - Return V if it is an sbyte*, otherwise cast it to sbyte*,
1941 /// inserting the cast before IP, and return the cast.
1942 /// @brief Cast a value to a "C" string.
1943 static Value *CastToCStr(Value *V, Instruction *IP) {
1944   assert(isa<PointerType>(V->getType()) && 
1945          "Can't cast non-pointer type to C string type");
1946   const Type *SBPTy = PointerType::get(Type::Int8Ty);
1947   if (V->getType() != SBPTy)
1948     return new BitCastInst(V, SBPTy, V->getName(), IP);
1949   return V;
1950 }
1951
1952 // TODO:
1953 //   Additional cases that we need to add to this file:
1954 //
1955 // cbrt:
1956 //   * cbrt(expN(X))  -> expN(x/3)
1957 //   * cbrt(sqrt(x))  -> pow(x,1/6)
1958 //   * cbrt(sqrt(x))  -> pow(x,1/9)
1959 //
1960 // cos, cosf, cosl:
1961 //   * cos(-x)  -> cos(x)
1962 //
1963 // exp, expf, expl:
1964 //   * exp(log(x))  -> x
1965 //
1966 // log, logf, logl:
1967 //   * log(exp(x))   -> x
1968 //   * log(x**y)     -> y*log(x)
1969 //   * log(exp(y))   -> y*log(e)
1970 //   * log(exp2(y))  -> y*log(2)
1971 //   * log(exp10(y)) -> y*log(10)
1972 //   * log(sqrt(x))  -> 0.5*log(x)
1973 //   * log(pow(x,y)) -> y*log(x)
1974 //
1975 // lround, lroundf, lroundl:
1976 //   * lround(cnst) -> cnst'
1977 //
1978 // memcmp:
1979 //   * memcmp(x,y,l)   -> cnst
1980 //      (if all arguments are constant and strlen(x) <= l and strlen(y) <= l)
1981 //
1982 // memmove:
1983 //   * memmove(d,s,l,a) -> memcpy(d,s,l,a)
1984 //       (if s is a global constant array)
1985 //
1986 // pow, powf, powl:
1987 //   * pow(exp(x),y)  -> exp(x*y)
1988 //   * pow(sqrt(x),y) -> pow(x,y*0.5)
1989 //   * pow(pow(x,y),z)-> pow(x,y*z)
1990 //
1991 // puts:
1992 //   * puts("") -> fputc("\n",stdout) (how do we get "stdout"?)
1993 //
1994 // round, roundf, roundl:
1995 //   * round(cnst) -> cnst'
1996 //
1997 // signbit:
1998 //   * signbit(cnst) -> cnst'
1999 //   * signbit(nncst) -> 0 (if pstv is a non-negative constant)
2000 //
2001 // sqrt, sqrtf, sqrtl:
2002 //   * sqrt(expN(x))  -> expN(x*0.5)
2003 //   * sqrt(Nroot(x)) -> pow(x,1/(2*N))
2004 //   * sqrt(pow(x,y)) -> pow(|x|,y*0.5)
2005 //
2006 // stpcpy:
2007 //   * stpcpy(str, "literal") ->
2008 //           llvm.memcpy(str,"literal",strlen("literal")+1,1)
2009 // strrchr:
2010 //   * strrchr(s,c) -> reverse_offset_of_in(c,s)
2011 //      (if c is a constant integer and s is a constant string)
2012 //   * strrchr(s1,0) -> strchr(s1,0)
2013 //
2014 // strncat:
2015 //   * strncat(x,y,0) -> x
2016 //   * strncat(x,y,0) -> x (if strlen(y) = 0)
2017 //   * strncat(x,y,l) -> strcat(x,y) (if y and l are constants an l > strlen(y))
2018 //
2019 // strncpy:
2020 //   * strncpy(d,s,0) -> d
2021 //   * strncpy(d,s,l) -> memcpy(d,s,l,1)
2022 //      (if s and l are constants)
2023 //
2024 // strpbrk:
2025 //   * strpbrk(s,a) -> offset_in_for(s,a)
2026 //      (if s and a are both constant strings)
2027 //   * strpbrk(s,"") -> 0
2028 //   * strpbrk(s,a) -> strchr(s,a[0]) (if a is constant string of length 1)
2029 //
2030 // strspn, strcspn:
2031 //   * strspn(s,a)   -> const_int (if both args are constant)
2032 //   * strspn("",a)  -> 0
2033 //   * strspn(s,"")  -> 0
2034 //   * strcspn(s,a)  -> const_int (if both args are constant)
2035 //   * strcspn("",a) -> 0
2036 //   * strcspn(s,"") -> strlen(a)
2037 //
2038 // strstr:
2039 //   * strstr(x,x)  -> x
2040 //   * strstr(s1,s2) -> offset_of_s2_in(s1)
2041 //       (if s1 and s2 are constant strings)
2042 //
2043 // tan, tanf, tanl:
2044 //   * tan(atan(x)) -> x
2045 //
2046 // trunc, truncf, truncl:
2047 //   * trunc(cnst) -> cnst'
2048 //
2049 //
2050 }