Fix several nasty bugs in the strchr optimizer, this fixes
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / IPO / SimplifyLibCalls.cpp
1 //===- SimplifyLibCalls.cpp - Optimize specific well-known library calls --===//
2 //
3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
4 //
5 // This file was developed by Reid Spencer and is distributed under the
6 // University of Illinois Open Source License. See LICENSE.TXT for details.
7 //
8 //===----------------------------------------------------------------------===//
9 //
10 // This file implements a module pass that applies a variety of small
11 // optimizations for calls to specific well-known function calls (e.g. runtime
12 // library functions). For example, a call to the function "exit(3)" that
13 // occurs within the main() function can be transformed into a simple "return 3"
14 // instruction. Any optimization that takes this form (replace call to library
15 // function with simpler code that provides the same result) belongs in this
16 // file.
17 //
18 //===----------------------------------------------------------------------===//
19
20 #define DEBUG_TYPE "simplify-libcalls"
21 #include "llvm/Constants.h"
22 #include "llvm/DerivedTypes.h"
23 #include "llvm/Instructions.h"
24 #include "llvm/Module.h"
25 #include "llvm/Pass.h"
26 #include "llvm/ADT/hash_map"
27 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
28 #include "llvm/Config/config.h"
29 #include "llvm/Support/Compiler.h"
30 #include "llvm/Support/Debug.h"
31 #include "llvm/Target/TargetData.h"
32 #include "llvm/Transforms/IPO.h"
33 using namespace llvm;
34
35 /// This statistic keeps track of the total number of library calls that have
36 /// been simplified regardless of which call it is.
37 STATISTIC(SimplifiedLibCalls, "Number of library calls simplified");
38
39 namespace {
40   // Forward declarations
41   class LibCallOptimization;
42   class SimplifyLibCalls;
43   
44 /// This list is populated by the constructor for LibCallOptimization class.
45 /// Therefore all subclasses are registered here at static initialization time
46 /// and this list is what the SimplifyLibCalls pass uses to apply the individual
47 /// optimizations to the call sites.
48 /// @brief The list of optimizations deriving from LibCallOptimization
49 static LibCallOptimization *OptList = 0;
50
51 /// This class is the abstract base class for the set of optimizations that
52 /// corresponds to one library call. The SimplifyLibCalls pass will call the
53 /// ValidateCalledFunction method to ask the optimization if a given Function
54 /// is the kind that the optimization can handle. If the subclass returns true,
55 /// then SImplifyLibCalls will also call the OptimizeCall method to perform,
56 /// or attempt to perform, the optimization(s) for the library call. Otherwise,
57 /// OptimizeCall won't be called. Subclasses are responsible for providing the
58 /// name of the library call (strlen, strcpy, etc.) to the LibCallOptimization
59 /// constructor. This is used to efficiently select which call instructions to
60 /// optimize. The criteria for a "lib call" is "anything with well known
61 /// semantics", typically a library function that is defined by an international
62 /// standard. Because the semantics are well known, the optimizations can
63 /// generally short-circuit actually calling the function if there's a simpler
64 /// way (e.g. strlen(X) can be reduced to a constant if X is a constant global).
65 /// @brief Base class for library call optimizations
66 class VISIBILITY_HIDDEN LibCallOptimization {
67   LibCallOptimization **Prev, *Next;
68   const char *FunctionName; ///< Name of the library call we optimize
69 #ifndef NDEBUG
70   Statistic occurrences; ///< debug statistic (-debug-only=simplify-libcalls)
71 #endif
72 public:
73   /// The \p fname argument must be the name of the library function being
74   /// optimized by the subclass.
75   /// @brief Constructor that registers the optimization.
76   LibCallOptimization(const char *FName, const char *Description)
77     : FunctionName(FName) {
78       
79 #ifndef NDEBUG
80     occurrences.construct("simplify-libcalls", Description);
81 #endif
82     // Register this optimizer in the list of optimizations.
83     Next = OptList;
84     OptList = this;
85     Prev = &OptList;
86     if (Next) Next->Prev = &Next;
87   }
88   
89   /// getNext - All libcall optimizations are chained together into a list,
90   /// return the next one in the list.
91   LibCallOptimization *getNext() { return Next; }
92
93   /// @brief Deregister from the optlist
94   virtual ~LibCallOptimization() {
95     *Prev = Next;
96     if (Next) Next->Prev = Prev;
97   }
98
99   /// The implementation of this function in subclasses should determine if
100   /// \p F is suitable for the optimization. This method is called by
101   /// SimplifyLibCalls::runOnModule to short circuit visiting all the call
102   /// sites of such a function if that function is not suitable in the first
103   /// place.  If the called function is suitabe, this method should return true;
104   /// false, otherwise. This function should also perform any lazy
105   /// initialization that the LibCallOptimization needs to do, if its to return
106   /// true. This avoids doing initialization until the optimizer is actually
107   /// going to be called upon to do some optimization.
108   /// @brief Determine if the function is suitable for optimization
109   virtual bool ValidateCalledFunction(
110     const Function* F,    ///< The function that is the target of call sites
111     SimplifyLibCalls& SLC ///< The pass object invoking us
112   ) = 0;
113
114   /// The implementations of this function in subclasses is the heart of the
115   /// SimplifyLibCalls algorithm. Sublcasses of this class implement
116   /// OptimizeCall to determine if (a) the conditions are right for optimizing
117   /// the call and (b) to perform the optimization. If an action is taken
118   /// against ci, the subclass is responsible for returning true and ensuring
119   /// that ci is erased from its parent.
120   /// @brief Optimize a call, if possible.
121   virtual bool OptimizeCall(
122     CallInst* ci,          ///< The call instruction that should be optimized.
123     SimplifyLibCalls& SLC  ///< The pass object invoking us
124   ) = 0;
125
126   /// @brief Get the name of the library call being optimized
127   const char *getFunctionName() const { return FunctionName; }
128
129   /// @brief Called by SimplifyLibCalls to update the occurrences statistic.
130   void succeeded() {
131 #ifndef NDEBUG
132     DEBUG(++occurrences);
133 #endif
134   }
135 };
136
137 /// This class is an LLVM Pass that applies each of the LibCallOptimization
138 /// instances to all the call sites in a module, relatively efficiently. The
139 /// purpose of this pass is to provide optimizations for calls to well-known
140 /// functions with well-known semantics, such as those in the c library. The
141 /// class provides the basic infrastructure for handling runOnModule.  Whenever
142 /// this pass finds a function call, it asks the appropriate optimizer to
143 /// validate the call (ValidateLibraryCall). If it is validated, then
144 /// the OptimizeCall method is also called.
145 /// @brief A ModulePass for optimizing well-known function calls.
146 class VISIBILITY_HIDDEN SimplifyLibCalls : public ModulePass {
147 public:
148   /// We need some target data for accurate signature details that are
149   /// target dependent. So we require target data in our AnalysisUsage.
150   /// @brief Require TargetData from AnalysisUsage.
151   virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage& Info) const {
152     // Ask that the TargetData analysis be performed before us so we can use
153     // the target data.
154     Info.addRequired<TargetData>();
155   }
156
157   /// For this pass, process all of the function calls in the module, calling
158   /// ValidateLibraryCall and OptimizeCall as appropriate.
159   /// @brief Run all the lib call optimizations on a Module.
160   virtual bool runOnModule(Module &M) {
161     reset(M);
162
163     bool result = false;
164     hash_map<std::string, LibCallOptimization*> OptznMap;
165     for (LibCallOptimization *Optzn = OptList; Optzn; Optzn = Optzn->getNext())
166       OptznMap[Optzn->getFunctionName()] = Optzn;
167
168     // The call optimizations can be recursive. That is, the optimization might
169     // generate a call to another function which can also be optimized. This way
170     // we make the LibCallOptimization instances very specific to the case they
171     // handle. It also means we need to keep running over the function calls in
172     // the module until we don't get any more optimizations possible.
173     bool found_optimization = false;
174     do {
175       found_optimization = false;
176       for (Module::iterator FI = M.begin(), FE = M.end(); FI != FE; ++FI) {
177         // All the "well-known" functions are external and have external linkage
178         // because they live in a runtime library somewhere and were (probably)
179         // not compiled by LLVM.  So, we only act on external functions that
180         // have external or dllimport linkage and non-empty uses.
181         if (!FI->isDeclaration() ||
182             !(FI->hasExternalLinkage() || FI->hasDLLImportLinkage()) ||
183             FI->use_empty())
184           continue;
185
186         // Get the optimization class that pertains to this function
187         hash_map<std::string, LibCallOptimization*>::iterator OMI =
188           OptznMap.find(FI->getName());
189         if (OMI == OptznMap.end()) continue;
190         
191         LibCallOptimization *CO = OMI->second;
192
193         // Make sure the called function is suitable for the optimization
194         if (!CO->ValidateCalledFunction(FI, *this))
195           continue;
196
197         // Loop over each of the uses of the function
198         for (Value::use_iterator UI = FI->use_begin(), UE = FI->use_end();
199              UI != UE ; ) {
200           // If the use of the function is a call instruction
201           if (CallInst* CI = dyn_cast<CallInst>(*UI++)) {
202             // Do the optimization on the LibCallOptimization.
203             if (CO->OptimizeCall(CI, *this)) {
204               ++SimplifiedLibCalls;
205               found_optimization = result = true;
206               CO->succeeded();
207             }
208           }
209         }
210       }
211     } while (found_optimization);
212     
213     return result;
214   }
215
216   /// @brief Return the *current* module we're working on.
217   Module* getModule() const { return M; }
218
219   /// @brief Return the *current* target data for the module we're working on.
220   TargetData* getTargetData() const { return TD; }
221
222   /// @brief Return the size_t type -- syntactic shortcut
223   const Type* getIntPtrType() const { return TD->getIntPtrType(); }
224
225   /// @brief Return a Function* for the putchar libcall
226   Constant *get_putchar() {
227     if (!putchar_func)
228       putchar_func = 
229         M->getOrInsertFunction("putchar", Type::Int32Ty, Type::Int32Ty, NULL);
230     return putchar_func;
231   }
232
233   /// @brief Return a Function* for the puts libcall
234   Constant *get_puts() {
235     if (!puts_func)
236       puts_func = M->getOrInsertFunction("puts", Type::Int32Ty,
237                                          PointerType::get(Type::Int8Ty),
238                                          NULL);
239     return puts_func;
240   }
241
242   /// @brief Return a Function* for the fputc libcall
243   Constant *get_fputc(const Type* FILEptr_type) {
244     if (!fputc_func)
245       fputc_func = M->getOrInsertFunction("fputc", Type::Int32Ty, Type::Int32Ty,
246                                           FILEptr_type, NULL);
247     return fputc_func;
248   }
249
250   /// @brief Return a Function* for the fputs libcall
251   Constant *get_fputs(const Type* FILEptr_type) {
252     if (!fputs_func)
253       fputs_func = M->getOrInsertFunction("fputs", Type::Int32Ty,
254                                           PointerType::get(Type::Int8Ty),
255                                           FILEptr_type, NULL);
256     return fputs_func;
257   }
258
259   /// @brief Return a Function* for the fwrite libcall
260   Constant *get_fwrite(const Type* FILEptr_type) {
261     if (!fwrite_func)
262       fwrite_func = M->getOrInsertFunction("fwrite", TD->getIntPtrType(),
263                                            PointerType::get(Type::Int8Ty),
264                                            TD->getIntPtrType(),
265                                            TD->getIntPtrType(),
266                                            FILEptr_type, NULL);
267     return fwrite_func;
268   }
269
270   /// @brief Return a Function* for the sqrt libcall
271   Constant *get_sqrt() {
272     if (!sqrt_func)
273       sqrt_func = M->getOrInsertFunction("sqrt", Type::DoubleTy, 
274                                          Type::DoubleTy, NULL);
275     return sqrt_func;
276   }
277
278   /// @brief Return a Function* for the strcpy libcall
279   Constant *get_strcpy() {
280     if (!strcpy_func)
281       strcpy_func = M->getOrInsertFunction("strcpy",
282                                            PointerType::get(Type::Int8Ty),
283                                            PointerType::get(Type::Int8Ty),
284                                            PointerType::get(Type::Int8Ty),
285                                            NULL);
286     return strcpy_func;
287   }
288
289   /// @brief Return a Function* for the strlen libcall
290   Constant *get_strlen() {
291     if (!strlen_func)
292       strlen_func = M->getOrInsertFunction("strlen", TD->getIntPtrType(),
293                                            PointerType::get(Type::Int8Ty),
294                                            NULL);
295     return strlen_func;
296   }
297
298   /// @brief Return a Function* for the memchr libcall
299   Constant *get_memchr() {
300     if (!memchr_func)
301       memchr_func = M->getOrInsertFunction("memchr",
302                                            PointerType::get(Type::Int8Ty),
303                                            PointerType::get(Type::Int8Ty),
304                                            Type::Int32Ty, TD->getIntPtrType(),
305                                            NULL);
306     return memchr_func;
307   }
308
309   /// @brief Return a Function* for the memcpy libcall
310   Constant *get_memcpy() {
311     if (!memcpy_func) {
312       const Type *SBP = PointerType::get(Type::Int8Ty);
313       const char *N = TD->getIntPtrType() == Type::Int32Ty ?
314                             "llvm.memcpy.i32" : "llvm.memcpy.i64";
315       memcpy_func = M->getOrInsertFunction(N, Type::VoidTy, SBP, SBP,
316                                            TD->getIntPtrType(), Type::Int32Ty,
317                                            NULL);
318     }
319     return memcpy_func;
320   }
321
322   Constant *getUnaryFloatFunction(const char *Name, Constant *&Cache) {
323     if (!Cache)
324       Cache = M->getOrInsertFunction(Name, Type::FloatTy, Type::FloatTy, NULL);
325     return Cache;
326   }
327   
328   Constant *get_floorf() { return getUnaryFloatFunction("floorf", floorf_func);}
329   Constant *get_ceilf()  { return getUnaryFloatFunction( "ceilf",  ceilf_func);}
330   Constant *get_roundf() { return getUnaryFloatFunction("roundf", roundf_func);}
331   Constant *get_rintf()  { return getUnaryFloatFunction( "rintf",  rintf_func);}
332   Constant *get_nearbyintf() { return getUnaryFloatFunction("nearbyintf",
333                                                             nearbyintf_func); }
334 private:
335   /// @brief Reset our cached data for a new Module
336   void reset(Module& mod) {
337     M = &mod;
338     TD = &getAnalysis<TargetData>();
339     putchar_func = 0;
340     puts_func = 0;
341     fputc_func = 0;
342     fputs_func = 0;
343     fwrite_func = 0;
344     memcpy_func = 0;
345     memchr_func = 0;
346     sqrt_func   = 0;
347     strcpy_func = 0;
348     strlen_func = 0;
349     floorf_func = 0;
350     ceilf_func = 0;
351     roundf_func = 0;
352     rintf_func = 0;
353     nearbyintf_func = 0;
354   }
355
356 private:
357   /// Caches for function pointers.
358   Constant *putchar_func, *puts_func;
359   Constant *fputc_func, *fputs_func, *fwrite_func;
360   Constant *memcpy_func, *memchr_func;
361   Constant *sqrt_func;
362   Constant *strcpy_func, *strlen_func;
363   Constant *floorf_func, *ceilf_func, *roundf_func;
364   Constant *rintf_func, *nearbyintf_func;
365   Module *M;             ///< Cached Module
366   TargetData *TD;        ///< Cached TargetData
367 };
368
369 // Register the pass
370 RegisterPass<SimplifyLibCalls>
371 X("simplify-libcalls", "Simplify well-known library calls");
372
373 } // anonymous namespace
374
375 // The only public symbol in this file which just instantiates the pass object
376 ModulePass *llvm::createSimplifyLibCallsPass() {
377   return new SimplifyLibCalls();
378 }
379
380 // Classes below here, in the anonymous namespace, are all subclasses of the
381 // LibCallOptimization class, each implementing all optimizations possible for a
382 // single well-known library call. Each has a static singleton instance that
383 // auto registers it into the "optlist" global above.
384 namespace {
385
386 // Forward declare utility functions.
387 static bool GetConstantStringInfo(Value *V, ConstantArray *&Array,
388                                   uint64_t &Length, uint64_t &StartIdx);
389 static Value *CastToCStr(Value *V, Instruction &IP);
390
391 /// This LibCallOptimization will find instances of a call to "exit" that occurs
392 /// within the "main" function and change it to a simple "ret" instruction with
393 /// the same value passed to the exit function. When this is done, it splits the
394 /// basic block at the exit(3) call and deletes the call instruction.
395 /// @brief Replace calls to exit in main with a simple return
396 struct VISIBILITY_HIDDEN ExitInMainOptimization : public LibCallOptimization {
397   ExitInMainOptimization() : LibCallOptimization("exit",
398       "Number of 'exit' calls simplified") {}
399
400   // Make sure the called function looks like exit (int argument, int return
401   // type, external linkage, not varargs).
402   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function *F, SimplifyLibCalls &SLC){
403     return F->arg_size() >= 1 && F->arg_begin()->getType()->isInteger();
404   }
405
406   virtual bool OptimizeCall(CallInst* ci, SimplifyLibCalls& SLC) {
407     // To be careful, we check that the call to exit is coming from "main", that
408     // main has external linkage, and the return type of main and the argument
409     // to exit have the same type.
410     Function *from = ci->getParent()->getParent();
411     if (from->hasExternalLinkage())
412       if (from->getReturnType() == ci->getOperand(1)->getType())
413         if (from->getName() == "main") {
414           // Okay, time to actually do the optimization. First, get the basic
415           // block of the call instruction
416           BasicBlock* bb = ci->getParent();
417
418           // Create a return instruction that we'll replace the call with.
419           // Note that the argument of the return is the argument of the call
420           // instruction.
421           new ReturnInst(ci->getOperand(1), ci);
422
423           // Split the block at the call instruction which places it in a new
424           // basic block.
425           bb->splitBasicBlock(ci);
426
427           // The block split caused a branch instruction to be inserted into
428           // the end of the original block, right after the return instruction
429           // that we put there. That's not a valid block, so delete the branch
430           // instruction.
431           bb->getInstList().pop_back();
432
433           // Now we can finally get rid of the call instruction which now lives
434           // in the new basic block.
435           ci->eraseFromParent();
436
437           // Optimization succeeded, return true.
438           return true;
439         }
440     // We didn't pass the criteria for this optimization so return false
441     return false;
442   }
443 } ExitInMainOptimizer;
444
445 /// This LibCallOptimization will simplify a call to the strcat library
446 /// function. The simplification is possible only if the string being
447 /// concatenated is a constant array or a constant expression that results in
448 /// a constant string. In this case we can replace it with strlen + llvm.memcpy
449 /// of the constant string. Both of these calls are further reduced, if possible
450 /// on subsequent passes.
451 /// @brief Simplify the strcat library function.
452 struct VISIBILITY_HIDDEN StrCatOptimization : public LibCallOptimization {
453 public:
454   /// @brief Default constructor
455   StrCatOptimization() : LibCallOptimization("strcat",
456       "Number of 'strcat' calls simplified") {}
457
458 public:
459
460   /// @brief Make sure that the "strcat" function has the right prototype
461   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function* f, SimplifyLibCalls& SLC){
462     if (f->getReturnType() == PointerType::get(Type::Int8Ty))
463       if (f->arg_size() == 2)
464       {
465         Function::const_arg_iterator AI = f->arg_begin();
466         if (AI++->getType() == PointerType::get(Type::Int8Ty))
467           if (AI->getType() == PointerType::get(Type::Int8Ty))
468           {
469             // Indicate this is a suitable call type.
470             return true;
471           }
472       }
473     return false;
474   }
475
476   /// @brief Optimize the strcat library function
477   virtual bool OptimizeCall(CallInst *CI, SimplifyLibCalls &SLC) {
478     // Extract some information from the instruction
479     Value *Dst = CI->getOperand(1);
480     Value *Src = CI->getOperand(2);
481
482     // Extract the initializer (while making numerous checks) from the
483     // source operand of the call to strcat.
484     uint64_t SrcLength, StartIdx;
485     ConstantArray *Arr;
486     if (!GetConstantStringInfo(Src, Arr, SrcLength, StartIdx))
487       return false;
488
489     // Handle the simple, do-nothing case
490     if (SrcLength == 0) {
491       CI->replaceAllUsesWith(Dst);
492       CI->eraseFromParent();
493       return true;
494     }
495
496     // We need to find the end of the destination string.  That's where the
497     // memory is to be moved to. We just generate a call to strlen (further
498     // optimized in another pass).
499     CallInst *DstLen = new CallInst(SLC.get_strlen(), Dst,
500                                     Dst->getName()+".len", CI);
501
502     // Now that we have the destination's length, we must index into the
503     // destination's pointer to get the actual memcpy destination (end of
504     // the string .. we're concatenating).
505     Dst = new GetElementPtrInst(Dst, DstLen, Dst->getName()+".indexed", CI);
506
507     // We have enough information to now generate the memcpy call to
508     // do the concatenation for us.
509     Value *Vals[] = {
510       Dst, Src,
511       ConstantInt::get(SLC.getIntPtrType(), SrcLength+1), // copy nul term.
512       ConstantInt::get(Type::Int32Ty, 1)  // alignment
513     };
514     new CallInst(SLC.get_memcpy(), Vals, 4, "", CI);
515
516     // Finally, substitute the first operand of the strcat call for the
517     // strcat call itself since strcat returns its first operand; and,
518     // kill the strcat CallInst.
519     CI->replaceAllUsesWith(Dst);
520     CI->eraseFromParent();
521     return true;
522   }
523 } StrCatOptimizer;
524
525 /// This LibCallOptimization will simplify a call to the strchr library
526 /// function.  It optimizes out cases where the arguments are both constant
527 /// and the result can be determined statically.
528 /// @brief Simplify the strcmp library function.
529 struct VISIBILITY_HIDDEN StrChrOptimization : public LibCallOptimization {
530 public:
531   StrChrOptimization() : LibCallOptimization("strchr",
532       "Number of 'strchr' calls simplified") {}
533
534   /// @brief Make sure that the "strchr" function has the right prototype
535   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function *F, SimplifyLibCalls &SLC){
536     const FunctionType *FT = F->getFunctionType();
537     return FT->getNumParams() == 2 &&
538            FT->getReturnType() == PointerType::get(Type::Int8Ty) &&
539            FT->getParamType(0) == FT->getReturnType() &&
540            isa<IntegerType>(FT->getParamType(1));
541   }
542
543   /// @brief Perform the strchr optimizations
544   virtual bool OptimizeCall(CallInst *CI, SimplifyLibCalls &SLC) {
545     // Check that the first argument to strchr is a constant array of sbyte.
546     // If it is, get the length and data, otherwise return false.
547     uint64_t StrLength, StartIdx;
548     ConstantArray *CA = 0;
549     if (!GetConstantStringInfo(CI->getOperand(1), CA, StrLength, StartIdx))
550       return false;
551
552     // If the second operand is not constant, just lower this to memchr since we
553     // know the length of the input string.
554     ConstantInt *CSI = dyn_cast<ConstantInt>(CI->getOperand(2));
555     if (!CSI) {
556       Value *Args[3] = {
557         CI->getOperand(1),
558         CI->getOperand(2),
559         ConstantInt::get(SLC.getIntPtrType(), StrLength+1)
560       };
561       CI->replaceAllUsesWith(new CallInst(SLC.get_memchr(), Args, 3,
562                                           CI->getName(), CI));
563       CI->eraseFromParent();
564       return true;
565     }
566
567     // Get the character we're looking for
568     int64_t CharValue = CSI->getSExtValue();
569
570     if (StrLength == 0) {
571       // If the length of the string is zero, and we are searching for zero,
572       // return the input pointer.
573       if (CharValue == 0) {
574         CI->replaceAllUsesWith(CI->getOperand(1));
575       } else {
576         // Otherwise, char wasn't found.
577         CI->replaceAllUsesWith(Constant::getNullValue(CI->getType()));
578       }
579       CI->eraseFromParent();
580       return true;
581     }
582     
583     // Compute the offset
584     uint64_t i = 0;
585     while (1) {
586       assert(i <= StrLength && "Didn't find null terminator?");
587       if (ConstantInt *C = dyn_cast<ConstantInt>(CA->getOperand(i+StartIdx))) {
588         // Did we find our match?
589         if (C->getSExtValue() == CharValue)
590           break;
591         if (C->isZero()) {
592           // We found the end of the string.  strchr returns null.
593           CI->replaceAllUsesWith(Constant::getNullValue(CI->getType()));
594           CI->eraseFromParent();
595           return true;
596         }
597       }
598       ++i;
599     }
600
601     // strchr(s+n,c)  -> gep(s+n+i,c)
602     //    (if c is a constant integer and s is a constant string)
603     Value *Idx = ConstantInt::get(Type::Int64Ty, i);
604     Value *GEP = new GetElementPtrInst(CI->getOperand(1), Idx, 
605                                        CI->getOperand(1)->getName() +
606                                        ".strchr", CI);
607     CI->replaceAllUsesWith(GEP);
608     CI->eraseFromParent();
609     return true;
610   }
611 } StrChrOptimizer;
612
613 /// This LibCallOptimization will simplify a call to the strcmp library
614 /// function.  It optimizes out cases where one or both arguments are constant
615 /// and the result can be determined statically.
616 /// @brief Simplify the strcmp library function.
617 struct VISIBILITY_HIDDEN StrCmpOptimization : public LibCallOptimization {
618 public:
619   StrCmpOptimization() : LibCallOptimization("strcmp",
620       "Number of 'strcmp' calls simplified") {}
621
622   /// @brief Make sure that the "strcmp" function has the right prototype
623   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function *F, SimplifyLibCalls &SLC){
624     return F->getReturnType() == Type::Int32Ty && F->arg_size() == 2;
625   }
626
627   /// @brief Perform the strcmp optimization
628   virtual bool OptimizeCall(CallInst* ci, SimplifyLibCalls& SLC) {
629     // First, check to see if src and destination are the same. If they are,
630     // then the optimization is to replace the CallInst with a constant 0
631     // because the call is a no-op.
632     Value* s1 = ci->getOperand(1);
633     Value* s2 = ci->getOperand(2);
634     if (s1 == s2) {
635       // strcmp(x,x)  -> 0
636       ci->replaceAllUsesWith(ConstantInt::get(Type::Int32Ty,0));
637       ci->eraseFromParent();
638       return true;
639     }
640
641     bool isstr_1 = false;
642     uint64_t len_1 = 0, StartIdx;
643     ConstantArray *A1;
644     if (GetConstantStringInfo(s1, A1, len_1, StartIdx)) {
645       isstr_1 = true;
646       if (len_1 == 0) {
647         // strcmp("",x) -> *x
648         LoadInst* load =
649           new LoadInst(CastToCStr(s2,*ci), ci->getName()+".load",ci);
650         CastInst* cast =
651           CastInst::create(Instruction::SExt, load, Type::Int32Ty, 
652                            ci->getName()+".int", ci);
653         ci->replaceAllUsesWith(cast);
654         ci->eraseFromParent();
655         return true;
656       }
657     }
658
659     bool isstr_2 = false;
660     uint64_t len_2;
661     ConstantArray* A2;
662     if (GetConstantStringInfo(s2, A2, len_2, StartIdx)) {
663       isstr_2 = true;
664       if (len_2 == 0) {
665         // strcmp(x,"") -> *x
666         LoadInst* load =
667           new LoadInst(CastToCStr(s1,*ci),ci->getName()+".val",ci);
668         CastInst* cast =
669           CastInst::create(Instruction::SExt, load, Type::Int32Ty, 
670                            ci->getName()+".int", ci);
671         ci->replaceAllUsesWith(cast);
672         ci->eraseFromParent();
673         return true;
674       }
675     }
676
677     if (isstr_1 && isstr_2) {
678       // strcmp(x,y)  -> cnst  (if both x and y are constant strings)
679       std::string str1 = A1->getAsString();
680       std::string str2 = A2->getAsString();
681       int result = strcmp(str1.c_str(), str2.c_str());
682       ci->replaceAllUsesWith(ConstantInt::get(Type::Int32Ty,result));
683       ci->eraseFromParent();
684       return true;
685     }
686     return false;
687   }
688 } StrCmpOptimizer;
689
690 /// This LibCallOptimization will simplify a call to the strncmp library
691 /// function.  It optimizes out cases where one or both arguments are constant
692 /// and the result can be determined statically.
693 /// @brief Simplify the strncmp library function.
694 struct VISIBILITY_HIDDEN StrNCmpOptimization : public LibCallOptimization {
695 public:
696   StrNCmpOptimization() : LibCallOptimization("strncmp",
697       "Number of 'strncmp' calls simplified") {}
698
699   /// @brief Make sure that the "strncmp" function has the right prototype
700   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function* f, SimplifyLibCalls& SLC){
701     if (f->getReturnType() == Type::Int32Ty && f->arg_size() == 3)
702       return true;
703     return false;
704   }
705
706   /// @brief Perform the strncpy optimization
707   virtual bool OptimizeCall(CallInst *ci, SimplifyLibCalls &SLC) {
708     // First, check to see if src and destination are the same. If they are,
709     // then the optimization is to replace the CallInst with a constant 0
710     // because the call is a no-op.
711     Value* s1 = ci->getOperand(1);
712     Value* s2 = ci->getOperand(2);
713     if (s1 == s2) {
714       // strncmp(x,x,l)  -> 0
715       ci->replaceAllUsesWith(ConstantInt::get(Type::Int32Ty,0));
716       ci->eraseFromParent();
717       return true;
718     }
719
720     // Check the length argument, if it is Constant zero then the strings are
721     // considered equal.
722     uint64_t len_arg = 0;
723     bool len_arg_is_const = false;
724     if (ConstantInt* len_CI = dyn_cast<ConstantInt>(ci->getOperand(3))) {
725       len_arg_is_const = true;
726       len_arg = len_CI->getZExtValue();
727       if (len_arg == 0) {
728         // strncmp(x,y,0)   -> 0
729         ci->replaceAllUsesWith(ConstantInt::get(Type::Int32Ty,0));
730         ci->eraseFromParent();
731         return true;
732       }
733     }
734
735     bool isstr_1 = false;
736     uint64_t len_1 = 0, StartIdx;
737     ConstantArray* A1;
738     if (GetConstantStringInfo(s1, A1, len_1, StartIdx)) {
739       isstr_1 = true;
740       if (len_1 == 0) {
741         // strncmp("",x) -> *x
742         LoadInst* load = new LoadInst(s1,ci->getName()+".load",ci);
743         CastInst* cast =
744           CastInst::create(Instruction::SExt, load, Type::Int32Ty, 
745                            ci->getName()+".int", ci);
746         ci->replaceAllUsesWith(cast);
747         ci->eraseFromParent();
748         return true;
749       }
750     }
751
752     bool isstr_2 = false;
753     uint64_t len_2 = 0;
754     ConstantArray* A2;
755     if (GetConstantStringInfo(s2, A2, len_2, StartIdx)) {
756       isstr_2 = true;
757       if (len_2 == 0) {
758         // strncmp(x,"") -> *x
759         LoadInst* load = new LoadInst(s2,ci->getName()+".val",ci);
760         CastInst* cast =
761           CastInst::create(Instruction::SExt, load, Type::Int32Ty, 
762                            ci->getName()+".int", ci);
763         ci->replaceAllUsesWith(cast);
764         ci->eraseFromParent();
765         return true;
766       }
767     }
768
769     if (isstr_1 && isstr_2 && len_arg_is_const) {
770       // strncmp(x,y,const) -> constant
771       std::string str1 = A1->getAsString();
772       std::string str2 = A2->getAsString();
773       int result = strncmp(str1.c_str(), str2.c_str(), len_arg);
774       ci->replaceAllUsesWith(ConstantInt::get(Type::Int32Ty,result));
775       ci->eraseFromParent();
776       return true;
777     }
778     return false;
779   }
780 } StrNCmpOptimizer;
781
782 /// This LibCallOptimization will simplify a call to the strcpy library
783 /// function.  Two optimizations are possible:
784 /// (1) If src and dest are the same and not volatile, just return dest
785 /// (2) If the src is a constant then we can convert to llvm.memmove
786 /// @brief Simplify the strcpy library function.
787 struct VISIBILITY_HIDDEN StrCpyOptimization : public LibCallOptimization {
788 public:
789   StrCpyOptimization() : LibCallOptimization("strcpy",
790       "Number of 'strcpy' calls simplified") {}
791
792   /// @brief Make sure that the "strcpy" function has the right prototype
793   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function* f, SimplifyLibCalls& SLC){
794     if (f->getReturnType() == PointerType::get(Type::Int8Ty))
795       if (f->arg_size() == 2) {
796         Function::const_arg_iterator AI = f->arg_begin();
797         if (AI++->getType() == PointerType::get(Type::Int8Ty))
798           if (AI->getType() == PointerType::get(Type::Int8Ty)) {
799             // Indicate this is a suitable call type.
800             return true;
801           }
802       }
803     return false;
804   }
805
806   /// @brief Perform the strcpy optimization
807   virtual bool OptimizeCall(CallInst* ci, SimplifyLibCalls& SLC) {
808     // First, check to see if src and destination are the same. If they are,
809     // then the optimization is to replace the CallInst with the destination
810     // because the call is a no-op. Note that this corresponds to the
811     // degenerate strcpy(X,X) case which should have "undefined" results
812     // according to the C specification. However, it occurs sometimes and
813     // we optimize it as a no-op.
814     Value* dest = ci->getOperand(1);
815     Value* src = ci->getOperand(2);
816     if (dest == src) {
817       ci->replaceAllUsesWith(dest);
818       ci->eraseFromParent();
819       return true;
820     }
821
822     // Get the length of the constant string referenced by the second operand,
823     // the "src" parameter. Fail the optimization if we can't get the length
824     // (note that GetConstantStringInfo does lots of checks to make sure this
825     // is valid).
826     uint64_t len, StartIdx;
827     ConstantArray *A;
828     if (!GetConstantStringInfo(ci->getOperand(2), A, len, StartIdx))
829       return false;
830
831     // If the constant string's length is zero we can optimize this by just
832     // doing a store of 0 at the first byte of the destination
833     if (len == 0) {
834       new StoreInst(ConstantInt::get(Type::Int8Ty,0),ci->getOperand(1),ci);
835       ci->replaceAllUsesWith(dest);
836       ci->eraseFromParent();
837       return true;
838     }
839
840     // Increment the length because we actually want to memcpy the null
841     // terminator as well.
842     len++;
843
844     // We have enough information to now generate the memcpy call to
845     // do the concatenation for us.
846     Value *vals[4] = {
847       dest, src,
848       ConstantInt::get(SLC.getIntPtrType(),len), // length
849       ConstantInt::get(Type::Int32Ty, 1) // alignment
850     };
851     new CallInst(SLC.get_memcpy(), vals, 4, "", ci);
852
853     // Finally, substitute the first operand of the strcat call for the
854     // strcat call itself since strcat returns its first operand; and,
855     // kill the strcat CallInst.
856     ci->replaceAllUsesWith(dest);
857     ci->eraseFromParent();
858     return true;
859   }
860 } StrCpyOptimizer;
861
862 /// This LibCallOptimization will simplify a call to the strlen library
863 /// function by replacing it with a constant value if the string provided to
864 /// it is a constant array.
865 /// @brief Simplify the strlen library function.
866 struct VISIBILITY_HIDDEN StrLenOptimization : public LibCallOptimization {
867   StrLenOptimization() : LibCallOptimization("strlen",
868       "Number of 'strlen' calls simplified") {}
869
870   /// @brief Make sure that the "strlen" function has the right prototype
871   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function* f, SimplifyLibCalls& SLC)
872   {
873     if (f->getReturnType() == SLC.getTargetData()->getIntPtrType())
874       if (f->arg_size() == 1)
875         if (Function::const_arg_iterator AI = f->arg_begin())
876           if (AI->getType() == PointerType::get(Type::Int8Ty))
877             return true;
878     return false;
879   }
880
881   /// @brief Perform the strlen optimization
882   virtual bool OptimizeCall(CallInst* ci, SimplifyLibCalls& SLC)
883   {
884     // Make sure we're dealing with an sbyte* here.
885     Value* str = ci->getOperand(1);
886     if (str->getType() != PointerType::get(Type::Int8Ty))
887       return false;
888
889     // Does the call to strlen have exactly one use?
890     if (ci->hasOneUse())
891       // Is that single use a icmp operator?
892       if (ICmpInst* bop = dyn_cast<ICmpInst>(ci->use_back()))
893         // Is it compared against a constant integer?
894         if (ConstantInt* CI = dyn_cast<ConstantInt>(bop->getOperand(1)))
895         {
896           // Get the value the strlen result is compared to
897           uint64_t val = CI->getZExtValue();
898
899           // If its compared against length 0 with == or !=
900           if (val == 0 &&
901               (bop->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_EQ ||
902                bop->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_NE))
903           {
904             // strlen(x) != 0 -> *x != 0
905             // strlen(x) == 0 -> *x == 0
906             LoadInst* load = new LoadInst(str,str->getName()+".first",ci);
907             ICmpInst* rbop = new ICmpInst(bop->getPredicate(), load, 
908                                           ConstantInt::get(Type::Int8Ty,0),
909                                           bop->getName()+".strlen", ci);
910             bop->replaceAllUsesWith(rbop);
911             bop->eraseFromParent();
912             ci->eraseFromParent();
913             return true;
914           }
915         }
916
917     // Get the length of the constant string operand
918     uint64_t len = 0, StartIdx;
919     ConstantArray *A;
920     if (!GetConstantStringInfo(ci->getOperand(1), A, len, StartIdx))
921       return false;
922
923     // strlen("xyz") -> 3 (for example)
924     const Type *Ty = SLC.getTargetData()->getIntPtrType();
925     ci->replaceAllUsesWith(ConstantInt::get(Ty, len));
926      
927     ci->eraseFromParent();
928     return true;
929   }
930 } StrLenOptimizer;
931
932 /// IsOnlyUsedInEqualsComparison - Return true if it only matters that the value
933 /// is equal or not-equal to zero. 
934 static bool IsOnlyUsedInEqualsZeroComparison(Instruction *I) {
935   for (Value::use_iterator UI = I->use_begin(), E = I->use_end();
936        UI != E; ++UI) {
937     Instruction *User = cast<Instruction>(*UI);
938     if (ICmpInst *IC = dyn_cast<ICmpInst>(User)) {
939       if ((IC->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_NE ||
940            IC->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_EQ) &&
941           isa<Constant>(IC->getOperand(1)) &&
942           cast<Constant>(IC->getOperand(1))->isNullValue())
943         continue;
944     } else if (CastInst *CI = dyn_cast<CastInst>(User))
945       if (CI->getType() == Type::Int1Ty)
946         continue;
947     // Unknown instruction.
948     return false;
949   }
950   return true;
951 }
952
953 /// This memcmpOptimization will simplify a call to the memcmp library
954 /// function.
955 struct VISIBILITY_HIDDEN memcmpOptimization : public LibCallOptimization {
956   /// @brief Default Constructor
957   memcmpOptimization()
958     : LibCallOptimization("memcmp", "Number of 'memcmp' calls simplified") {}
959   
960   /// @brief Make sure that the "memcmp" function has the right prototype
961   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function *F, SimplifyLibCalls &TD) {
962     Function::const_arg_iterator AI = F->arg_begin();
963     if (F->arg_size() != 3 || !isa<PointerType>(AI->getType())) return false;
964     if (!isa<PointerType>((++AI)->getType())) return false;
965     if (!(++AI)->getType()->isInteger()) return false;
966     if (!F->getReturnType()->isInteger()) return false;
967     return true;
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.
972   ///
973   /// Note that we could do much more if we could force alignment on otherwise
974   /// small aligned allocas, or if we could indicate that loads have a small
975   /// alignment.
976   virtual bool OptimizeCall(CallInst *CI, SimplifyLibCalls &TD) {
977     Value *LHS = CI->getOperand(1), *RHS = CI->getOperand(2);
978
979     // If the two operands are the same, return zero.
980     if (LHS == RHS) {
981       // memcmp(s,s,x) -> 0
982       CI->replaceAllUsesWith(Constant::getNullValue(CI->getType()));
983       CI->eraseFromParent();
984       return true;
985     }
986     
987     // Make sure we have a constant length.
988     ConstantInt *LenC = dyn_cast<ConstantInt>(CI->getOperand(3));
989     if (!LenC) return false;
990     uint64_t Len = LenC->getZExtValue();
991       
992     // If the length is zero, this returns 0.
993     switch (Len) {
994     case 0:
995       // memcmp(s1,s2,0) -> 0
996       CI->replaceAllUsesWith(Constant::getNullValue(CI->getType()));
997       CI->eraseFromParent();
998       return true;
999     case 1: {
1000       // memcmp(S1,S2,1) -> *(ubyte*)S1 - *(ubyte*)S2
1001       const Type *UCharPtr = PointerType::get(Type::Int8Ty);
1002       CastInst *Op1Cast = CastInst::create(
1003           Instruction::BitCast, LHS, UCharPtr, LHS->getName(), CI);
1004       CastInst *Op2Cast = CastInst::create(
1005           Instruction::BitCast, RHS, UCharPtr, RHS->getName(), CI);
1006       Value *S1V = new LoadInst(Op1Cast, LHS->getName()+".val", CI);
1007       Value *S2V = new LoadInst(Op2Cast, RHS->getName()+".val", CI);
1008       Value *RV = BinaryOperator::createSub(S1V, S2V, CI->getName()+".diff",CI);
1009       if (RV->getType() != CI->getType())
1010         RV = CastInst::createIntegerCast(RV, CI->getType(), false, 
1011                                          RV->getName(), CI);
1012       CI->replaceAllUsesWith(RV);
1013       CI->eraseFromParent();
1014       return true;
1015     }
1016     case 2:
1017       if (IsOnlyUsedInEqualsZeroComparison(CI)) {
1018         // TODO: IF both are aligned, use a short load/compare.
1019       
1020         // memcmp(S1,S2,2) -> S1[0]-S2[0] | S1[1]-S2[1] iff only ==/!= 0 matters
1021         const Type *UCharPtr = PointerType::get(Type::Int8Ty);
1022         CastInst *Op1Cast = CastInst::create(
1023             Instruction::BitCast, LHS, UCharPtr, LHS->getName(), CI);
1024         CastInst *Op2Cast = CastInst::create(
1025             Instruction::BitCast, RHS, UCharPtr, RHS->getName(), CI);
1026         Value *S1V1 = new LoadInst(Op1Cast, LHS->getName()+".val1", CI);
1027         Value *S2V1 = new LoadInst(Op2Cast, RHS->getName()+".val1", CI);
1028         Value *D1 = BinaryOperator::createSub(S1V1, S2V1,
1029                                               CI->getName()+".d1", CI);
1030         Constant *One = ConstantInt::get(Type::Int32Ty, 1);
1031         Value *G1 = new GetElementPtrInst(Op1Cast, One, "next1v", CI);
1032         Value *G2 = new GetElementPtrInst(Op2Cast, One, "next2v", CI);
1033         Value *S1V2 = new LoadInst(G1, LHS->getName()+".val2", CI);
1034         Value *S2V2 = new LoadInst(G2, RHS->getName()+".val2", CI);
1035         Value *D2 = BinaryOperator::createSub(S1V2, S2V2,
1036                                               CI->getName()+".d1", CI);
1037         Value *Or = BinaryOperator::createOr(D1, D2, CI->getName()+".res", CI);
1038         if (Or->getType() != CI->getType())
1039           Or = CastInst::createIntegerCast(Or, CI->getType(), false /*ZExt*/, 
1040                                            Or->getName(), CI);
1041         CI->replaceAllUsesWith(Or);
1042         CI->eraseFromParent();
1043         return true;
1044       }
1045       break;
1046     default:
1047       break;
1048     }
1049     
1050     return false;
1051   }
1052 } memcmpOptimizer;
1053
1054
1055 /// This LibCallOptimization will simplify a call to the memcpy library
1056 /// function by expanding it out to a single store of size 0, 1, 2, 4, or 8
1057 /// bytes depending on the length of the string and the alignment. Additional
1058 /// optimizations are possible in code generation (sequence of immediate store)
1059 /// @brief Simplify the memcpy library function.
1060 struct VISIBILITY_HIDDEN LLVMMemCpyMoveOptzn : public LibCallOptimization {
1061   LLVMMemCpyMoveOptzn(const char* fname, const char* desc)
1062   : LibCallOptimization(fname, desc) {}
1063
1064   /// @brief Make sure that the "memcpy" function has the right prototype
1065   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function* f, SimplifyLibCalls& TD) {
1066     // Just make sure this has 4 arguments per LLVM spec.
1067     return (f->arg_size() == 4);
1068   }
1069
1070   /// Because of alignment and instruction information that we don't have, we
1071   /// leave the bulk of this to the code generators. The optimization here just
1072   /// deals with a few degenerate cases where the length of the string and the
1073   /// alignment match the sizes of our intrinsic types so we can do a load and
1074   /// store instead of the memcpy call.
1075   /// @brief Perform the memcpy optimization.
1076   virtual bool OptimizeCall(CallInst* ci, SimplifyLibCalls& TD) {
1077     // Make sure we have constant int values to work with
1078     ConstantInt* LEN = dyn_cast<ConstantInt>(ci->getOperand(3));
1079     if (!LEN)
1080       return false;
1081     ConstantInt* ALIGN = dyn_cast<ConstantInt>(ci->getOperand(4));
1082     if (!ALIGN)
1083       return false;
1084
1085     // If the length is larger than the alignment, we can't optimize
1086     uint64_t len = LEN->getZExtValue();
1087     uint64_t alignment = ALIGN->getZExtValue();
1088     if (alignment == 0)
1089       alignment = 1; // Alignment 0 is identity for alignment 1
1090     if (len > alignment)
1091       return false;
1092
1093     // Get the type we will cast to, based on size of the string
1094     Value* dest = ci->getOperand(1);
1095     Value* src = ci->getOperand(2);
1096     const Type* castType = 0;
1097     switch (len)
1098     {
1099       case 0:
1100         // memcpy(d,s,0,a) -> noop
1101         ci->eraseFromParent();
1102         return true;
1103       case 1: castType = Type::Int8Ty; break;
1104       case 2: castType = Type::Int16Ty; break;
1105       case 4: castType = Type::Int32Ty; break;
1106       case 8: castType = Type::Int64Ty; break;
1107       default:
1108         return false;
1109     }
1110
1111     // Cast source and dest to the right sized primitive and then load/store
1112     CastInst* SrcCast = CastInst::create(Instruction::BitCast,
1113         src, PointerType::get(castType), src->getName()+".cast", ci);
1114     CastInst* DestCast = CastInst::create(Instruction::BitCast,
1115         dest, PointerType::get(castType),dest->getName()+".cast", ci);
1116     LoadInst* LI = new LoadInst(SrcCast,SrcCast->getName()+".val",ci);
1117     new StoreInst(LI, DestCast, ci);
1118     ci->eraseFromParent();
1119     return true;
1120   }
1121 };
1122
1123 /// This LibCallOptimization will simplify a call to the memcpy/memmove library
1124 /// functions.
1125 LLVMMemCpyMoveOptzn LLVMMemCpyOptimizer32("llvm.memcpy.i32",
1126                                     "Number of 'llvm.memcpy' calls simplified");
1127 LLVMMemCpyMoveOptzn LLVMMemCpyOptimizer64("llvm.memcpy.i64",
1128                                    "Number of 'llvm.memcpy' calls simplified");
1129 LLVMMemCpyMoveOptzn LLVMMemMoveOptimizer32("llvm.memmove.i32",
1130                                    "Number of 'llvm.memmove' calls simplified");
1131 LLVMMemCpyMoveOptzn LLVMMemMoveOptimizer64("llvm.memmove.i64",
1132                                    "Number of 'llvm.memmove' calls simplified");
1133
1134 /// This LibCallOptimization will simplify a call to the memset library
1135 /// function by expanding it out to a single store of size 0, 1, 2, 4, or 8
1136 /// bytes depending on the length argument.
1137 struct VISIBILITY_HIDDEN LLVMMemSetOptimization : public LibCallOptimization {
1138   /// @brief Default Constructor
1139   LLVMMemSetOptimization(const char *Name) : LibCallOptimization(Name,
1140       "Number of 'llvm.memset' calls simplified") {}
1141
1142   /// @brief Make sure that the "memset" function has the right prototype
1143   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function *F, SimplifyLibCalls &TD) {
1144     // Just make sure this has 3 arguments per LLVM spec.
1145     return F->arg_size() == 4;
1146   }
1147
1148   /// Because of alignment and instruction information that we don't have, we
1149   /// leave the bulk of this to the code generators. The optimization here just
1150   /// deals with a few degenerate cases where the length parameter is constant
1151   /// and the alignment matches the sizes of our intrinsic types so we can do
1152   /// store instead of the memcpy call. Other calls are transformed into the
1153   /// llvm.memset intrinsic.
1154   /// @brief Perform the memset optimization.
1155   virtual bool OptimizeCall(CallInst *ci, SimplifyLibCalls &TD) {
1156     // Make sure we have constant int values to work with
1157     ConstantInt* LEN = dyn_cast<ConstantInt>(ci->getOperand(3));
1158     if (!LEN)
1159       return false;
1160     ConstantInt* ALIGN = dyn_cast<ConstantInt>(ci->getOperand(4));
1161     if (!ALIGN)
1162       return false;
1163
1164     // Extract the length and alignment
1165     uint64_t len = LEN->getZExtValue();
1166     uint64_t alignment = ALIGN->getZExtValue();
1167
1168     // Alignment 0 is identity for alignment 1
1169     if (alignment == 0)
1170       alignment = 1;
1171
1172     // If the length is zero, this is a no-op
1173     if (len == 0) {
1174       // memset(d,c,0,a) -> noop
1175       ci->eraseFromParent();
1176       return true;
1177     }
1178
1179     // If the length is larger than the alignment, we can't optimize
1180     if (len > alignment)
1181       return false;
1182
1183     // Make sure we have a constant ubyte to work with so we can extract
1184     // the value to be filled.
1185     ConstantInt* FILL = dyn_cast<ConstantInt>(ci->getOperand(2));
1186     if (!FILL)
1187       return false;
1188     if (FILL->getType() != Type::Int8Ty)
1189       return false;
1190
1191     // memset(s,c,n) -> store s, c (for n=1,2,4,8)
1192
1193     // Extract the fill character
1194     uint64_t fill_char = FILL->getZExtValue();
1195     uint64_t fill_value = fill_char;
1196
1197     // Get the type we will cast to, based on size of memory area to fill, and
1198     // and the value we will store there.
1199     Value* dest = ci->getOperand(1);
1200     const Type* castType = 0;
1201     switch (len) {
1202       case 1:
1203         castType = Type::Int8Ty;
1204         break;
1205       case 2:
1206         castType = Type::Int16Ty;
1207         fill_value |= fill_char << 8;
1208         break;
1209       case 4:
1210         castType = Type::Int32Ty;
1211         fill_value |= fill_char << 8 | fill_char << 16 | fill_char << 24;
1212         break;
1213       case 8:
1214         castType = Type::Int64Ty;
1215         fill_value |= fill_char << 8 | fill_char << 16 | fill_char << 24;
1216         fill_value |= fill_char << 32 | fill_char << 40 | fill_char << 48;
1217         fill_value |= fill_char << 56;
1218         break;
1219       default:
1220         return false;
1221     }
1222
1223     // Cast dest to the right sized primitive and then load/store
1224     CastInst* DestCast = new BitCastInst(dest, PointerType::get(castType), 
1225                                          dest->getName()+".cast", ci);
1226     new StoreInst(ConstantInt::get(castType,fill_value),DestCast, ci);
1227     ci->eraseFromParent();
1228     return true;
1229   }
1230 };
1231
1232 LLVMMemSetOptimization MemSet32Optimizer("llvm.memset.i32");
1233 LLVMMemSetOptimization MemSet64Optimizer("llvm.memset.i64");
1234
1235
1236 /// This LibCallOptimization will simplify calls to the "pow" library
1237 /// function. It looks for cases where the result of pow is well known and
1238 /// substitutes the appropriate value.
1239 /// @brief Simplify the pow library function.
1240 struct VISIBILITY_HIDDEN PowOptimization : public LibCallOptimization {
1241 public:
1242   /// @brief Default Constructor
1243   PowOptimization() : LibCallOptimization("pow",
1244       "Number of 'pow' calls simplified") {}
1245
1246   /// @brief Make sure that the "pow" function has the right prototype
1247   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function* f, SimplifyLibCalls& SLC){
1248     // Just make sure this has 2 arguments
1249     return (f->arg_size() == 2);
1250   }
1251
1252   /// @brief Perform the pow optimization.
1253   virtual bool OptimizeCall(CallInst *ci, SimplifyLibCalls &SLC) {
1254     const Type *Ty = cast<Function>(ci->getOperand(0))->getReturnType();
1255     Value* base = ci->getOperand(1);
1256     Value* expn = ci->getOperand(2);
1257     if (ConstantFP *Op1 = dyn_cast<ConstantFP>(base)) {
1258       double Op1V = Op1->getValue();
1259       if (Op1V == 1.0) {
1260         // pow(1.0,x) -> 1.0
1261         ci->replaceAllUsesWith(ConstantFP::get(Ty,1.0));
1262         ci->eraseFromParent();
1263         return true;
1264       }
1265     }  else if (ConstantFP* Op2 = dyn_cast<ConstantFP>(expn)) {
1266       double Op2V = Op2->getValue();
1267       if (Op2V == 0.0) {
1268         // pow(x,0.0) -> 1.0
1269         ci->replaceAllUsesWith(ConstantFP::get(Ty,1.0));
1270         ci->eraseFromParent();
1271         return true;
1272       } else if (Op2V == 0.5) {
1273         // pow(x,0.5) -> sqrt(x)
1274         CallInst* sqrt_inst = new CallInst(SLC.get_sqrt(), base,
1275             ci->getName()+".pow",ci);
1276         ci->replaceAllUsesWith(sqrt_inst);
1277         ci->eraseFromParent();
1278         return true;
1279       } else if (Op2V == 1.0) {
1280         // pow(x,1.0) -> x
1281         ci->replaceAllUsesWith(base);
1282         ci->eraseFromParent();
1283         return true;
1284       } else if (Op2V == -1.0) {
1285         // pow(x,-1.0)    -> 1.0/x
1286         BinaryOperator* div_inst= BinaryOperator::createFDiv(
1287           ConstantFP::get(Ty,1.0), base, ci->getName()+".pow", ci);
1288         ci->replaceAllUsesWith(div_inst);
1289         ci->eraseFromParent();
1290         return true;
1291       }
1292     }
1293     return false; // opt failed
1294   }
1295 } PowOptimizer;
1296
1297 /// This LibCallOptimization will simplify calls to the "printf" library
1298 /// function. It looks for cases where the result of printf is not used and the
1299 /// operation can be reduced to something simpler.
1300 /// @brief Simplify the printf library function.
1301 struct VISIBILITY_HIDDEN PrintfOptimization : public LibCallOptimization {
1302 public:
1303   /// @brief Default Constructor
1304   PrintfOptimization() : LibCallOptimization("printf",
1305       "Number of 'printf' calls simplified") {}
1306
1307   /// @brief Make sure that the "printf" function has the right prototype
1308   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function* f, SimplifyLibCalls& SLC){
1309     // Just make sure this has at least 1 arguments
1310     return (f->arg_size() >= 1);
1311   }
1312
1313   /// @brief Perform the printf optimization.
1314   virtual bool OptimizeCall(CallInst* ci, SimplifyLibCalls& SLC) {
1315     // If the call has more than 2 operands, we can't optimize it
1316     if (ci->getNumOperands() > 3 || ci->getNumOperands() <= 2)
1317       return false;
1318
1319     // If the result of the printf call is used, none of these optimizations
1320     // can be made.
1321     if (!ci->use_empty())
1322       return false;
1323
1324     // All the optimizations depend on the length of the first argument and the
1325     // fact that it is a constant string array. Check that now
1326     uint64_t len, StartIdx;
1327     ConstantArray* CA = 0;
1328     if (!GetConstantStringInfo(ci->getOperand(1), CA, len, StartIdx))
1329       return false;
1330
1331     if (len != 2 && len != 3)
1332       return false;
1333
1334     // The first character has to be a %
1335     if (ConstantInt* CI = dyn_cast<ConstantInt>(CA->getOperand(0)))
1336       if (CI->getZExtValue() != '%')
1337         return false;
1338
1339     // Get the second character and switch on its value
1340     ConstantInt* CI = dyn_cast<ConstantInt>(CA->getOperand(1));
1341     switch (CI->getZExtValue()) {
1342       case 's':
1343       {
1344         if (len != 3 ||
1345             dyn_cast<ConstantInt>(CA->getOperand(2))->getZExtValue() != '\n')
1346           return false;
1347
1348         // printf("%s\n",str) -> puts(str)
1349         std::vector<Value*> args;
1350         new CallInst(SLC.get_puts(), CastToCStr(ci->getOperand(2), *ci),
1351                      ci->getName(), ci);
1352         ci->replaceAllUsesWith(ConstantInt::get(Type::Int32Ty, len));
1353         break;
1354       }
1355       case 'c':
1356       {
1357         // printf("%c",c) -> putchar(c)
1358         if (len != 2)
1359           return false;
1360
1361         CastInst *Char = CastInst::createSExtOrBitCast(
1362             ci->getOperand(2), Type::Int32Ty, CI->getName()+".int", ci);
1363         new CallInst(SLC.get_putchar(), Char, "", ci);
1364         ci->replaceAllUsesWith(ConstantInt::get(Type::Int32Ty, 1));
1365         break;
1366       }
1367       default:
1368         return false;
1369     }
1370     ci->eraseFromParent();
1371     return true;
1372   }
1373 } PrintfOptimizer;
1374
1375 /// This LibCallOptimization will simplify calls to the "fprintf" library
1376 /// function. It looks for cases where the result of fprintf is not used and the
1377 /// operation can be reduced to something simpler.
1378 /// @brief Simplify the fprintf library function.
1379 struct VISIBILITY_HIDDEN FPrintFOptimization : public LibCallOptimization {
1380 public:
1381   /// @brief Default Constructor
1382   FPrintFOptimization() : LibCallOptimization("fprintf",
1383       "Number of 'fprintf' calls simplified") {}
1384
1385   /// @brief Make sure that the "fprintf" function has the right prototype
1386   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function* f, SimplifyLibCalls& SLC){
1387     // Just make sure this has at least 2 arguments
1388     return (f->arg_size() >= 2);
1389   }
1390
1391   /// @brief Perform the fprintf optimization.
1392   virtual bool OptimizeCall(CallInst* ci, SimplifyLibCalls& SLC) {
1393     // If the call has more than 3 operands, we can't optimize it
1394     if (ci->getNumOperands() > 4 || ci->getNumOperands() <= 2)
1395       return false;
1396
1397     // If the result of the fprintf call is used, none of these optimizations
1398     // can be made.
1399     if (!ci->use_empty())
1400       return false;
1401
1402     // All the optimizations depend on the length of the second argument and the
1403     // fact that it is a constant string array. Check that now
1404     uint64_t len, StartIdx;
1405     ConstantArray* CA = 0;
1406     if (!GetConstantStringInfo(ci->getOperand(2), CA, len, StartIdx))
1407       return false;
1408
1409     if (ci->getNumOperands() == 3) {
1410       // Make sure there's no % in the constant array
1411       for (unsigned i = 0; i < len; ++i) {
1412         if (ConstantInt* CI = dyn_cast<ConstantInt>(CA->getOperand(i))) {
1413           // Check for the null terminator
1414           if (CI->getZExtValue() == '%')
1415             return false; // we found end of string
1416         } else {
1417           return false;
1418         }
1419       }
1420
1421       // fprintf(file,fmt) -> fwrite(fmt,strlen(fmt),file)
1422       const Type* FILEptr_type = ci->getOperand(1)->getType();
1423
1424       // Make sure that the fprintf() and fwrite() functions both take the
1425       // same type of char pointer.
1426       if (ci->getOperand(2)->getType() != PointerType::get(Type::Int8Ty))
1427         return false;
1428
1429       Value* args[4] = {
1430         ci->getOperand(2),
1431         ConstantInt::get(SLC.getIntPtrType(),len),
1432         ConstantInt::get(SLC.getIntPtrType(),1),
1433         ci->getOperand(1)
1434       };
1435       new CallInst(SLC.get_fwrite(FILEptr_type), args, 4, ci->getName(), ci);
1436       ci->replaceAllUsesWith(ConstantInt::get(Type::Int32Ty,len));
1437       ci->eraseFromParent();
1438       return true;
1439     }
1440
1441     // The remaining optimizations require the format string to be length 2
1442     // "%s" or "%c".
1443     if (len != 2)
1444       return false;
1445
1446     // The first character has to be a %
1447     if (ConstantInt* CI = dyn_cast<ConstantInt>(CA->getOperand(0)))
1448       if (CI->getZExtValue() != '%')
1449         return false;
1450
1451     // Get the second character and switch on its value
1452     ConstantInt* CI = dyn_cast<ConstantInt>(CA->getOperand(1));
1453     switch (CI->getZExtValue()) {
1454       case 's':
1455       {
1456         uint64_t len, StartIdx;
1457         ConstantArray* CA = 0;
1458         if (GetConstantStringInfo(ci->getOperand(3), CA, len, StartIdx)) {
1459           // fprintf(file,"%s",str) -> fwrite(str,strlen(str),1,file)
1460           const Type* FILEptr_type = ci->getOperand(1)->getType();
1461           Value* args[4] = {
1462             CastToCStr(ci->getOperand(3), *ci),
1463             ConstantInt::get(SLC.getIntPtrType(), len),
1464             ConstantInt::get(SLC.getIntPtrType(), 1),
1465             ci->getOperand(1)
1466           };
1467           new CallInst(SLC.get_fwrite(FILEptr_type), args, 4,ci->getName(), ci);
1468           ci->replaceAllUsesWith(ConstantInt::get(Type::Int32Ty, len));
1469         } else {
1470           // fprintf(file,"%s",str) -> fputs(str,file)
1471           const Type* FILEptr_type = ci->getOperand(1)->getType();
1472           new CallInst(SLC.get_fputs(FILEptr_type),
1473                        CastToCStr(ci->getOperand(3), *ci),
1474                        ci->getOperand(1), ci->getName(),ci);
1475           ci->replaceAllUsesWith(ConstantInt::get(Type::Int32Ty,len));
1476         }
1477         break;
1478       }
1479       case 'c':
1480       {
1481         // fprintf(file,"%c",c) -> fputc(c,file)
1482         const Type* FILEptr_type = ci->getOperand(1)->getType();
1483         CastInst* cast = CastInst::createSExtOrBitCast(
1484             ci->getOperand(3), Type::Int32Ty, CI->getName()+".int", ci);
1485         new CallInst(SLC.get_fputc(FILEptr_type), cast,ci->getOperand(1),"",ci);
1486         ci->replaceAllUsesWith(ConstantInt::get(Type::Int32Ty,1));
1487         break;
1488       }
1489       default:
1490         return false;
1491     }
1492     ci->eraseFromParent();
1493     return true;
1494   }
1495 } FPrintFOptimizer;
1496
1497 /// This LibCallOptimization will simplify calls to the "sprintf" library
1498 /// function. It looks for cases where the result of sprintf is not used and the
1499 /// operation can be reduced to something simpler.
1500 /// @brief Simplify the sprintf library function.
1501 struct VISIBILITY_HIDDEN SPrintFOptimization : public LibCallOptimization {
1502 public:
1503   /// @brief Default Constructor
1504   SPrintFOptimization() : LibCallOptimization("sprintf",
1505       "Number of 'sprintf' calls simplified") {}
1506
1507   /// @brief Make sure that the "fprintf" function has the right prototype
1508   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function *f, SimplifyLibCalls &SLC){
1509     // Just make sure this has at least 2 arguments
1510     return (f->getReturnType() == Type::Int32Ty && f->arg_size() >= 2);
1511   }
1512
1513   /// @brief Perform the sprintf optimization.
1514   virtual bool OptimizeCall(CallInst *ci, SimplifyLibCalls &SLC) {
1515     // If the call has more than 3 operands, we can't optimize it
1516     if (ci->getNumOperands() > 4 || ci->getNumOperands() < 3)
1517       return false;
1518
1519     // All the optimizations depend on the length of the second argument and the
1520     // fact that it is a constant string array. Check that now
1521     uint64_t len, StartIdx;
1522     ConstantArray* CA = 0;
1523     if (!GetConstantStringInfo(ci->getOperand(2), CA, len, StartIdx))
1524       return false;
1525
1526     if (ci->getNumOperands() == 3) {
1527       if (len == 0) {
1528         // If the length is 0, we just need to store a null byte
1529         new StoreInst(ConstantInt::get(Type::Int8Ty,0),ci->getOperand(1),ci);
1530         ci->replaceAllUsesWith(ConstantInt::get(Type::Int32Ty,0));
1531         ci->eraseFromParent();
1532         return true;
1533       }
1534
1535       // Make sure there's no % in the constant array
1536       for (unsigned i = 0; i < len; ++i) {
1537         if (ConstantInt* CI = dyn_cast<ConstantInt>(CA->getOperand(i))) {
1538           // Check for the null terminator
1539           if (CI->getZExtValue() == '%')
1540             return false; // we found a %, can't optimize
1541         } else {
1542           return false; // initializer is not constant int, can't optimize
1543         }
1544       }
1545
1546       // Increment length because we want to copy the null byte too
1547       len++;
1548
1549       // sprintf(str,fmt) -> llvm.memcpy(str,fmt,strlen(fmt),1)
1550       Value *args[4] = {
1551         ci->getOperand(1),
1552         ci->getOperand(2),
1553         ConstantInt::get(SLC.getIntPtrType(),len),
1554         ConstantInt::get(Type::Int32Ty, 1)
1555       };
1556       new CallInst(SLC.get_memcpy(), args, 4, "", ci);
1557       ci->replaceAllUsesWith(ConstantInt::get(Type::Int32Ty,len));
1558       ci->eraseFromParent();
1559       return true;
1560     }
1561
1562     // The remaining optimizations require the format string to be length 2
1563     // "%s" or "%c".
1564     if (len != 2)
1565       return false;
1566
1567     // The first character has to be a %
1568     if (ConstantInt* CI = dyn_cast<ConstantInt>(CA->getOperand(0)))
1569       if (CI->getZExtValue() != '%')
1570         return false;
1571
1572     // Get the second character and switch on its value
1573     ConstantInt* CI = dyn_cast<ConstantInt>(CA->getOperand(1));
1574     switch (CI->getZExtValue()) {
1575     case 's': {
1576       // sprintf(dest,"%s",str) -> llvm.memcpy(dest, str, strlen(str)+1, 1)
1577       Value *Len = new CallInst(SLC.get_strlen(),
1578                                 CastToCStr(ci->getOperand(3), *ci),
1579                                 ci->getOperand(3)->getName()+".len", ci);
1580       Value *Len1 = BinaryOperator::createAdd(Len,
1581                                             ConstantInt::get(Len->getType(), 1),
1582                                               Len->getName()+"1", ci);
1583       if (Len1->getType() != SLC.getIntPtrType())
1584         Len1 = CastInst::createIntegerCast(Len1, SLC.getIntPtrType(), false,
1585                                            Len1->getName(), ci);
1586       Value *args[4] = {
1587         CastToCStr(ci->getOperand(1), *ci),
1588         CastToCStr(ci->getOperand(3), *ci),
1589         Len1,
1590         ConstantInt::get(Type::Int32Ty,1)
1591       };
1592       new CallInst(SLC.get_memcpy(), args, 4, "", ci);
1593       
1594       // The strlen result is the unincremented number of bytes in the string.
1595       if (!ci->use_empty()) {
1596         if (Len->getType() != ci->getType())
1597           Len = CastInst::createIntegerCast(Len, ci->getType(), false, 
1598                                             Len->getName(), ci);
1599         ci->replaceAllUsesWith(Len);
1600       }
1601       ci->eraseFromParent();
1602       return true;
1603     }
1604     case 'c': {
1605       // sprintf(dest,"%c",chr) -> store chr, dest
1606       CastInst* cast = CastInst::createTruncOrBitCast(
1607           ci->getOperand(3), Type::Int8Ty, "char", ci);
1608       new StoreInst(cast, ci->getOperand(1), ci);
1609       GetElementPtrInst* gep = new GetElementPtrInst(ci->getOperand(1),
1610         ConstantInt::get(Type::Int32Ty,1),ci->getOperand(1)->getName()+".end",
1611         ci);
1612       new StoreInst(ConstantInt::get(Type::Int8Ty,0),gep,ci);
1613       ci->replaceAllUsesWith(ConstantInt::get(Type::Int32Ty,1));
1614       ci->eraseFromParent();
1615       return true;
1616     }
1617     }
1618     return false;
1619   }
1620 } SPrintFOptimizer;
1621
1622 /// This LibCallOptimization will simplify calls to the "fputs" library
1623 /// function. It looks for cases where the result of fputs is not used and the
1624 /// operation can be reduced to something simpler.
1625 /// @brief Simplify the puts library function.
1626 struct VISIBILITY_HIDDEN PutsOptimization : public LibCallOptimization {
1627 public:
1628   /// @brief Default Constructor
1629   PutsOptimization() : LibCallOptimization("fputs",
1630       "Number of 'fputs' calls simplified") {}
1631
1632   /// @brief Make sure that the "fputs" function has the right prototype
1633   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function *F, SimplifyLibCalls &SLC){
1634     // Just make sure this has 2 arguments
1635     return F->arg_size() == 2;
1636   }
1637
1638   /// @brief Perform the fputs optimization.
1639   virtual bool OptimizeCall(CallInst* ci, SimplifyLibCalls& SLC) {
1640     // If the result is used, none of these optimizations work
1641     if (!ci->use_empty())
1642       return false;
1643
1644     // All the optimizations depend on the length of the first argument and the
1645     // fact that it is a constant string array. Check that now
1646     uint64_t len, StartIdx;
1647     ConstantArray *CA;
1648     if (!GetConstantStringInfo(ci->getOperand(1), CA, len, StartIdx))
1649       return false;
1650
1651     switch (len) {
1652       case 0:
1653         // fputs("",F) -> noop
1654         break;
1655       case 1:
1656       {
1657         // fputs(s,F)  -> fputc(s[0],F)  (if s is constant and strlen(s) == 1)
1658         const Type* FILEptr_type = ci->getOperand(2)->getType();
1659         LoadInst* loadi = new LoadInst(ci->getOperand(1),
1660           ci->getOperand(1)->getName()+".byte",ci);
1661         CastInst* casti = new SExtInst(loadi, Type::Int32Ty, 
1662                                        loadi->getName()+".int", ci);
1663         new CallInst(SLC.get_fputc(FILEptr_type), casti,
1664                      ci->getOperand(2), "", ci);
1665         break;
1666       }
1667       default:
1668       {
1669         // fputs(s,F)  -> fwrite(s,1,len,F) (if s is constant and strlen(s) > 1)
1670         const Type* FILEptr_type = ci->getOperand(2)->getType();
1671         Value *parms[4] = {
1672           ci->getOperand(1),
1673           ConstantInt::get(SLC.getIntPtrType(),len),
1674           ConstantInt::get(SLC.getIntPtrType(),1),
1675           ci->getOperand(2)
1676         };
1677         new CallInst(SLC.get_fwrite(FILEptr_type), parms, 4, "", ci);
1678         break;
1679       }
1680     }
1681     ci->eraseFromParent();
1682     return true; // success
1683   }
1684 } PutsOptimizer;
1685
1686 /// This LibCallOptimization will simplify calls to the "isdigit" library
1687 /// function. It simply does range checks the parameter explicitly.
1688 /// @brief Simplify the isdigit library function.
1689 struct VISIBILITY_HIDDEN isdigitOptimization : public LibCallOptimization {
1690 public:
1691   isdigitOptimization() : LibCallOptimization("isdigit",
1692       "Number of 'isdigit' calls simplified") {}
1693
1694   /// @brief Make sure that the "isdigit" function has the right prototype
1695   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function* f, SimplifyLibCalls& SLC){
1696     // Just make sure this has 1 argument
1697     return (f->arg_size() == 1);
1698   }
1699
1700   /// @brief Perform the toascii optimization.
1701   virtual bool OptimizeCall(CallInst *ci, SimplifyLibCalls &SLC) {
1702     if (ConstantInt* CI = dyn_cast<ConstantInt>(ci->getOperand(1))) {
1703       // isdigit(c)   -> 0 or 1, if 'c' is constant
1704       uint64_t val = CI->getZExtValue();
1705       if (val >= '0' && val <='9')
1706         ci->replaceAllUsesWith(ConstantInt::get(Type::Int32Ty,1));
1707       else
1708         ci->replaceAllUsesWith(ConstantInt::get(Type::Int32Ty,0));
1709       ci->eraseFromParent();
1710       return true;
1711     }
1712
1713     // isdigit(c)   -> (unsigned)c - '0' <= 9
1714     CastInst* cast = CastInst::createIntegerCast(ci->getOperand(1),
1715         Type::Int32Ty, false/*ZExt*/, ci->getOperand(1)->getName()+".uint", ci);
1716     BinaryOperator* sub_inst = BinaryOperator::createSub(cast,
1717         ConstantInt::get(Type::Int32Ty,0x30),
1718         ci->getOperand(1)->getName()+".sub",ci);
1719     ICmpInst* setcond_inst = new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_ULE,sub_inst,
1720         ConstantInt::get(Type::Int32Ty,9),
1721         ci->getOperand(1)->getName()+".cmp",ci);
1722     CastInst* c2 = new ZExtInst(setcond_inst, Type::Int32Ty, 
1723         ci->getOperand(1)->getName()+".isdigit", ci);
1724     ci->replaceAllUsesWith(c2);
1725     ci->eraseFromParent();
1726     return true;
1727   }
1728 } isdigitOptimizer;
1729
1730 struct VISIBILITY_HIDDEN isasciiOptimization : public LibCallOptimization {
1731 public:
1732   isasciiOptimization()
1733     : LibCallOptimization("isascii", "Number of 'isascii' calls simplified") {}
1734   
1735   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function *F, SimplifyLibCalls &SLC){
1736     return F->arg_size() == 1 && F->arg_begin()->getType()->isInteger() && 
1737            F->getReturnType()->isInteger();
1738   }
1739   
1740   /// @brief Perform the isascii optimization.
1741   virtual bool OptimizeCall(CallInst *CI, SimplifyLibCalls &SLC) {
1742     // isascii(c)   -> (unsigned)c < 128
1743     Value *V = CI->getOperand(1);
1744     Value *Cmp = new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_ULT, V, 
1745                               ConstantInt::get(V->getType(), 128), 
1746                               V->getName()+".isascii", CI);
1747     if (Cmp->getType() != CI->getType())
1748       Cmp = new BitCastInst(Cmp, CI->getType(), Cmp->getName(), CI);
1749     CI->replaceAllUsesWith(Cmp);
1750     CI->eraseFromParent();
1751     return true;
1752   }
1753 } isasciiOptimizer;
1754
1755
1756 /// This LibCallOptimization will simplify calls to the "toascii" library
1757 /// function. It simply does the corresponding and operation to restrict the
1758 /// range of values to the ASCII character set (0-127).
1759 /// @brief Simplify the toascii library function.
1760 struct VISIBILITY_HIDDEN ToAsciiOptimization : public LibCallOptimization {
1761 public:
1762   /// @brief Default Constructor
1763   ToAsciiOptimization() : LibCallOptimization("toascii",
1764       "Number of 'toascii' calls simplified") {}
1765
1766   /// @brief Make sure that the "fputs" function has the right prototype
1767   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function* f, SimplifyLibCalls& SLC){
1768     // Just make sure this has 2 arguments
1769     return (f->arg_size() == 1);
1770   }
1771
1772   /// @brief Perform the toascii optimization.
1773   virtual bool OptimizeCall(CallInst *ci, SimplifyLibCalls &SLC) {
1774     // toascii(c)   -> (c & 0x7f)
1775     Value* chr = ci->getOperand(1);
1776     BinaryOperator* and_inst = BinaryOperator::createAnd(chr,
1777         ConstantInt::get(chr->getType(),0x7F),ci->getName()+".toascii",ci);
1778     ci->replaceAllUsesWith(and_inst);
1779     ci->eraseFromParent();
1780     return true;
1781   }
1782 } ToAsciiOptimizer;
1783
1784 /// This LibCallOptimization will simplify calls to the "ffs" library
1785 /// calls which find the first set bit in an int, long, or long long. The
1786 /// optimization is to compute the result at compile time if the argument is
1787 /// a constant.
1788 /// @brief Simplify the ffs library function.
1789 struct VISIBILITY_HIDDEN FFSOptimization : public LibCallOptimization {
1790 protected:
1791   /// @brief Subclass Constructor
1792   FFSOptimization(const char* funcName, const char* description)
1793     : LibCallOptimization(funcName, description) {}
1794
1795 public:
1796   /// @brief Default Constructor
1797   FFSOptimization() : LibCallOptimization("ffs",
1798       "Number of 'ffs' calls simplified") {}
1799
1800   /// @brief Make sure that the "ffs" function has the right prototype
1801   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function *F, SimplifyLibCalls &SLC){
1802     // Just make sure this has 2 arguments
1803     return F->arg_size() == 1 && F->getReturnType() == Type::Int32Ty;
1804   }
1805
1806   /// @brief Perform the ffs optimization.
1807   virtual bool OptimizeCall(CallInst *TheCall, SimplifyLibCalls &SLC) {
1808     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(TheCall->getOperand(1))) {
1809       // ffs(cnst)  -> bit#
1810       // ffsl(cnst) -> bit#
1811       // ffsll(cnst) -> bit#
1812       uint64_t val = CI->getZExtValue();
1813       int result = 0;
1814       if (val) {
1815         ++result;
1816         while ((val & 1) == 0) {
1817           ++result;
1818           val >>= 1;
1819         }
1820       }
1821       TheCall->replaceAllUsesWith(ConstantInt::get(Type::Int32Ty, result));
1822       TheCall->eraseFromParent();
1823       return true;
1824     }
1825
1826     // ffs(x)   -> x == 0 ? 0 : llvm.cttz(x)+1
1827     // ffsl(x)  -> x == 0 ? 0 : llvm.cttz(x)+1
1828     // ffsll(x) -> x == 0 ? 0 : llvm.cttz(x)+1
1829     const Type *ArgType = TheCall->getOperand(1)->getType();
1830     const char *CTTZName;
1831     assert(ArgType->getTypeID() == Type::IntegerTyID &&
1832            "llvm.cttz argument is not an integer?");
1833     unsigned BitWidth = cast<IntegerType>(ArgType)->getBitWidth();
1834     if (BitWidth == 8)
1835       CTTZName = "llvm.cttz.i8";
1836     else if (BitWidth == 16)
1837       CTTZName = "llvm.cttz.i16"; 
1838     else if (BitWidth == 32)
1839       CTTZName = "llvm.cttz.i32";
1840     else {
1841       assert(BitWidth == 64 && "Unknown bitwidth");
1842       CTTZName = "llvm.cttz.i64";
1843     }
1844     
1845     Constant *F = SLC.getModule()->getOrInsertFunction(CTTZName, ArgType,
1846                                                        ArgType, NULL);
1847     Value *V = CastInst::createIntegerCast(TheCall->getOperand(1), ArgType, 
1848                                            false/*ZExt*/, "tmp", TheCall);
1849     Value *V2 = new CallInst(F, V, "tmp", TheCall);
1850     V2 = CastInst::createIntegerCast(V2, Type::Int32Ty, false/*ZExt*/, 
1851                                      "tmp", TheCall);
1852     V2 = BinaryOperator::createAdd(V2, ConstantInt::get(Type::Int32Ty, 1),
1853                                    "tmp", TheCall);
1854     Value *Cond = new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_EQ, V, 
1855                                Constant::getNullValue(V->getType()), "tmp", 
1856                                TheCall);
1857     V2 = new SelectInst(Cond, ConstantInt::get(Type::Int32Ty, 0), V2,
1858                         TheCall->getName(), TheCall);
1859     TheCall->replaceAllUsesWith(V2);
1860     TheCall->eraseFromParent();
1861     return true;
1862   }
1863 } FFSOptimizer;
1864
1865 /// This LibCallOptimization will simplify calls to the "ffsl" library
1866 /// calls. It simply uses FFSOptimization for which the transformation is
1867 /// identical.
1868 /// @brief Simplify the ffsl library function.
1869 struct VISIBILITY_HIDDEN FFSLOptimization : public FFSOptimization {
1870 public:
1871   /// @brief Default Constructor
1872   FFSLOptimization() : FFSOptimization("ffsl",
1873       "Number of 'ffsl' calls simplified") {}
1874
1875 } FFSLOptimizer;
1876
1877 /// This LibCallOptimization will simplify calls to the "ffsll" library
1878 /// calls. It simply uses FFSOptimization for which the transformation is
1879 /// identical.
1880 /// @brief Simplify the ffsl library function.
1881 struct VISIBILITY_HIDDEN FFSLLOptimization : public FFSOptimization {
1882 public:
1883   /// @brief Default Constructor
1884   FFSLLOptimization() : FFSOptimization("ffsll",
1885       "Number of 'ffsll' calls simplified") {}
1886
1887 } FFSLLOptimizer;
1888
1889 /// This optimizes unary functions that take and return doubles.
1890 struct UnaryDoubleFPOptimizer : public LibCallOptimization {
1891   UnaryDoubleFPOptimizer(const char *Fn, const char *Desc)
1892   : LibCallOptimization(Fn, Desc) {}
1893   
1894   // Make sure that this function has the right prototype
1895   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function *F, SimplifyLibCalls &SLC){
1896     return F->arg_size() == 1 && F->arg_begin()->getType() == Type::DoubleTy &&
1897            F->getReturnType() == Type::DoubleTy;
1898   }
1899
1900   /// ShrinkFunctionToFloatVersion - If the input to this function is really a
1901   /// float, strength reduce this to a float version of the function,
1902   /// e.g. floor((double)FLT) -> (double)floorf(FLT).  This can only be called
1903   /// when the target supports the destination function and where there can be
1904   /// no precision loss.
1905   static bool ShrinkFunctionToFloatVersion(CallInst *CI, SimplifyLibCalls &SLC,
1906                                            Constant *(SimplifyLibCalls::*FP)()){
1907     if (CastInst *Cast = dyn_cast<CastInst>(CI->getOperand(1)))
1908       if (Cast->getOperand(0)->getType() == Type::FloatTy) {
1909         Value *New = new CallInst((SLC.*FP)(), Cast->getOperand(0),
1910                                   CI->getName(), CI);
1911         New = new FPExtInst(New, Type::DoubleTy, CI->getName(), CI);
1912         CI->replaceAllUsesWith(New);
1913         CI->eraseFromParent();
1914         if (Cast->use_empty())
1915           Cast->eraseFromParent();
1916         return true;
1917       }
1918     return false;
1919   }
1920 };
1921
1922
1923 struct VISIBILITY_HIDDEN FloorOptimization : public UnaryDoubleFPOptimizer {
1924   FloorOptimization()
1925     : UnaryDoubleFPOptimizer("floor", "Number of 'floor' calls simplified") {}
1926   
1927   virtual bool OptimizeCall(CallInst *CI, SimplifyLibCalls &SLC) {
1928 #ifdef HAVE_FLOORF
1929     // If this is a float argument passed in, convert to floorf.
1930     if (ShrinkFunctionToFloatVersion(CI, SLC, &SimplifyLibCalls::get_floorf))
1931       return true;
1932 #endif
1933     return false; // opt failed
1934   }
1935 } FloorOptimizer;
1936
1937 struct VISIBILITY_HIDDEN CeilOptimization : public UnaryDoubleFPOptimizer {
1938   CeilOptimization()
1939   : UnaryDoubleFPOptimizer("ceil", "Number of 'ceil' calls simplified") {}
1940   
1941   virtual bool OptimizeCall(CallInst *CI, SimplifyLibCalls &SLC) {
1942 #ifdef HAVE_CEILF
1943     // If this is a float argument passed in, convert to ceilf.
1944     if (ShrinkFunctionToFloatVersion(CI, SLC, &SimplifyLibCalls::get_ceilf))
1945       return true;
1946 #endif
1947     return false; // opt failed
1948   }
1949 } CeilOptimizer;
1950
1951 struct VISIBILITY_HIDDEN RoundOptimization : public UnaryDoubleFPOptimizer {
1952   RoundOptimization()
1953   : UnaryDoubleFPOptimizer("round", "Number of 'round' calls simplified") {}
1954   
1955   virtual bool OptimizeCall(CallInst *CI, SimplifyLibCalls &SLC) {
1956 #ifdef HAVE_ROUNDF
1957     // If this is a float argument passed in, convert to roundf.
1958     if (ShrinkFunctionToFloatVersion(CI, SLC, &SimplifyLibCalls::get_roundf))
1959       return true;
1960 #endif
1961     return false; // opt failed
1962   }
1963 } RoundOptimizer;
1964
1965 struct VISIBILITY_HIDDEN RintOptimization : public UnaryDoubleFPOptimizer {
1966   RintOptimization()
1967   : UnaryDoubleFPOptimizer("rint", "Number of 'rint' calls simplified") {}
1968   
1969   virtual bool OptimizeCall(CallInst *CI, SimplifyLibCalls &SLC) {
1970 #ifdef HAVE_RINTF
1971     // If this is a float argument passed in, convert to rintf.
1972     if (ShrinkFunctionToFloatVersion(CI, SLC, &SimplifyLibCalls::get_rintf))
1973       return true;
1974 #endif
1975     return false; // opt failed
1976   }
1977 } RintOptimizer;
1978
1979 struct VISIBILITY_HIDDEN NearByIntOptimization : public UnaryDoubleFPOptimizer {
1980   NearByIntOptimization()
1981   : UnaryDoubleFPOptimizer("nearbyint",
1982                            "Number of 'nearbyint' calls simplified") {}
1983   
1984   virtual bool OptimizeCall(CallInst *CI, SimplifyLibCalls &SLC) {
1985 #ifdef HAVE_NEARBYINTF
1986     // If this is a float argument passed in, convert to nearbyintf.
1987     if (ShrinkFunctionToFloatVersion(CI, SLC,&SimplifyLibCalls::get_nearbyintf))
1988       return true;
1989 #endif
1990     return false; // opt failed
1991   }
1992 } NearByIntOptimizer;
1993
1994 /// GetConstantStringInfo - This function computes the length of a
1995 /// null-terminated constant array of integers.  This function can't rely on the
1996 /// size of the constant array because there could be a null terminator in the
1997 /// middle of the array.
1998 ///
1999 /// We also have to bail out if we find a non-integer constant initializer
2000 /// of one of the elements or if there is no null-terminator. The logic
2001 /// below checks each of these conditions and will return true only if all
2002 /// conditions are met.  If the conditions aren't met, this returns false.
2003 ///
2004 /// If successful, the \p Array param is set to the constant array being
2005 /// indexed, the \p Length parameter is set to the length of the null-terminated
2006 /// string pointed to by V, the \p StartIdx value is set to the first
2007 /// element of the Array that V points to, and true is returned.
2008 static bool GetConstantStringInfo(Value *V, ConstantArray *&Array,
2009                                   uint64_t &Length, uint64_t &StartIdx) {
2010   assert(V != 0 && "Invalid args to GetConstantStringInfo");
2011   // Initialize results.
2012   Length = 0;
2013   StartIdx = 0;
2014   Array = 0;
2015   
2016   User *GEP = 0;
2017   // If the value is not a GEP instruction nor a constant expression with a
2018   // GEP instruction, then return false because ConstantArray can't occur
2019   // any other way
2020   if (GetElementPtrInst *GEPI = dyn_cast<GetElementPtrInst>(V)) {
2021     GEP = GEPI;
2022   } else if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(V)) {
2023     if (CE->getOpcode() != Instruction::GetElementPtr)
2024       return false;
2025     GEP = CE;
2026   } else {
2027     return false;
2028   }
2029
2030   // Make sure the GEP has exactly three arguments.
2031   if (GEP->getNumOperands() != 3)
2032     return false;
2033
2034   // Check to make sure that the first operand of the GEP is an integer and
2035   // has value 0 so that we are sure we're indexing into the initializer.
2036   if (ConstantInt* op1 = dyn_cast<ConstantInt>(GEP->getOperand(1))) {
2037     if (!op1->isZero())
2038       return false;
2039   } else
2040     return false;
2041
2042   // If the second index isn't a ConstantInt, then this is a variable index
2043   // into the array.  If this occurs, we can't say anything meaningful about
2044   // the string.
2045   StartIdx = 0;
2046   if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(GEP->getOperand(2)))
2047     StartIdx = CI->getZExtValue();
2048   else
2049     return false;
2050
2051   // The GEP instruction, constant or instruction, must reference a global
2052   // variable that is a constant and is initialized. The referenced constant
2053   // initializer is the array that we'll use for optimization.
2054   GlobalVariable* GV = dyn_cast<GlobalVariable>(GEP->getOperand(0));
2055   if (!GV || !GV->isConstant() || !GV->hasInitializer())
2056     return false;
2057   Constant *GlobalInit = GV->getInitializer();
2058
2059   // Handle the ConstantAggregateZero case
2060   if (isa<ConstantAggregateZero>(GlobalInit)) {
2061     // This is a degenerate case. The initializer is constant zero so the
2062     // length of the string must be zero.
2063     Length = 0;
2064     return true;
2065   }
2066
2067   // Must be a Constant Array
2068   Array = dyn_cast<ConstantArray>(GlobalInit);
2069   if (!Array) return false;
2070
2071   // Get the number of elements in the array
2072   uint64_t NumElts = Array->getType()->getNumElements();
2073
2074   // Traverse the constant array from start_idx (derived above) which is
2075   // the place the GEP refers to in the array.
2076   Length = StartIdx;
2077   while (1) {
2078     if (Length >= NumElts)
2079       return false; // The array isn't null terminated.
2080     
2081     Constant *Elt = Array->getOperand(Length);
2082     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(Elt)) {
2083       // Check for the null terminator.
2084       if (CI->isZero())
2085         break; // we found end of string
2086     } else
2087       return false; // This array isn't suitable, non-int initializer
2088     ++Length;
2089   }
2090   
2091   // Subtract out the initial value from the length
2092   Length -= StartIdx;
2093   return true; // success!
2094 }
2095
2096 /// CastToCStr - Return V if it is an sbyte*, otherwise cast it to sbyte*,
2097 /// inserting the cast before IP, and return the cast.
2098 /// @brief Cast a value to a "C" string.
2099 static Value *CastToCStr(Value *V, Instruction &IP) {
2100   assert(isa<PointerType>(V->getType()) && 
2101          "Can't cast non-pointer type to C string type");
2102   const Type *SBPTy = PointerType::get(Type::Int8Ty);
2103   if (V->getType() != SBPTy)
2104     return new BitCastInst(V, SBPTy, V->getName(), &IP);
2105   return V;
2106 }
2107
2108 // TODO:
2109 //   Additional cases that we need to add to this file:
2110 //
2111 // cbrt:
2112 //   * cbrt(expN(X))  -> expN(x/3)
2113 //   * cbrt(sqrt(x))  -> pow(x,1/6)
2114 //   * cbrt(sqrt(x))  -> pow(x,1/9)
2115 //
2116 // cos, cosf, cosl:
2117 //   * cos(-x)  -> cos(x)
2118 //
2119 // exp, expf, expl:
2120 //   * exp(log(x))  -> x
2121 //
2122 // log, logf, logl:
2123 //   * log(exp(x))   -> x
2124 //   * log(x**y)     -> y*log(x)
2125 //   * log(exp(y))   -> y*log(e)
2126 //   * log(exp2(y))  -> y*log(2)
2127 //   * log(exp10(y)) -> y*log(10)
2128 //   * log(sqrt(x))  -> 0.5*log(x)
2129 //   * log(pow(x,y)) -> y*log(x)
2130 //
2131 // lround, lroundf, lroundl:
2132 //   * lround(cnst) -> cnst'
2133 //
2134 // memcmp:
2135 //   * memcmp(x,y,l)   -> cnst
2136 //      (if all arguments are constant and strlen(x) <= l and strlen(y) <= l)
2137 //
2138 // memmove:
2139 //   * memmove(d,s,l,a) -> memcpy(d,s,l,a)
2140 //       (if s is a global constant array)
2141 //
2142 // pow, powf, powl:
2143 //   * pow(exp(x),y)  -> exp(x*y)
2144 //   * pow(sqrt(x),y) -> pow(x,y*0.5)
2145 //   * pow(pow(x,y),z)-> pow(x,y*z)
2146 //
2147 // puts:
2148 //   * puts("") -> fputc("\n",stdout) (how do we get "stdout"?)
2149 //
2150 // round, roundf, roundl:
2151 //   * round(cnst) -> cnst'
2152 //
2153 // signbit:
2154 //   * signbit(cnst) -> cnst'
2155 //   * signbit(nncst) -> 0 (if pstv is a non-negative constant)
2156 //
2157 // sqrt, sqrtf, sqrtl:
2158 //   * sqrt(expN(x))  -> expN(x*0.5)
2159 //   * sqrt(Nroot(x)) -> pow(x,1/(2*N))
2160 //   * sqrt(pow(x,y)) -> pow(|x|,y*0.5)
2161 //
2162 // stpcpy:
2163 //   * stpcpy(str, "literal") ->
2164 //           llvm.memcpy(str,"literal",strlen("literal")+1,1)
2165 // strrchr:
2166 //   * strrchr(s,c) -> reverse_offset_of_in(c,s)
2167 //      (if c is a constant integer and s is a constant string)
2168 //   * strrchr(s1,0) -> strchr(s1,0)
2169 //
2170 // strncat:
2171 //   * strncat(x,y,0) -> x
2172 //   * strncat(x,y,0) -> x (if strlen(y) = 0)
2173 //   * strncat(x,y,l) -> strcat(x,y) (if y and l are constants an l > strlen(y))
2174 //
2175 // strncpy:
2176 //   * strncpy(d,s,0) -> d
2177 //   * strncpy(d,s,l) -> memcpy(d,s,l,1)
2178 //      (if s and l are constants)
2179 //
2180 // strpbrk:
2181 //   * strpbrk(s,a) -> offset_in_for(s,a)
2182 //      (if s and a are both constant strings)
2183 //   * strpbrk(s,"") -> 0
2184 //   * strpbrk(s,a) -> strchr(s,a[0]) (if a is constant string of length 1)
2185 //
2186 // strspn, strcspn:
2187 //   * strspn(s,a)   -> const_int (if both args are constant)
2188 //   * strspn("",a)  -> 0
2189 //   * strspn(s,"")  -> 0
2190 //   * strcspn(s,a)  -> const_int (if both args are constant)
2191 //   * strcspn("",a) -> 0
2192 //   * strcspn(s,"") -> strlen(a)
2193 //
2194 // strstr:
2195 //   * strstr(x,x)  -> x
2196 //   * strstr(s1,s2) -> offset_of_s2_in(s1)
2197 //       (if s1 and s2 are constant strings)
2198 //
2199 // tan, tanf, tanl:
2200 //   * tan(atan(x)) -> x
2201 //
2202 // trunc, truncf, truncl:
2203 //   * trunc(cnst) -> cnst'
2204 //
2205 //
2206 }