Replace CastInst::createInferredCast calls with more accurate cast
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / IPO / SimplifyLibCalls.cpp
1 //===- SimplifyLibCalls.cpp - Optimize specific well-known library calls --===//
2 //
3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
4 //
5 // This file was developed by Reid Spencer and is distributed under the
6 // University of Illinois Open Source License. See LICENSE.TXT for details.
7 //
8 //===----------------------------------------------------------------------===//
9 //
10 // This file implements a module pass that applies a variety of small
11 // optimizations for calls to specific well-known function calls (e.g. runtime
12 // library functions). For example, a call to the function "exit(3)" that
13 // occurs within the main() function can be transformed into a simple "return 3"
14 // instruction. Any optimization that takes this form (replace call to library
15 // function with simpler code that provides the same result) belongs in this
16 // file.
17 //
18 //===----------------------------------------------------------------------===//
19
20 #define DEBUG_TYPE "simplify-libcalls"
21 #include "llvm/Constants.h"
22 #include "llvm/DerivedTypes.h"
23 #include "llvm/Instructions.h"
24 #include "llvm/Module.h"
25 #include "llvm/Pass.h"
26 #include "llvm/ADT/hash_map"
27 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
28 #include "llvm/Config/config.h"
29 #include "llvm/Support/Debug.h"
30 #include "llvm/Target/TargetData.h"
31 #include "llvm/Transforms/IPO.h"
32 using namespace llvm;
33
34 namespace {
35
36 /// This statistic keeps track of the total number of library calls that have
37 /// been simplified regardless of which call it is.
38 Statistic SimplifiedLibCalls("simplify-libcalls",
39   "Number of library calls simplified");
40
41 // Forward declarations
42 class LibCallOptimization;
43 class SimplifyLibCalls;
44
45 /// This list is populated by the constructor for LibCallOptimization class.
46 /// Therefore all subclasses are registered here at static initialization time
47 /// and this list is what the SimplifyLibCalls pass uses to apply the individual
48 /// optimizations to the call sites.
49 /// @brief The list of optimizations deriving from LibCallOptimization
50 static LibCallOptimization *OptList = 0;
51
52 /// This class is the abstract base class for the set of optimizations that
53 /// corresponds to one library call. The SimplifyLibCalls pass will call the
54 /// ValidateCalledFunction method to ask the optimization if a given Function
55 /// is the kind that the optimization can handle. If the subclass returns true,
56 /// then SImplifyLibCalls will also call the OptimizeCall method to perform,
57 /// or attempt to perform, the optimization(s) for the library call. Otherwise,
58 /// OptimizeCall won't be called. Subclasses are responsible for providing the
59 /// name of the library call (strlen, strcpy, etc.) to the LibCallOptimization
60 /// constructor. This is used to efficiently select which call instructions to
61 /// optimize. The criteria for a "lib call" is "anything with well known
62 /// semantics", typically a library function that is defined by an international
63 /// standard. Because the semantics are well known, the optimizations can
64 /// generally short-circuit actually calling the function if there's a simpler
65 /// way (e.g. strlen(X) can be reduced to a constant if X is a constant global).
66 /// @brief Base class for library call optimizations
67 class LibCallOptimization {
68   LibCallOptimization **Prev, *Next;
69   const char *FunctionName; ///< Name of the library call we optimize
70 #ifndef NDEBUG
71   Statistic occurrences; ///< debug statistic (-debug-only=simplify-libcalls)
72 #endif
73 public:
74   /// The \p fname argument must be the name of the library function being
75   /// optimized by the subclass.
76   /// @brief Constructor that registers the optimization.
77   LibCallOptimization(const char *FName, const char *Description)
78     : FunctionName(FName)
79 #ifndef NDEBUG
80     , occurrences("simplify-libcalls", Description)
81 #endif
82   {
83     // Register this optimizer in the list of optimizations.
84     Next = OptList;
85     OptList = this;
86     Prev = &OptList;
87     if (Next) Next->Prev = &Next;
88   }
89   
90   /// getNext - All libcall optimizations are chained together into a list,
91   /// return the next one in the list.
92   LibCallOptimization *getNext() { return Next; }
93
94   /// @brief Deregister from the optlist
95   virtual ~LibCallOptimization() {
96     *Prev = Next;
97     if (Next) Next->Prev = Prev;
98   }
99
100   /// The implementation of this function in subclasses should determine if
101   /// \p F is suitable for the optimization. This method is called by
102   /// SimplifyLibCalls::runOnModule to short circuit visiting all the call
103   /// sites of such a function if that function is not suitable in the first
104   /// place.  If the called function is suitabe, this method should return true;
105   /// false, otherwise. This function should also perform any lazy
106   /// initialization that the LibCallOptimization needs to do, if its to return
107   /// true. This avoids doing initialization until the optimizer is actually
108   /// going to be called upon to do some optimization.
109   /// @brief Determine if the function is suitable for optimization
110   virtual bool ValidateCalledFunction(
111     const Function* F,    ///< The function that is the target of call sites
112     SimplifyLibCalls& SLC ///< The pass object invoking us
113   ) = 0;
114
115   /// The implementations of this function in subclasses is the heart of the
116   /// SimplifyLibCalls algorithm. Sublcasses of this class implement
117   /// OptimizeCall to determine if (a) the conditions are right for optimizing
118   /// the call and (b) to perform the optimization. If an action is taken
119   /// against ci, the subclass is responsible for returning true and ensuring
120   /// that ci is erased from its parent.
121   /// @brief Optimize a call, if possible.
122   virtual bool OptimizeCall(
123     CallInst* ci,          ///< The call instruction that should be optimized.
124     SimplifyLibCalls& SLC  ///< The pass object invoking us
125   ) = 0;
126
127   /// @brief Get the name of the library call being optimized
128   const char *getFunctionName() const { return FunctionName; }
129
130   /// @brief Called by SimplifyLibCalls to update the occurrences statistic.
131   void succeeded() {
132 #ifndef NDEBUG
133     DEBUG(++occurrences);
134 #endif
135   }
136 };
137
138 /// This class is an LLVM Pass that applies each of the LibCallOptimization
139 /// instances to all the call sites in a module, relatively efficiently. The
140 /// purpose of this pass is to provide optimizations for calls to well-known
141 /// functions with well-known semantics, such as those in the c library. The
142 /// class provides the basic infrastructure for handling runOnModule.  Whenever
143 /// this pass finds a function call, it asks the appropriate optimizer to
144 /// validate the call (ValidateLibraryCall). If it is validated, then
145 /// the OptimizeCall method is also called.
146 /// @brief A ModulePass for optimizing well-known function calls.
147 class SimplifyLibCalls : public ModulePass {
148 public:
149   /// We need some target data for accurate signature details that are
150   /// target dependent. So we require target data in our AnalysisUsage.
151   /// @brief Require TargetData from AnalysisUsage.
152   virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage& Info) const {
153     // Ask that the TargetData analysis be performed before us so we can use
154     // the target data.
155     Info.addRequired<TargetData>();
156   }
157
158   /// For this pass, process all of the function calls in the module, calling
159   /// ValidateLibraryCall and OptimizeCall as appropriate.
160   /// @brief Run all the lib call optimizations on a Module.
161   virtual bool runOnModule(Module &M) {
162     reset(M);
163
164     bool result = false;
165     hash_map<std::string, LibCallOptimization*> OptznMap;
166     for (LibCallOptimization *Optzn = OptList; Optzn; Optzn = Optzn->getNext())
167       OptznMap[Optzn->getFunctionName()] = Optzn;
168
169     // The call optimizations can be recursive. That is, the optimization might
170     // generate a call to another function which can also be optimized. This way
171     // we make the LibCallOptimization instances very specific to the case they
172     // handle. It also means we need to keep running over the function calls in
173     // the module until we don't get any more optimizations possible.
174     bool found_optimization = false;
175     do {
176       found_optimization = false;
177       for (Module::iterator FI = M.begin(), FE = M.end(); FI != FE; ++FI) {
178         // All the "well-known" functions are external and have external linkage
179         // because they live in a runtime library somewhere and were (probably)
180         // not compiled by LLVM.  So, we only act on external functions that
181         // have external or dllimport linkage and non-empty uses.
182         if (!FI->isExternal() ||
183             !(FI->hasExternalLinkage() || FI->hasDLLImportLinkage()) ||
184             FI->use_empty())
185           continue;
186
187         // Get the optimization class that pertains to this function
188         hash_map<std::string, LibCallOptimization*>::iterator OMI =
189           OptznMap.find(FI->getName());
190         if (OMI == OptznMap.end()) continue;
191         
192         LibCallOptimization *CO = OMI->second;
193
194         // Make sure the called function is suitable for the optimization
195         if (!CO->ValidateCalledFunction(FI, *this))
196           continue;
197
198         // Loop over each of the uses of the function
199         for (Value::use_iterator UI = FI->use_begin(), UE = FI->use_end();
200              UI != UE ; ) {
201           // If the use of the function is a call instruction
202           if (CallInst* CI = dyn_cast<CallInst>(*UI++)) {
203             // Do the optimization on the LibCallOptimization.
204             if (CO->OptimizeCall(CI, *this)) {
205               ++SimplifiedLibCalls;
206               found_optimization = result = true;
207               CO->succeeded();
208             }
209           }
210         }
211       }
212     } while (found_optimization);
213     
214     return result;
215   }
216
217   /// @brief Return the *current* module we're working on.
218   Module* getModule() const { return M; }
219
220   /// @brief Return the *current* target data for the module we're working on.
221   TargetData* getTargetData() const { return TD; }
222
223   /// @brief Return the size_t type -- syntactic shortcut
224   const Type* getIntPtrType() const { return TD->getIntPtrType(); }
225
226   /// @brief Return a Function* for the putchar libcall
227   Function* get_putchar() {
228     if (!putchar_func)
229       putchar_func = M->getOrInsertFunction("putchar", Type::IntTy, Type::IntTy,
230                                             NULL);
231     return putchar_func;
232   }
233
234   /// @brief Return a Function* for the puts libcall
235   Function* get_puts() {
236     if (!puts_func)
237       puts_func = M->getOrInsertFunction("puts", Type::IntTy,
238                                          PointerType::get(Type::SByteTy),
239                                          NULL);
240     return puts_func;
241   }
242
243   /// @brief Return a Function* for the fputc libcall
244   Function* get_fputc(const Type* FILEptr_type) {
245     if (!fputc_func)
246       fputc_func = M->getOrInsertFunction("fputc", Type::IntTy, Type::IntTy,
247                                           FILEptr_type, NULL);
248     return fputc_func;
249   }
250
251   /// @brief Return a Function* for the fputs libcall
252   Function* get_fputs(const Type* FILEptr_type) {
253     if (!fputs_func)
254       fputs_func = M->getOrInsertFunction("fputs", Type::IntTy,
255                                           PointerType::get(Type::SByteTy),
256                                           FILEptr_type, NULL);
257     return fputs_func;
258   }
259
260   /// @brief Return a Function* for the fwrite libcall
261   Function* get_fwrite(const Type* FILEptr_type) {
262     if (!fwrite_func)
263       fwrite_func = M->getOrInsertFunction("fwrite", TD->getIntPtrType(),
264                                            PointerType::get(Type::SByteTy),
265                                            TD->getIntPtrType(),
266                                            TD->getIntPtrType(),
267                                            FILEptr_type, NULL);
268     return fwrite_func;
269   }
270
271   /// @brief Return a Function* for the sqrt libcall
272   Function* get_sqrt() {
273     if (!sqrt_func)
274       sqrt_func = M->getOrInsertFunction("sqrt", Type::DoubleTy, 
275                                          Type::DoubleTy, NULL);
276     return sqrt_func;
277   }
278
279   /// @brief Return a Function* for the strlen libcall
280   Function* get_strcpy() {
281     if (!strcpy_func)
282       strcpy_func = M->getOrInsertFunction("strcpy",
283                                            PointerType::get(Type::SByteTy),
284                                            PointerType::get(Type::SByteTy),
285                                            PointerType::get(Type::SByteTy),
286                                            NULL);
287     return strcpy_func;
288   }
289
290   /// @brief Return a Function* for the strlen libcall
291   Function* get_strlen() {
292     if (!strlen_func)
293       strlen_func = M->getOrInsertFunction("strlen", TD->getIntPtrType(),
294                                            PointerType::get(Type::SByteTy),
295                                            NULL);
296     return strlen_func;
297   }
298
299   /// @brief Return a Function* for the memchr libcall
300   Function* get_memchr() {
301     if (!memchr_func)
302       memchr_func = M->getOrInsertFunction("memchr",
303                                            PointerType::get(Type::SByteTy),
304                                            PointerType::get(Type::SByteTy),
305                                            Type::IntTy, TD->getIntPtrType(),
306                                            NULL);
307     return memchr_func;
308   }
309
310   /// @brief Return a Function* for the memcpy libcall
311   Function* get_memcpy() {
312     if (!memcpy_func) {
313       const Type *SBP = PointerType::get(Type::SByteTy);
314       const char *N = TD->getIntPtrType() == Type::UIntTy ?
315                             "llvm.memcpy.i32" : "llvm.memcpy.i64";
316       memcpy_func = M->getOrInsertFunction(N, Type::VoidTy, SBP, SBP,
317                                            TD->getIntPtrType(), Type::UIntTy,
318                                            NULL);
319     }
320     return memcpy_func;
321   }
322
323   Function *getUnaryFloatFunction(const char *Name, Function *&Cache) {
324     if (!Cache)
325       Cache = M->getOrInsertFunction(Name, Type::FloatTy, Type::FloatTy, NULL);
326     return Cache;
327   }
328   
329   Function *get_floorf() { return getUnaryFloatFunction("floorf", floorf_func);}
330   Function *get_ceilf()  { return getUnaryFloatFunction( "ceilf",  ceilf_func);}
331   Function *get_roundf() { return getUnaryFloatFunction("roundf", roundf_func);}
332   Function *get_rintf()  { return getUnaryFloatFunction( "rintf",  rintf_func);}
333   Function *get_nearbyintf() { return getUnaryFloatFunction("nearbyintf",
334                                                             nearbyintf_func); }
335 private:
336   /// @brief Reset our cached data for a new Module
337   void reset(Module& mod) {
338     M = &mod;
339     TD = &getAnalysis<TargetData>();
340     putchar_func = 0;
341     puts_func = 0;
342     fputc_func = 0;
343     fputs_func = 0;
344     fwrite_func = 0;
345     memcpy_func = 0;
346     memchr_func = 0;
347     sqrt_func   = 0;
348     strcpy_func = 0;
349     strlen_func = 0;
350     floorf_func = 0;
351     ceilf_func = 0;
352     roundf_func = 0;
353     rintf_func = 0;
354     nearbyintf_func = 0;
355   }
356
357 private:
358   /// Caches for function pointers.
359   Function *putchar_func, *puts_func;
360   Function *fputc_func, *fputs_func, *fwrite_func;
361   Function *memcpy_func, *memchr_func;
362   Function* sqrt_func;
363   Function *strcpy_func, *strlen_func;
364   Function *floorf_func, *ceilf_func, *roundf_func;
365   Function *rintf_func, *nearbyintf_func;
366   Module *M;             ///< Cached Module
367   TargetData *TD;        ///< Cached TargetData
368 };
369
370 // Register the pass
371 RegisterPass<SimplifyLibCalls>
372 X("simplify-libcalls", "Simplify well-known library calls");
373
374 } // anonymous namespace
375
376 // The only public symbol in this file which just instantiates the pass object
377 ModulePass *llvm::createSimplifyLibCallsPass() {
378   return new SimplifyLibCalls();
379 }
380
381 // Classes below here, in the anonymous namespace, are all subclasses of the
382 // LibCallOptimization class, each implementing all optimizations possible for a
383 // single well-known library call. Each has a static singleton instance that
384 // auto registers it into the "optlist" global above.
385 namespace {
386
387 // Forward declare utility functions.
388 bool getConstantStringLength(Value* V, uint64_t& len, ConstantArray** A = 0 );
389 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 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 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::SByteTy))
463       if (f->arg_size() == 2)
464       {
465         Function::const_arg_iterator AI = f->arg_begin();
466         if (AI++->getType() == PointerType::get(Type::SByteTy))
467           if (AI->getType() == PointerType::get(Type::SByteTy))
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* dest = 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. If we get null back, one of
484     // a variety of checks in get_GVInitializer failed
485     uint64_t len = 0;
486     if (!getConstantStringLength(src,len))
487       return false;
488
489     // Handle the simple, do-nothing case
490     if (len == 0) {
491       ci->replaceAllUsesWith(dest);
492       ci->eraseFromParent();
493       return true;
494     }
495
496     // Increment the length because we actually want to memcpy the null
497     // terminator as well.
498     len++;
499
500     // We need to find the end of the destination string.  That's where the
501     // memory is to be moved to. We just generate a call to strlen (further
502     // optimized in another pass).  Note that the SLC.get_strlen() call
503     // caches the Function* for us.
504     CallInst* strlen_inst =
505       new CallInst(SLC.get_strlen(), dest, dest->getName()+".len",ci);
506
507     // Now that we have the destination's length, we must index into the
508     // destination's pointer to get the actual memcpy destination (end of
509     // the string .. we're concatenating).
510     std::vector<Value*> idx;
511     idx.push_back(strlen_inst);
512     GetElementPtrInst* gep =
513       new GetElementPtrInst(dest,idx,dest->getName()+".indexed",ci);
514
515     // We have enough information to now generate the memcpy call to
516     // do the concatenation for us.
517     std::vector<Value*> vals;
518     vals.push_back(gep); // destination
519     vals.push_back(ci->getOperand(2)); // source
520     vals.push_back(ConstantInt::get(SLC.getIntPtrType(),len)); // length
521     vals.push_back(ConstantInt::get(Type::UIntTy,1)); // alignment
522     new CallInst(SLC.get_memcpy(), vals, "", ci);
523
524     // Finally, substitute the first operand of the strcat call for the
525     // strcat call itself since strcat returns its first operand; and,
526     // kill the strcat CallInst.
527     ci->replaceAllUsesWith(dest);
528     ci->eraseFromParent();
529     return true;
530   }
531 } StrCatOptimizer;
532
533 /// This LibCallOptimization will simplify a call to the strchr library
534 /// function.  It optimizes out cases where the arguments are both constant
535 /// and the result can be determined statically.
536 /// @brief Simplify the strcmp library function.
537 struct StrChrOptimization : public LibCallOptimization {
538 public:
539   StrChrOptimization() : LibCallOptimization("strchr",
540       "Number of 'strchr' calls simplified") {}
541
542   /// @brief Make sure that the "strchr" function has the right prototype
543   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function* f, SimplifyLibCalls& SLC){
544     if (f->getReturnType() == PointerType::get(Type::SByteTy) &&
545         f->arg_size() == 2)
546       return true;
547     return false;
548   }
549
550   /// @brief Perform the strchr optimizations
551   virtual bool OptimizeCall(CallInst *ci, SimplifyLibCalls &SLC) {
552     // If there aren't three operands, bail
553     if (ci->getNumOperands() != 3)
554       return false;
555
556     // Check that the first argument to strchr is a constant array of sbyte.
557     // If it is, get the length and data, otherwise return false.
558     uint64_t len = 0;
559     ConstantArray* CA = 0;
560     if (!getConstantStringLength(ci->getOperand(1),len,&CA))
561       return false;
562
563     // Check that the second argument to strchr is a constant int. If it isn't
564     // a constant signed integer, we can try an alternate optimization
565     ConstantInt* CSI = dyn_cast<ConstantInt>(ci->getOperand(2));
566     if (!CSI || CSI->getType()->isUnsigned() ) {
567       // The second operand is not constant, or not signed. Just lower this to 
568       // memchr since we know the length of the string since it is constant.
569       Function* f = SLC.get_memchr();
570       std::vector<Value*> args;
571       args.push_back(ci->getOperand(1));
572       args.push_back(ci->getOperand(2));
573       args.push_back(ConstantInt::get(SLC.getIntPtrType(),len));
574       ci->replaceAllUsesWith( new CallInst(f,args,ci->getName(),ci));
575       ci->eraseFromParent();
576       return true;
577     }
578
579     // Get the character we're looking for
580     int64_t chr = CSI->getSExtValue();
581
582     // Compute the offset
583     uint64_t offset = 0;
584     bool char_found = false;
585     for (uint64_t i = 0; i < len; ++i) {
586       if (ConstantInt* CI = dyn_cast<ConstantInt>(CA->getOperand(i))) {
587         // Check for the null terminator
588         if (CI->isNullValue())
589           break; // we found end of string
590         else if (CI->getSExtValue() == chr) {
591           char_found = true;
592           offset = i;
593           break;
594         }
595       }
596     }
597
598     // strchr(s,c)  -> offset_of_in(c,s)
599     //    (if c is a constant integer and s is a constant string)
600     if (char_found) {
601       std::vector<Value*> indices;
602       indices.push_back(ConstantInt::get(Type::ULongTy,offset));
603       GetElementPtrInst* GEP = new GetElementPtrInst(ci->getOperand(1),indices,
604           ci->getOperand(1)->getName()+".strchr",ci);
605       ci->replaceAllUsesWith(GEP);
606     } else {
607       ci->replaceAllUsesWith(
608           ConstantPointerNull::get(PointerType::get(Type::SByteTy)));
609     }
610     ci->eraseFromParent();
611     return true;
612   }
613 } StrChrOptimizer;
614
615 /// This LibCallOptimization will simplify a call to the strcmp library
616 /// function.  It optimizes out cases where one or both arguments are constant
617 /// and the result can be determined statically.
618 /// @brief Simplify the strcmp library function.
619 struct StrCmpOptimization : public LibCallOptimization {
620 public:
621   StrCmpOptimization() : LibCallOptimization("strcmp",
622       "Number of 'strcmp' calls simplified") {}
623
624   /// @brief Make sure that the "strcmp" function has the right prototype
625   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function *F, SimplifyLibCalls &SLC){
626     return F->getReturnType() == Type::IntTy && F->arg_size() == 2;
627   }
628
629   /// @brief Perform the strcmp optimization
630   virtual bool OptimizeCall(CallInst* ci, SimplifyLibCalls& SLC) {
631     // First, check to see if src and destination are the same. If they are,
632     // then the optimization is to replace the CallInst with a constant 0
633     // because the call is a no-op.
634     Value* s1 = ci->getOperand(1);
635     Value* s2 = ci->getOperand(2);
636     if (s1 == s2) {
637       // strcmp(x,x)  -> 0
638       ci->replaceAllUsesWith(ConstantInt::get(Type::IntTy,0));
639       ci->eraseFromParent();
640       return true;
641     }
642
643     bool isstr_1 = false;
644     uint64_t len_1 = 0;
645     ConstantArray* A1;
646     if (getConstantStringLength(s1,len_1,&A1)) {
647       isstr_1 = true;
648       if (len_1 == 0) {
649         // strcmp("",x) -> *x
650         LoadInst* load =
651           new LoadInst(CastToCStr(s2,*ci), ci->getName()+".load",ci);
652         CastInst* cast =
653           CastInst::create(Instruction::SExt, load, Type::IntTy, 
654                            ci->getName()+".int", ci);
655         ci->replaceAllUsesWith(cast);
656         ci->eraseFromParent();
657         return true;
658       }
659     }
660
661     bool isstr_2 = false;
662     uint64_t len_2 = 0;
663     ConstantArray* A2;
664     if (getConstantStringLength(s2, len_2, &A2)) {
665       isstr_2 = true;
666       if (len_2 == 0) {
667         // strcmp(x,"") -> *x
668         LoadInst* load =
669           new LoadInst(CastToCStr(s1,*ci),ci->getName()+".val",ci);
670         CastInst* cast =
671           CastInst::create(Instruction::SExt, load, Type::IntTy, 
672                            ci->getName()+".int", ci);
673         ci->replaceAllUsesWith(cast);
674         ci->eraseFromParent();
675         return true;
676       }
677     }
678
679     if (isstr_1 && isstr_2) {
680       // strcmp(x,y)  -> cnst  (if both x and y are constant strings)
681       std::string str1 = A1->getAsString();
682       std::string str2 = A2->getAsString();
683       int result = strcmp(str1.c_str(), str2.c_str());
684       ci->replaceAllUsesWith(ConstantInt::get(Type::IntTy,result));
685       ci->eraseFromParent();
686       return true;
687     }
688     return false;
689   }
690 } StrCmpOptimizer;
691
692 /// This LibCallOptimization will simplify a call to the strncmp library
693 /// function.  It optimizes out cases where one or both arguments are constant
694 /// and the result can be determined statically.
695 /// @brief Simplify the strncmp library function.
696 struct StrNCmpOptimization : public LibCallOptimization {
697 public:
698   StrNCmpOptimization() : LibCallOptimization("strncmp",
699       "Number of 'strncmp' calls simplified") {}
700
701   /// @brief Make sure that the "strncmp" function has the right prototype
702   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function* f, SimplifyLibCalls& SLC){
703     if (f->getReturnType() == Type::IntTy && f->arg_size() == 3)
704       return true;
705     return false;
706   }
707
708   /// @brief Perform the strncpy optimization
709   virtual bool OptimizeCall(CallInst *ci, SimplifyLibCalls &SLC) {
710     // First, check to see if src and destination are the same. If they are,
711     // then the optimization is to replace the CallInst with a constant 0
712     // because the call is a no-op.
713     Value* s1 = ci->getOperand(1);
714     Value* s2 = ci->getOperand(2);
715     if (s1 == s2) {
716       // strncmp(x,x,l)  -> 0
717       ci->replaceAllUsesWith(ConstantInt::get(Type::IntTy,0));
718       ci->eraseFromParent();
719       return true;
720     }
721
722     // Check the length argument, if it is Constant zero then the strings are
723     // considered equal.
724     uint64_t len_arg = 0;
725     bool len_arg_is_const = false;
726     if (ConstantInt* len_CI = dyn_cast<ConstantInt>(ci->getOperand(3))) {
727       len_arg_is_const = true;
728       len_arg = len_CI->getZExtValue();
729       if (len_arg == 0) {
730         // strncmp(x,y,0)   -> 0
731         ci->replaceAllUsesWith(ConstantInt::get(Type::IntTy,0));
732         ci->eraseFromParent();
733         return true;
734       }
735     }
736
737     bool isstr_1 = false;
738     uint64_t len_1 = 0;
739     ConstantArray* A1;
740     if (getConstantStringLength(s1, len_1, &A1)) {
741       isstr_1 = true;
742       if (len_1 == 0) {
743         // strncmp("",x) -> *x
744         LoadInst* load = new LoadInst(s1,ci->getName()+".load",ci);
745         CastInst* cast =
746           CastInst::create(Instruction::SExt, load, Type::IntTy, 
747                            ci->getName()+".int", ci);
748         ci->replaceAllUsesWith(cast);
749         ci->eraseFromParent();
750         return true;
751       }
752     }
753
754     bool isstr_2 = false;
755     uint64_t len_2 = 0;
756     ConstantArray* A2;
757     if (getConstantStringLength(s2,len_2,&A2)) {
758       isstr_2 = true;
759       if (len_2 == 0) {
760         // strncmp(x,"") -> *x
761         LoadInst* load = new LoadInst(s2,ci->getName()+".val",ci);
762         CastInst* cast =
763           CastInst::create(Instruction::SExt, load, Type::IntTy, 
764                            ci->getName()+".int", ci);
765         ci->replaceAllUsesWith(cast);
766         ci->eraseFromParent();
767         return true;
768       }
769     }
770
771     if (isstr_1 && isstr_2 && len_arg_is_const) {
772       // strncmp(x,y,const) -> constant
773       std::string str1 = A1->getAsString();
774       std::string str2 = A2->getAsString();
775       int result = strncmp(str1.c_str(), str2.c_str(), len_arg);
776       ci->replaceAllUsesWith(ConstantInt::get(Type::IntTy,result));
777       ci->eraseFromParent();
778       return true;
779     }
780     return false;
781   }
782 } StrNCmpOptimizer;
783
784 /// This LibCallOptimization will simplify a call to the strcpy library
785 /// function.  Two optimizations are possible:
786 /// (1) If src and dest are the same and not volatile, just return dest
787 /// (2) If the src is a constant then we can convert to llvm.memmove
788 /// @brief Simplify the strcpy library function.
789 struct StrCpyOptimization : public LibCallOptimization {
790 public:
791   StrCpyOptimization() : LibCallOptimization("strcpy",
792       "Number of 'strcpy' calls simplified") {}
793
794   /// @brief Make sure that the "strcpy" function has the right prototype
795   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function* f, SimplifyLibCalls& SLC){
796     if (f->getReturnType() == PointerType::get(Type::SByteTy))
797       if (f->arg_size() == 2) {
798         Function::const_arg_iterator AI = f->arg_begin();
799         if (AI++->getType() == PointerType::get(Type::SByteTy))
800           if (AI->getType() == PointerType::get(Type::SByteTy)) {
801             // Indicate this is a suitable call type.
802             return true;
803           }
804       }
805     return false;
806   }
807
808   /// @brief Perform the strcpy optimization
809   virtual bool OptimizeCall(CallInst* ci, SimplifyLibCalls& SLC) {
810     // First, check to see if src and destination are the same. If they are,
811     // then the optimization is to replace the CallInst with the destination
812     // because the call is a no-op. Note that this corresponds to the
813     // degenerate strcpy(X,X) case which should have "undefined" results
814     // according to the C specification. However, it occurs sometimes and
815     // we optimize it as a no-op.
816     Value* dest = ci->getOperand(1);
817     Value* src = ci->getOperand(2);
818     if (dest == src) {
819       ci->replaceAllUsesWith(dest);
820       ci->eraseFromParent();
821       return true;
822     }
823
824     // Get the length of the constant string referenced by the second operand,
825     // the "src" parameter. Fail the optimization if we can't get the length
826     // (note that getConstantStringLength does lots of checks to make sure this
827     // is valid).
828     uint64_t len = 0;
829     if (!getConstantStringLength(ci->getOperand(2),len))
830       return false;
831
832     // If the constant string's length is zero we can optimize this by just
833     // doing a store of 0 at the first byte of the destination
834     if (len == 0) {
835       new StoreInst(ConstantInt::get(Type::SByteTy,0),ci->getOperand(1),ci);
836       ci->replaceAllUsesWith(dest);
837       ci->eraseFromParent();
838       return true;
839     }
840
841     // Increment the length because we actually want to memcpy the null
842     // terminator as well.
843     len++;
844
845     // We have enough information to now generate the memcpy call to
846     // do the concatenation for us.
847     std::vector<Value*> vals;
848     vals.push_back(dest); // destination
849     vals.push_back(src); // source
850     vals.push_back(ConstantInt::get(SLC.getIntPtrType(),len)); // length
851     vals.push_back(ConstantInt::get(Type::UIntTy,1)); // alignment
852     new CallInst(SLC.get_memcpy(), vals, "", ci);
853
854     // Finally, substitute the first operand of the strcat call for the
855     // strcat call itself since strcat returns its first operand; and,
856     // kill the strcat CallInst.
857     ci->replaceAllUsesWith(dest);
858     ci->eraseFromParent();
859     return true;
860   }
861 } StrCpyOptimizer;
862
863 /// This LibCallOptimization will simplify a call to the strlen library
864 /// function by replacing it with a constant value if the string provided to
865 /// it is a constant array.
866 /// @brief Simplify the strlen library function.
867 struct StrLenOptimization : public LibCallOptimization {
868   StrLenOptimization() : LibCallOptimization("strlen",
869       "Number of 'strlen' calls simplified") {}
870
871   /// @brief Make sure that the "strlen" function has the right prototype
872   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function* f, SimplifyLibCalls& SLC)
873   {
874     if (f->getReturnType() == SLC.getTargetData()->getIntPtrType())
875       if (f->arg_size() == 1)
876         if (Function::const_arg_iterator AI = f->arg_begin())
877           if (AI->getType() == PointerType::get(Type::SByteTy))
878             return true;
879     return false;
880   }
881
882   /// @brief Perform the strlen optimization
883   virtual bool OptimizeCall(CallInst* ci, SimplifyLibCalls& SLC)
884   {
885     // Make sure we're dealing with an sbyte* here.
886     Value* str = ci->getOperand(1);
887     if (str->getType() != PointerType::get(Type::SByteTy))
888       return false;
889
890     // Does the call to strlen have exactly one use?
891     if (ci->hasOneUse())
892       // Is that single use a binary operator?
893       if (BinaryOperator* bop = dyn_cast<BinaryOperator>(ci->use_back()))
894         // Is it compared against a constant integer?
895         if (ConstantInt* CI = dyn_cast<ConstantInt>(bop->getOperand(1)))
896         {
897           // Get the value the strlen result is compared to
898           uint64_t val = CI->getZExtValue();
899
900           // If its compared against length 0 with == or !=
901           if (val == 0 &&
902               (bop->getOpcode() == Instruction::SetEQ ||
903                bop->getOpcode() == Instruction::SetNE))
904           {
905             // strlen(x) != 0 -> *x != 0
906             // strlen(x) == 0 -> *x == 0
907             LoadInst* load = new LoadInst(str,str->getName()+".first",ci);
908             BinaryOperator* rbop = BinaryOperator::create(bop->getOpcode(),
909               load, ConstantInt::get(Type::SByteTy,0),
910               bop->getName()+".strlen", ci);
911             bop->replaceAllUsesWith(rbop);
912             bop->eraseFromParent();
913             ci->eraseFromParent();
914             return true;
915           }
916         }
917
918     // Get the length of the constant string operand
919     uint64_t len = 0;
920     if (!getConstantStringLength(ci->getOperand(1),len))
921       return false;
922
923     // strlen("xyz") -> 3 (for example)
924     const Type *Ty = SLC.getTargetData()->getIntPtrType();
925     if (Ty->isSigned())
926       ci->replaceAllUsesWith(ConstantInt::get(Ty, len));
927     else
928       ci->replaceAllUsesWith(ConstantInt::get(Ty, len));
929      
930     ci->eraseFromParent();
931     return true;
932   }
933 } StrLenOptimizer;
934
935 /// IsOnlyUsedInEqualsComparison - Return true if it only matters that the value
936 /// is equal or not-equal to zero. 
937 static bool IsOnlyUsedInEqualsZeroComparison(Instruction *I) {
938   for (Value::use_iterator UI = I->use_begin(), E = I->use_end();
939        UI != E; ++UI) {
940     Instruction *User = cast<Instruction>(*UI);
941     if (User->getOpcode() == Instruction::SetNE ||
942         User->getOpcode() == Instruction::SetEQ) {
943       if (isa<Constant>(User->getOperand(1)) && 
944           cast<Constant>(User->getOperand(1))->isNullValue())
945         continue;
946     } else if (CastInst *CI = dyn_cast<CastInst>(User))
947       if (CI->getType() == Type::BoolTy)
948         continue;
949     // Unknown instruction.
950     return false;
951   }
952   return true;
953 }
954
955 /// This memcmpOptimization will simplify a call to the memcmp library
956 /// function.
957 struct memcmpOptimization : public LibCallOptimization {
958   /// @brief Default Constructor
959   memcmpOptimization()
960     : LibCallOptimization("memcmp", "Number of 'memcmp' calls simplified") {}
961   
962   /// @brief Make sure that the "memcmp" function has the right prototype
963   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function *F, SimplifyLibCalls &TD) {
964     Function::const_arg_iterator AI = F->arg_begin();
965     if (F->arg_size() != 3 || !isa<PointerType>(AI->getType())) return false;
966     if (!isa<PointerType>((++AI)->getType())) return false;
967     if (!(++AI)->getType()->isInteger()) return false;
968     if (!F->getReturnType()->isInteger()) return false;
969     return true;
970   }
971   
972   /// Because of alignment and instruction information that we don't have, we
973   /// leave the bulk of this to the code generators.
974   ///
975   /// Note that we could do much more if we could force alignment on otherwise
976   /// small aligned allocas, or if we could indicate that loads have a small
977   /// alignment.
978   virtual bool OptimizeCall(CallInst *CI, SimplifyLibCalls &TD) {
979     Value *LHS = CI->getOperand(1), *RHS = CI->getOperand(2);
980
981     // If the two operands are the same, return zero.
982     if (LHS == RHS) {
983       // memcmp(s,s,x) -> 0
984       CI->replaceAllUsesWith(Constant::getNullValue(CI->getType()));
985       CI->eraseFromParent();
986       return true;
987     }
988     
989     // Make sure we have a constant length.
990     ConstantInt *LenC = dyn_cast<ConstantInt>(CI->getOperand(3));
991     if (!LenC) return false;
992     uint64_t Len = LenC->getZExtValue();
993       
994     // If the length is zero, this returns 0.
995     switch (Len) {
996     case 0:
997       // memcmp(s1,s2,0) -> 0
998       CI->replaceAllUsesWith(Constant::getNullValue(CI->getType()));
999       CI->eraseFromParent();
1000       return true;
1001     case 1: {
1002       // memcmp(S1,S2,1) -> *(ubyte*)S1 - *(ubyte*)S2
1003       const Type *UCharPtr = PointerType::get(Type::UByteTy);
1004       CastInst *Op1Cast = CastInst::create(
1005           Instruction::BitCast, LHS, UCharPtr, LHS->getName(), CI);
1006       CastInst *Op2Cast = CastInst::create(
1007           Instruction::BitCast, RHS, UCharPtr, RHS->getName(), CI);
1008       Value *S1V = new LoadInst(Op1Cast, LHS->getName()+".val", CI);
1009       Value *S2V = new LoadInst(Op2Cast, RHS->getName()+".val", CI);
1010       Value *RV = BinaryOperator::createSub(S1V, S2V, CI->getName()+".diff",CI);
1011       if (RV->getType() != CI->getType())
1012         RV = CastInst::createIntegerCast(RV, CI->getType(), false, 
1013                                          RV->getName(), CI);
1014       CI->replaceAllUsesWith(RV);
1015       CI->eraseFromParent();
1016       return true;
1017     }
1018     case 2:
1019       if (IsOnlyUsedInEqualsZeroComparison(CI)) {
1020         // TODO: IF both are aligned, use a short load/compare.
1021       
1022         // memcmp(S1,S2,2) -> S1[0]-S2[0] | S1[1]-S2[1] iff only ==/!= 0 matters
1023         const Type *UCharPtr = PointerType::get(Type::UByteTy);
1024         CastInst *Op1Cast = CastInst::create(
1025             Instruction::BitCast, LHS, UCharPtr, LHS->getName(), CI);
1026         CastInst *Op2Cast = CastInst::create(
1027             Instruction::BitCast, RHS, UCharPtr, RHS->getName(), CI);
1028         Value *S1V1 = new LoadInst(Op1Cast, LHS->getName()+".val1", CI);
1029         Value *S2V1 = new LoadInst(Op2Cast, RHS->getName()+".val1", CI);
1030         Value *D1 = BinaryOperator::createSub(S1V1, S2V1,
1031                                               CI->getName()+".d1", CI);
1032         Constant *One = ConstantInt::get(Type::IntTy, 1);
1033         Value *G1 = new GetElementPtrInst(Op1Cast, One, "next1v", CI);
1034         Value *G2 = new GetElementPtrInst(Op2Cast, One, "next2v", CI);
1035         Value *S1V2 = new LoadInst(G1, LHS->getName()+".val2", CI);
1036         Value *S2V2 = new LoadInst(G2, RHS->getName()+".val2", CI);
1037         Value *D2 = BinaryOperator::createSub(S1V2, S2V2,
1038                                               CI->getName()+".d1", CI);
1039         Value *Or = BinaryOperator::createOr(D1, D2, CI->getName()+".res", CI);
1040         if (Or->getType() != CI->getType())
1041           Or = CastInst::createIntegerCast(Or, CI->getType(), false /*ZExt*/, 
1042                                            Or->getName(), CI);
1043         CI->replaceAllUsesWith(Or);
1044         CI->eraseFromParent();
1045         return true;
1046       }
1047       break;
1048     default:
1049       break;
1050     }
1051     
1052     return false;
1053   }
1054 } memcmpOptimizer;
1055
1056
1057 /// This LibCallOptimization will simplify a call to the memcpy library
1058 /// function by expanding it out to a single store of size 0, 1, 2, 4, or 8
1059 /// bytes depending on the length of the string and the alignment. Additional
1060 /// optimizations are possible in code generation (sequence of immediate store)
1061 /// @brief Simplify the memcpy library function.
1062 struct LLVMMemCpyMoveOptzn : public LibCallOptimization {
1063   LLVMMemCpyMoveOptzn(const char* fname, const char* desc)
1064   : LibCallOptimization(fname, desc) {}
1065
1066   /// @brief Make sure that the "memcpy" function has the right prototype
1067   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function* f, SimplifyLibCalls& TD) {
1068     // Just make sure this has 4 arguments per LLVM spec.
1069     return (f->arg_size() == 4);
1070   }
1071
1072   /// Because of alignment and instruction information that we don't have, we
1073   /// leave the bulk of this to the code generators. The optimization here just
1074   /// deals with a few degenerate cases where the length of the string and the
1075   /// alignment match the sizes of our intrinsic types so we can do a load and
1076   /// store instead of the memcpy call.
1077   /// @brief Perform the memcpy optimization.
1078   virtual bool OptimizeCall(CallInst* ci, SimplifyLibCalls& TD) {
1079     // Make sure we have constant int values to work with
1080     ConstantInt* LEN = dyn_cast<ConstantInt>(ci->getOperand(3));
1081     if (!LEN)
1082       return false;
1083     ConstantInt* ALIGN = dyn_cast<ConstantInt>(ci->getOperand(4));
1084     if (!ALIGN)
1085       return false;
1086
1087     // If the length is larger than the alignment, we can't optimize
1088     uint64_t len = LEN->getZExtValue();
1089     uint64_t alignment = ALIGN->getZExtValue();
1090     if (alignment == 0)
1091       alignment = 1; // Alignment 0 is identity for alignment 1
1092     if (len > alignment)
1093       return false;
1094
1095     // Get the type we will cast to, based on size of the string
1096     Value* dest = ci->getOperand(1);
1097     Value* src = ci->getOperand(2);
1098     Type* castType = 0;
1099     switch (len)
1100     {
1101       case 0:
1102         // memcpy(d,s,0,a) -> noop
1103         ci->eraseFromParent();
1104         return true;
1105       case 1: castType = Type::SByteTy; break;
1106       case 2: castType = Type::ShortTy; break;
1107       case 4: castType = Type::IntTy; break;
1108       case 8: castType = Type::LongTy; break;
1109       default:
1110         return false;
1111     }
1112
1113     // Cast source and dest to the right sized primitive and then load/store
1114     CastInst* SrcCast = CastInst::create(Instruction::BitCast,
1115         src, PointerType::get(castType), src->getName()+".cast", ci);
1116     CastInst* DestCast = CastInst::create(Instruction::BitCast,
1117         dest, PointerType::get(castType),dest->getName()+".cast", ci);
1118     LoadInst* LI = new LoadInst(SrcCast,SrcCast->getName()+".val",ci);
1119     new StoreInst(LI, DestCast, ci);
1120     ci->eraseFromParent();
1121     return true;
1122   }
1123 };
1124
1125 /// This LibCallOptimization will simplify a call to the memcpy/memmove library
1126 /// functions.
1127 LLVMMemCpyMoveOptzn LLVMMemCpyOptimizer32("llvm.memcpy.i32",
1128                                     "Number of 'llvm.memcpy' calls simplified");
1129 LLVMMemCpyMoveOptzn LLVMMemCpyOptimizer64("llvm.memcpy.i64",
1130                                    "Number of 'llvm.memcpy' calls simplified");
1131 LLVMMemCpyMoveOptzn LLVMMemMoveOptimizer32("llvm.memmove.i32",
1132                                    "Number of 'llvm.memmove' calls simplified");
1133 LLVMMemCpyMoveOptzn LLVMMemMoveOptimizer64("llvm.memmove.i64",
1134                                    "Number of 'llvm.memmove' calls simplified");
1135
1136 /// This LibCallOptimization will simplify a call to the memset library
1137 /// function by expanding it out to a single store of size 0, 1, 2, 4, or 8
1138 /// bytes depending on the length argument.
1139 struct LLVMMemSetOptimization : public LibCallOptimization {
1140   /// @brief Default Constructor
1141   LLVMMemSetOptimization(const char *Name) : LibCallOptimization(Name,
1142       "Number of 'llvm.memset' calls simplified") {}
1143
1144   /// @brief Make sure that the "memset" function has the right prototype
1145   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function *F, SimplifyLibCalls &TD) {
1146     // Just make sure this has 3 arguments per LLVM spec.
1147     return F->arg_size() == 4;
1148   }
1149
1150   /// Because of alignment and instruction information that we don't have, we
1151   /// leave the bulk of this to the code generators. The optimization here just
1152   /// deals with a few degenerate cases where the length parameter is constant
1153   /// and the alignment matches the sizes of our intrinsic types so we can do
1154   /// store instead of the memcpy call. Other calls are transformed into the
1155   /// llvm.memset intrinsic.
1156   /// @brief Perform the memset optimization.
1157   virtual bool OptimizeCall(CallInst *ci, SimplifyLibCalls &TD) {
1158     // Make sure we have constant int values to work with
1159     ConstantInt* LEN = dyn_cast<ConstantInt>(ci->getOperand(3));
1160     if (!LEN)
1161       return false;
1162     ConstantInt* ALIGN = dyn_cast<ConstantInt>(ci->getOperand(4));
1163     if (!ALIGN)
1164       return false;
1165
1166     // Extract the length and alignment
1167     uint64_t len = LEN->getZExtValue();
1168     uint64_t alignment = ALIGN->getZExtValue();
1169
1170     // Alignment 0 is identity for alignment 1
1171     if (alignment == 0)
1172       alignment = 1;
1173
1174     // If the length is zero, this is a no-op
1175     if (len == 0) {
1176       // memset(d,c,0,a) -> noop
1177       ci->eraseFromParent();
1178       return true;
1179     }
1180
1181     // If the length is larger than the alignment, we can't optimize
1182     if (len > alignment)
1183       return false;
1184
1185     // Make sure we have a constant ubyte to work with so we can extract
1186     // the value to be filled.
1187     ConstantInt* FILL = dyn_cast<ConstantInt>(ci->getOperand(2));
1188     if (!FILL)
1189       return false;
1190     if (FILL->getType() != Type::UByteTy)
1191       return false;
1192
1193     // memset(s,c,n) -> store s, c (for n=1,2,4,8)
1194
1195     // Extract the fill character
1196     uint64_t fill_char = FILL->getZExtValue();
1197     uint64_t fill_value = fill_char;
1198
1199     // Get the type we will cast to, based on size of memory area to fill, and
1200     // and the value we will store there.
1201     Value* dest = ci->getOperand(1);
1202     Type* castType = 0;
1203     switch (len) {
1204       case 1:
1205         castType = Type::UByteTy;
1206         break;
1207       case 2:
1208         castType = Type::UShortTy;
1209         fill_value |= fill_char << 8;
1210         break;
1211       case 4:
1212         castType = Type::UIntTy;
1213         fill_value |= fill_char << 8 | fill_char << 16 | fill_char << 24;
1214         break;
1215       case 8:
1216         castType = Type::ULongTy;
1217         fill_value |= fill_char << 8 | fill_char << 16 | fill_char << 24;
1218         fill_value |= fill_char << 32 | fill_char << 40 | fill_char << 48;
1219         fill_value |= fill_char << 56;
1220         break;
1221       default:
1222         return false;
1223     }
1224
1225     // Cast dest to the right sized primitive and then load/store
1226     CastInst* DestCast = new BitCastInst(dest, PointerType::get(castType), 
1227                                          dest->getName()+".cast", ci);
1228     new StoreInst(ConstantInt::get(castType,fill_value),DestCast, ci);
1229     ci->eraseFromParent();
1230     return true;
1231   }
1232 };
1233
1234 LLVMMemSetOptimization MemSet32Optimizer("llvm.memset.i32");
1235 LLVMMemSetOptimization MemSet64Optimizer("llvm.memset.i64");
1236
1237
1238 /// This LibCallOptimization will simplify calls to the "pow" library
1239 /// function. It looks for cases where the result of pow is well known and
1240 /// substitutes the appropriate value.
1241 /// @brief Simplify the pow library function.
1242 struct PowOptimization : public LibCallOptimization {
1243 public:
1244   /// @brief Default Constructor
1245   PowOptimization() : LibCallOptimization("pow",
1246       "Number of 'pow' calls simplified") {}
1247
1248   /// @brief Make sure that the "pow" function has the right prototype
1249   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function* f, SimplifyLibCalls& SLC){
1250     // Just make sure this has 2 arguments
1251     return (f->arg_size() == 2);
1252   }
1253
1254   /// @brief Perform the pow optimization.
1255   virtual bool OptimizeCall(CallInst *ci, SimplifyLibCalls &SLC) {
1256     const Type *Ty = cast<Function>(ci->getOperand(0))->getReturnType();
1257     Value* base = ci->getOperand(1);
1258     Value* expn = ci->getOperand(2);
1259     if (ConstantFP *Op1 = dyn_cast<ConstantFP>(base)) {
1260       double Op1V = Op1->getValue();
1261       if (Op1V == 1.0) {
1262         // pow(1.0,x) -> 1.0
1263         ci->replaceAllUsesWith(ConstantFP::get(Ty,1.0));
1264         ci->eraseFromParent();
1265         return true;
1266       }
1267     }  else if (ConstantFP* Op2 = dyn_cast<ConstantFP>(expn)) {
1268       double Op2V = Op2->getValue();
1269       if (Op2V == 0.0) {
1270         // pow(x,0.0) -> 1.0
1271         ci->replaceAllUsesWith(ConstantFP::get(Ty,1.0));
1272         ci->eraseFromParent();
1273         return true;
1274       } else if (Op2V == 0.5) {
1275         // pow(x,0.5) -> sqrt(x)
1276         CallInst* sqrt_inst = new CallInst(SLC.get_sqrt(), base,
1277             ci->getName()+".pow",ci);
1278         ci->replaceAllUsesWith(sqrt_inst);
1279         ci->eraseFromParent();
1280         return true;
1281       } else if (Op2V == 1.0) {
1282         // pow(x,1.0) -> x
1283         ci->replaceAllUsesWith(base);
1284         ci->eraseFromParent();
1285         return true;
1286       } else if (Op2V == -1.0) {
1287         // pow(x,-1.0)    -> 1.0/x
1288         BinaryOperator* div_inst= BinaryOperator::createFDiv(
1289           ConstantFP::get(Ty,1.0), base, ci->getName()+".pow", ci);
1290         ci->replaceAllUsesWith(div_inst);
1291         ci->eraseFromParent();
1292         return true;
1293       }
1294     }
1295     return false; // opt failed
1296   }
1297 } PowOptimizer;
1298
1299 /// This LibCallOptimization will simplify calls to the "printf" library
1300 /// function. It looks for cases where the result of printf is not used and the
1301 /// operation can be reduced to something simpler.
1302 /// @brief Simplify the printf library function.
1303 struct PrintfOptimization : public LibCallOptimization {
1304 public:
1305   /// @brief Default Constructor
1306   PrintfOptimization() : LibCallOptimization("printf",
1307       "Number of 'printf' calls simplified") {}
1308
1309   /// @brief Make sure that the "printf" function has the right prototype
1310   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function* f, SimplifyLibCalls& SLC){
1311     // Just make sure this has at least 1 arguments
1312     return (f->arg_size() >= 1);
1313   }
1314
1315   /// @brief Perform the printf optimization.
1316   virtual bool OptimizeCall(CallInst* ci, SimplifyLibCalls& SLC) {
1317     // If the call has more than 2 operands, we can't optimize it
1318     if (ci->getNumOperands() > 3 || ci->getNumOperands() <= 2)
1319       return false;
1320
1321     // If the result of the printf call is used, none of these optimizations
1322     // can be made.
1323     if (!ci->use_empty())
1324       return false;
1325
1326     // All the optimizations depend on the length of the first argument and the
1327     // fact that it is a constant string array. Check that now
1328     uint64_t len = 0;
1329     ConstantArray* CA = 0;
1330     if (!getConstantStringLength(ci->getOperand(1), len, &CA))
1331       return false;
1332
1333     if (len != 2 && len != 3)
1334       return false;
1335
1336     // The first character has to be a %
1337     if (ConstantInt* CI = dyn_cast<ConstantInt>(CA->getOperand(0)))
1338       if (CI->getZExtValue() != '%')
1339         return false;
1340
1341     // Get the second character and switch on its value
1342     ConstantInt* CI = dyn_cast<ConstantInt>(CA->getOperand(1));
1343     switch (CI->getZExtValue()) {
1344       case 's':
1345       {
1346         if (len != 3 ||
1347             dyn_cast<ConstantInt>(CA->getOperand(2))->getZExtValue() != '\n')
1348           return false;
1349
1350         // printf("%s\n",str) -> puts(str)
1351         Function* puts_func = SLC.get_puts();
1352         if (!puts_func)
1353           return false;
1354         std::vector<Value*> args;
1355         args.push_back(CastToCStr(ci->getOperand(2), *ci));
1356         new CallInst(puts_func,args,ci->getName(),ci);
1357         ci->replaceAllUsesWith(ConstantInt::get(Type::IntTy,len));
1358         break;
1359       }
1360       case 'c':
1361       {
1362         // printf("%c",c) -> putchar(c)
1363         if (len != 2)
1364           return false;
1365
1366         Function* putchar_func = SLC.get_putchar();
1367         if (!putchar_func)
1368           return false;
1369         CastInst* cast = CastInst::createSExtOrBitCast(
1370             ci->getOperand(2), Type::IntTy, CI->getName()+".int", ci);
1371         new CallInst(putchar_func, cast, "", ci);
1372         ci->replaceAllUsesWith(ConstantInt::get(Type::IntTy, 1));
1373         break;
1374       }
1375       default:
1376         return false;
1377     }
1378     ci->eraseFromParent();
1379     return true;
1380   }
1381 } PrintfOptimizer;
1382
1383 /// This LibCallOptimization will simplify calls to the "fprintf" library
1384 /// function. It looks for cases where the result of fprintf is not used and the
1385 /// operation can be reduced to something simpler.
1386 /// @brief Simplify the fprintf library function.
1387 struct FPrintFOptimization : public LibCallOptimization {
1388 public:
1389   /// @brief Default Constructor
1390   FPrintFOptimization() : LibCallOptimization("fprintf",
1391       "Number of 'fprintf' calls simplified") {}
1392
1393   /// @brief Make sure that the "fprintf" function has the right prototype
1394   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function* f, SimplifyLibCalls& SLC){
1395     // Just make sure this has at least 2 arguments
1396     return (f->arg_size() >= 2);
1397   }
1398
1399   /// @brief Perform the fprintf optimization.
1400   virtual bool OptimizeCall(CallInst* ci, SimplifyLibCalls& SLC) {
1401     // If the call has more than 3 operands, we can't optimize it
1402     if (ci->getNumOperands() > 4 || ci->getNumOperands() <= 2)
1403       return false;
1404
1405     // If the result of the fprintf call is used, none of these optimizations
1406     // can be made.
1407     if (!ci->use_empty())
1408       return false;
1409
1410     // All the optimizations depend on the length of the second argument and the
1411     // fact that it is a constant string array. Check that now
1412     uint64_t len = 0;
1413     ConstantArray* CA = 0;
1414     if (!getConstantStringLength(ci->getOperand(2), len, &CA))
1415       return false;
1416
1417     if (ci->getNumOperands() == 3) {
1418       // Make sure there's no % in the constant array
1419       for (unsigned i = 0; i < len; ++i) {
1420         if (ConstantInt* CI = dyn_cast<ConstantInt>(CA->getOperand(i))) {
1421           // Check for the null terminator
1422           if (CI->getZExtValue() == '%')
1423             return false; // we found end of string
1424         } else {
1425           return false;
1426         }
1427       }
1428
1429       // fprintf(file,fmt) -> fwrite(fmt,strlen(fmt),file)
1430       const Type* FILEptr_type = ci->getOperand(1)->getType();
1431       Function* fwrite_func = SLC.get_fwrite(FILEptr_type);
1432       if (!fwrite_func)
1433         return false;
1434
1435       // Make sure that the fprintf() and fwrite() functions both take the
1436       // same type of char pointer.
1437       if (ci->getOperand(2)->getType() !=
1438           fwrite_func->getFunctionType()->getParamType(0))
1439         return false;
1440
1441       std::vector<Value*> args;
1442       args.push_back(ci->getOperand(2));
1443       args.push_back(ConstantInt::get(SLC.getIntPtrType(),len));
1444       args.push_back(ConstantInt::get(SLC.getIntPtrType(),1));
1445       args.push_back(ci->getOperand(1));
1446       new CallInst(fwrite_func,args,ci->getName(),ci);
1447       ci->replaceAllUsesWith(ConstantInt::get(Type::IntTy,len));
1448       ci->eraseFromParent();
1449       return true;
1450     }
1451
1452     // The remaining optimizations require the format string to be length 2
1453     // "%s" or "%c".
1454     if (len != 2)
1455       return false;
1456
1457     // The first character has to be a %
1458     if (ConstantInt* CI = dyn_cast<ConstantInt>(CA->getOperand(0)))
1459       if (CI->getZExtValue() != '%')
1460         return false;
1461
1462     // Get the second character and switch on its value
1463     ConstantInt* CI = dyn_cast<ConstantInt>(CA->getOperand(1));
1464     switch (CI->getZExtValue()) {
1465       case 's':
1466       {
1467         uint64_t len = 0;
1468         ConstantArray* CA = 0;
1469         if (getConstantStringLength(ci->getOperand(3), len, &CA)) {
1470           // fprintf(file,"%s",str) -> fwrite(str,strlen(str),1,file)
1471           const Type* FILEptr_type = ci->getOperand(1)->getType();
1472           Function* fwrite_func = SLC.get_fwrite(FILEptr_type);
1473           if (!fwrite_func)
1474             return false;
1475           std::vector<Value*> args;
1476           args.push_back(CastToCStr(ci->getOperand(3), *ci));
1477           args.push_back(ConstantInt::get(SLC.getIntPtrType(),len));
1478           args.push_back(ConstantInt::get(SLC.getIntPtrType(),1));
1479           args.push_back(ci->getOperand(1));
1480           new CallInst(fwrite_func,args,ci->getName(),ci);
1481           ci->replaceAllUsesWith(ConstantInt::get(Type::IntTy,len));
1482         } else {
1483           // fprintf(file,"%s",str) -> fputs(str,file)
1484           const Type* FILEptr_type = ci->getOperand(1)->getType();
1485           Function* fputs_func = SLC.get_fputs(FILEptr_type);
1486           if (!fputs_func)
1487             return false;
1488           std::vector<Value*> args;
1489           args.push_back(CastToCStr(ci->getOperand(3), *ci));
1490           args.push_back(ci->getOperand(1));
1491           new CallInst(fputs_func,args,ci->getName(),ci);
1492           ci->replaceAllUsesWith(ConstantInt::get(Type::IntTy,len));
1493         }
1494         break;
1495       }
1496       case 'c':
1497       {
1498         // fprintf(file,"%c",c) -> fputc(c,file)
1499         const Type* FILEptr_type = ci->getOperand(1)->getType();
1500         Function* fputc_func = SLC.get_fputc(FILEptr_type);
1501         if (!fputc_func)
1502           return false;
1503         CastInst* cast = CastInst::createSExtOrBitCast(
1504             ci->getOperand(3), Type::IntTy, CI->getName()+".int", ci);
1505         new CallInst(fputc_func,cast,ci->getOperand(1),"",ci);
1506         ci->replaceAllUsesWith(ConstantInt::get(Type::IntTy,1));
1507         break;
1508       }
1509       default:
1510         return false;
1511     }
1512     ci->eraseFromParent();
1513     return true;
1514   }
1515 } FPrintFOptimizer;
1516
1517 /// This LibCallOptimization will simplify calls to the "sprintf" library
1518 /// function. It looks for cases where the result of sprintf is not used and the
1519 /// operation can be reduced to something simpler.
1520 /// @brief Simplify the sprintf library function.
1521 struct SPrintFOptimization : public LibCallOptimization {
1522 public:
1523   /// @brief Default Constructor
1524   SPrintFOptimization() : LibCallOptimization("sprintf",
1525       "Number of 'sprintf' calls simplified") {}
1526
1527   /// @brief Make sure that the "fprintf" function has the right prototype
1528   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function *f, SimplifyLibCalls &SLC){
1529     // Just make sure this has at least 2 arguments
1530     return (f->getReturnType() == Type::IntTy && f->arg_size() >= 2);
1531   }
1532
1533   /// @brief Perform the sprintf optimization.
1534   virtual bool OptimizeCall(CallInst *ci, SimplifyLibCalls &SLC) {
1535     // If the call has more than 3 operands, we can't optimize it
1536     if (ci->getNumOperands() > 4 || ci->getNumOperands() < 3)
1537       return false;
1538
1539     // All the optimizations depend on the length of the second argument and the
1540     // fact that it is a constant string array. Check that now
1541     uint64_t len = 0;
1542     ConstantArray* CA = 0;
1543     if (!getConstantStringLength(ci->getOperand(2), len, &CA))
1544       return false;
1545
1546     if (ci->getNumOperands() == 3) {
1547       if (len == 0) {
1548         // If the length is 0, we just need to store a null byte
1549         new StoreInst(ConstantInt::get(Type::SByteTy,0),ci->getOperand(1),ci);
1550         ci->replaceAllUsesWith(ConstantInt::get(Type::IntTy,0));
1551         ci->eraseFromParent();
1552         return true;
1553       }
1554
1555       // Make sure there's no % in the constant array
1556       for (unsigned i = 0; i < len; ++i) {
1557         if (ConstantInt* CI = dyn_cast<ConstantInt>(CA->getOperand(i))) {
1558           // Check for the null terminator
1559           if (CI->getZExtValue() == '%')
1560             return false; // we found a %, can't optimize
1561         } else {
1562           return false; // initializer is not constant int, can't optimize
1563         }
1564       }
1565
1566       // Increment length because we want to copy the null byte too
1567       len++;
1568
1569       // sprintf(str,fmt) -> llvm.memcpy(str,fmt,strlen(fmt),1)
1570       Function* memcpy_func = SLC.get_memcpy();
1571       if (!memcpy_func)
1572         return false;
1573       std::vector<Value*> args;
1574       args.push_back(ci->getOperand(1));
1575       args.push_back(ci->getOperand(2));
1576       args.push_back(ConstantInt::get(SLC.getIntPtrType(),len));
1577       args.push_back(ConstantInt::get(Type::UIntTy,1));
1578       new CallInst(memcpy_func,args,"",ci);
1579       ci->replaceAllUsesWith(ConstantInt::get(Type::IntTy,len));
1580       ci->eraseFromParent();
1581       return true;
1582     }
1583
1584     // The remaining optimizations require the format string to be length 2
1585     // "%s" or "%c".
1586     if (len != 2)
1587       return false;
1588
1589     // The first character has to be a %
1590     if (ConstantInt* CI = dyn_cast<ConstantInt>(CA->getOperand(0)))
1591       if (CI->getZExtValue() != '%')
1592         return false;
1593
1594     // Get the second character and switch on its value
1595     ConstantInt* CI = dyn_cast<ConstantInt>(CA->getOperand(1));
1596     switch (CI->getZExtValue()) {
1597     case 's': {
1598       // sprintf(dest,"%s",str) -> llvm.memcpy(dest, str, strlen(str)+1, 1)
1599       Function* strlen_func = SLC.get_strlen();
1600       Function* memcpy_func = SLC.get_memcpy();
1601       if (!strlen_func || !memcpy_func)
1602         return false;
1603       
1604       Value *Len = new CallInst(strlen_func, CastToCStr(ci->getOperand(3), *ci),
1605                                 ci->getOperand(3)->getName()+".len", ci);
1606       Value *Len1 = BinaryOperator::createAdd(Len,
1607                                             ConstantInt::get(Len->getType(), 1),
1608                                               Len->getName()+"1", ci);
1609       if (Len1->getType() != SLC.getIntPtrType())
1610         Len1 = CastInst::createIntegerCast(Len1, SLC.getIntPtrType(), false,
1611                                            Len1->getName(), ci);
1612       std::vector<Value*> args;
1613       args.push_back(CastToCStr(ci->getOperand(1), *ci));
1614       args.push_back(CastToCStr(ci->getOperand(3), *ci));
1615       args.push_back(Len1);
1616       args.push_back(ConstantInt::get(Type::UIntTy,1));
1617       new CallInst(memcpy_func, args, "", ci);
1618       
1619       // The strlen result is the unincremented number of bytes in the string.
1620       if (!ci->use_empty()) {
1621         if (Len->getType() != ci->getType())
1622           Len = CastInst::createIntegerCast(Len, ci->getType(), false, 
1623                                             Len->getName(), ci);
1624         ci->replaceAllUsesWith(Len);
1625       }
1626       ci->eraseFromParent();
1627       return true;
1628     }
1629     case 'c': {
1630       // sprintf(dest,"%c",chr) -> store chr, dest
1631       CastInst* cast = CastInst::createTruncOrBitCast(
1632           ci->getOperand(3), Type::SByteTy, "char", ci);
1633       new StoreInst(cast, ci->getOperand(1), ci);
1634       GetElementPtrInst* gep = new GetElementPtrInst(ci->getOperand(1),
1635         ConstantInt::get(Type::UIntTy,1),ci->getOperand(1)->getName()+".end",
1636         ci);
1637       new StoreInst(ConstantInt::get(Type::SByteTy,0),gep,ci);
1638       ci->replaceAllUsesWith(ConstantInt::get(Type::IntTy,1));
1639       ci->eraseFromParent();
1640       return true;
1641     }
1642     }
1643     return false;
1644   }
1645 } SPrintFOptimizer;
1646
1647 /// This LibCallOptimization will simplify calls to the "fputs" library
1648 /// function. It looks for cases where the result of fputs is not used and the
1649 /// operation can be reduced to something simpler.
1650 /// @brief Simplify the puts library function.
1651 struct PutsOptimization : public LibCallOptimization {
1652 public:
1653   /// @brief Default Constructor
1654   PutsOptimization() : LibCallOptimization("fputs",
1655       "Number of 'fputs' calls simplified") {}
1656
1657   /// @brief Make sure that the "fputs" function has the right prototype
1658   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function *F, SimplifyLibCalls &SLC){
1659     // Just make sure this has 2 arguments
1660     return F->arg_size() == 2;
1661   }
1662
1663   /// @brief Perform the fputs optimization.
1664   virtual bool OptimizeCall(CallInst* ci, SimplifyLibCalls& SLC) {
1665     // If the result is used, none of these optimizations work
1666     if (!ci->use_empty())
1667       return false;
1668
1669     // All the optimizations depend on the length of the first argument and the
1670     // fact that it is a constant string array. Check that now
1671     uint64_t len = 0;
1672     if (!getConstantStringLength(ci->getOperand(1), len))
1673       return false;
1674
1675     switch (len) {
1676       case 0:
1677         // fputs("",F) -> noop
1678         break;
1679       case 1:
1680       {
1681         // fputs(s,F)  -> fputc(s[0],F)  (if s is constant and strlen(s) == 1)
1682         const Type* FILEptr_type = ci->getOperand(2)->getType();
1683         Function* fputc_func = SLC.get_fputc(FILEptr_type);
1684         if (!fputc_func)
1685           return false;
1686         LoadInst* loadi = new LoadInst(ci->getOperand(1),
1687           ci->getOperand(1)->getName()+".byte",ci);
1688         CastInst* casti = new SExtInst(loadi, Type::IntTy, 
1689                                        loadi->getName()+".int", ci);
1690         new CallInst(fputc_func,casti,ci->getOperand(2),"",ci);
1691         break;
1692       }
1693       default:
1694       {
1695         // fputs(s,F)  -> fwrite(s,1,len,F) (if s is constant and strlen(s) > 1)
1696         const Type* FILEptr_type = ci->getOperand(2)->getType();
1697         Function* fwrite_func = SLC.get_fwrite(FILEptr_type);
1698         if (!fwrite_func)
1699           return false;
1700         std::vector<Value*> parms;
1701         parms.push_back(ci->getOperand(1));
1702         parms.push_back(ConstantInt::get(SLC.getIntPtrType(),len));
1703         parms.push_back(ConstantInt::get(SLC.getIntPtrType(),1));
1704         parms.push_back(ci->getOperand(2));
1705         new CallInst(fwrite_func,parms,"",ci);
1706         break;
1707       }
1708     }
1709     ci->eraseFromParent();
1710     return true; // success
1711   }
1712 } PutsOptimizer;
1713
1714 /// This LibCallOptimization will simplify calls to the "isdigit" library
1715 /// function. It simply does range checks the parameter explicitly.
1716 /// @brief Simplify the isdigit library function.
1717 struct isdigitOptimization : public LibCallOptimization {
1718 public:
1719   isdigitOptimization() : LibCallOptimization("isdigit",
1720       "Number of 'isdigit' calls simplified") {}
1721
1722   /// @brief Make sure that the "isdigit" function has the right prototype
1723   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function* f, SimplifyLibCalls& SLC){
1724     // Just make sure this has 1 argument
1725     return (f->arg_size() == 1);
1726   }
1727
1728   /// @brief Perform the toascii optimization.
1729   virtual bool OptimizeCall(CallInst *ci, SimplifyLibCalls &SLC) {
1730     if (ConstantInt* CI = dyn_cast<ConstantInt>(ci->getOperand(1))) {
1731       // isdigit(c)   -> 0 or 1, if 'c' is constant
1732       uint64_t val = CI->getZExtValue();
1733       if (val >= '0' && val <='9')
1734         ci->replaceAllUsesWith(ConstantInt::get(Type::IntTy,1));
1735       else
1736         ci->replaceAllUsesWith(ConstantInt::get(Type::IntTy,0));
1737       ci->eraseFromParent();
1738       return true;
1739     }
1740
1741     // isdigit(c)   -> (unsigned)c - '0' <= 9
1742     CastInst* cast = CastInst::createIntegerCast(ci->getOperand(1),
1743         Type::UIntTy, false/*ZExt*/, ci->getOperand(1)->getName()+".uint", ci);
1744     BinaryOperator* sub_inst = BinaryOperator::createSub(cast,
1745         ConstantInt::get(Type::UIntTy,0x30),
1746         ci->getOperand(1)->getName()+".sub",ci);
1747     SetCondInst* setcond_inst = new SetCondInst(Instruction::SetLE,sub_inst,
1748         ConstantInt::get(Type::UIntTy,9),
1749         ci->getOperand(1)->getName()+".cmp",ci);
1750     CastInst* c2 = new SExtInst(setcond_inst, Type::IntTy, 
1751         ci->getOperand(1)->getName()+".isdigit", ci);
1752     ci->replaceAllUsesWith(c2);
1753     ci->eraseFromParent();
1754     return true;
1755   }
1756 } isdigitOptimizer;
1757
1758 struct isasciiOptimization : public LibCallOptimization {
1759 public:
1760   isasciiOptimization()
1761     : LibCallOptimization("isascii", "Number of 'isascii' calls simplified") {}
1762   
1763   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function *F, SimplifyLibCalls &SLC){
1764     return F->arg_size() == 1 && F->arg_begin()->getType()->isInteger() && 
1765            F->getReturnType()->isInteger();
1766   }
1767   
1768   /// @brief Perform the isascii optimization.
1769   virtual bool OptimizeCall(CallInst *CI, SimplifyLibCalls &SLC) {
1770     // isascii(c)   -> (unsigned)c < 128
1771     Value *V = CI->getOperand(1);
1772     if (V->getType()->isSigned())
1773       V = new BitCastInst(V, V->getType()->getUnsignedVersion(), V->getName(), 
1774                           CI);
1775     Value *Cmp = BinaryOperator::createSetLT(V, ConstantInt::get(V->getType(),
1776                                                                   128),
1777                                              V->getName()+".isascii", CI);
1778     if (Cmp->getType() != CI->getType())
1779       Cmp = new BitCastInst(Cmp, CI->getType(), Cmp->getName(), CI);
1780     CI->replaceAllUsesWith(Cmp);
1781     CI->eraseFromParent();
1782     return true;
1783   }
1784 } isasciiOptimizer;
1785
1786
1787 /// This LibCallOptimization will simplify calls to the "toascii" library
1788 /// function. It simply does the corresponding and operation to restrict the
1789 /// range of values to the ASCII character set (0-127).
1790 /// @brief Simplify the toascii library function.
1791 struct ToAsciiOptimization : public LibCallOptimization {
1792 public:
1793   /// @brief Default Constructor
1794   ToAsciiOptimization() : LibCallOptimization("toascii",
1795       "Number of 'toascii' calls simplified") {}
1796
1797   /// @brief Make sure that the "fputs" function has the right prototype
1798   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function* f, SimplifyLibCalls& SLC){
1799     // Just make sure this has 2 arguments
1800     return (f->arg_size() == 1);
1801   }
1802
1803   /// @brief Perform the toascii optimization.
1804   virtual bool OptimizeCall(CallInst *ci, SimplifyLibCalls &SLC) {
1805     // toascii(c)   -> (c & 0x7f)
1806     Value* chr = ci->getOperand(1);
1807     BinaryOperator* and_inst = BinaryOperator::createAnd(chr,
1808         ConstantInt::get(chr->getType(),0x7F),ci->getName()+".toascii",ci);
1809     ci->replaceAllUsesWith(and_inst);
1810     ci->eraseFromParent();
1811     return true;
1812   }
1813 } ToAsciiOptimizer;
1814
1815 /// This LibCallOptimization will simplify calls to the "ffs" library
1816 /// calls which find the first set bit in an int, long, or long long. The
1817 /// optimization is to compute the result at compile time if the argument is
1818 /// a constant.
1819 /// @brief Simplify the ffs library function.
1820 struct FFSOptimization : public LibCallOptimization {
1821 protected:
1822   /// @brief Subclass Constructor
1823   FFSOptimization(const char* funcName, const char* description)
1824     : LibCallOptimization(funcName, description) {}
1825
1826 public:
1827   /// @brief Default Constructor
1828   FFSOptimization() : LibCallOptimization("ffs",
1829       "Number of 'ffs' calls simplified") {}
1830
1831   /// @brief Make sure that the "ffs" function has the right prototype
1832   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function *F, SimplifyLibCalls &SLC){
1833     // Just make sure this has 2 arguments
1834     return F->arg_size() == 1 && F->getReturnType() == Type::IntTy;
1835   }
1836
1837   /// @brief Perform the ffs optimization.
1838   virtual bool OptimizeCall(CallInst *TheCall, SimplifyLibCalls &SLC) {
1839     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(TheCall->getOperand(1))) {
1840       // ffs(cnst)  -> bit#
1841       // ffsl(cnst) -> bit#
1842       // ffsll(cnst) -> bit#
1843       uint64_t val = CI->getZExtValue();
1844       int result = 0;
1845       if (val) {
1846         ++result;
1847         while ((val & 1) == 0) {
1848           ++result;
1849           val >>= 1;
1850         }
1851       }
1852       TheCall->replaceAllUsesWith(ConstantInt::get(Type::IntTy, result));
1853       TheCall->eraseFromParent();
1854       return true;
1855     }
1856
1857     // ffs(x)   -> x == 0 ? 0 : llvm.cttz(x)+1
1858     // ffsl(x)  -> x == 0 ? 0 : llvm.cttz(x)+1
1859     // ffsll(x) -> x == 0 ? 0 : llvm.cttz(x)+1
1860     const Type *ArgType = TheCall->getOperand(1)->getType();
1861     ArgType = ArgType->getUnsignedVersion();
1862     const char *CTTZName;
1863     switch (ArgType->getTypeID()) {
1864     default: assert(0 && "Unknown unsigned type!");
1865     case Type::UByteTyID : CTTZName = "llvm.cttz.i8" ; break;
1866     case Type::UShortTyID: CTTZName = "llvm.cttz.i16"; break;
1867     case Type::UIntTyID  : CTTZName = "llvm.cttz.i32"; break;
1868     case Type::ULongTyID : CTTZName = "llvm.cttz.i64"; break;
1869     }
1870     
1871     Function *F = SLC.getModule()->getOrInsertFunction(CTTZName, ArgType,
1872                                                        ArgType, NULL);
1873     Value *V = CastInst::createIntegerCast(TheCall->getOperand(1), ArgType, 
1874                                            false/*ZExt*/, "tmp", TheCall);
1875     Value *V2 = new CallInst(F, V, "tmp", TheCall);
1876     V2 = CastInst::createIntegerCast(V2, Type::IntTy, true/*SExt*/, 
1877                                      "tmp", TheCall);
1878     V2 = BinaryOperator::createAdd(V2, ConstantInt::get(Type::IntTy, 1),
1879                                    "tmp", TheCall);
1880     Value *Cond = 
1881       BinaryOperator::createSetEQ(V, Constant::getNullValue(V->getType()),
1882                                   "tmp", TheCall);
1883     V2 = new SelectInst(Cond, ConstantInt::get(Type::IntTy, 0), V2,
1884                         TheCall->getName(), TheCall);
1885     TheCall->replaceAllUsesWith(V2);
1886     TheCall->eraseFromParent();
1887     return true;
1888   }
1889 } FFSOptimizer;
1890
1891 /// This LibCallOptimization will simplify calls to the "ffsl" library
1892 /// calls. It simply uses FFSOptimization for which the transformation is
1893 /// identical.
1894 /// @brief Simplify the ffsl library function.
1895 struct FFSLOptimization : public FFSOptimization {
1896 public:
1897   /// @brief Default Constructor
1898   FFSLOptimization() : FFSOptimization("ffsl",
1899       "Number of 'ffsl' calls simplified") {}
1900
1901 } FFSLOptimizer;
1902
1903 /// This LibCallOptimization will simplify calls to the "ffsll" library
1904 /// calls. It simply uses FFSOptimization for which the transformation is
1905 /// identical.
1906 /// @brief Simplify the ffsl library function.
1907 struct FFSLLOptimization : public FFSOptimization {
1908 public:
1909   /// @brief Default Constructor
1910   FFSLLOptimization() : FFSOptimization("ffsll",
1911       "Number of 'ffsll' calls simplified") {}
1912
1913 } FFSLLOptimizer;
1914
1915 /// This optimizes unary functions that take and return doubles.
1916 struct UnaryDoubleFPOptimizer : public LibCallOptimization {
1917   UnaryDoubleFPOptimizer(const char *Fn, const char *Desc)
1918   : LibCallOptimization(Fn, Desc) {}
1919   
1920   // Make sure that this function has the right prototype
1921   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function *F, SimplifyLibCalls &SLC){
1922     return F->arg_size() == 1 && F->arg_begin()->getType() == Type::DoubleTy &&
1923            F->getReturnType() == Type::DoubleTy;
1924   }
1925
1926   /// ShrinkFunctionToFloatVersion - If the input to this function is really a
1927   /// float, strength reduce this to a float version of the function,
1928   /// e.g. floor((double)FLT) -> (double)floorf(FLT).  This can only be called
1929   /// when the target supports the destination function and where there can be
1930   /// no precision loss.
1931   static bool ShrinkFunctionToFloatVersion(CallInst *CI, SimplifyLibCalls &SLC,
1932                                            Function *(SimplifyLibCalls::*FP)()){
1933     if (CastInst *Cast = dyn_cast<CastInst>(CI->getOperand(1)))
1934       if (Cast->getOperand(0)->getType() == Type::FloatTy) {
1935         Value *New = new CallInst((SLC.*FP)(), Cast->getOperand(0),
1936                                   CI->getName(), CI);
1937         New = new FPExtInst(New, Type::DoubleTy, CI->getName(), CI);
1938         CI->replaceAllUsesWith(New);
1939         CI->eraseFromParent();
1940         if (Cast->use_empty())
1941           Cast->eraseFromParent();
1942         return true;
1943       }
1944     return false;
1945   }
1946 };
1947
1948
1949 struct FloorOptimization : public UnaryDoubleFPOptimizer {
1950   FloorOptimization()
1951     : UnaryDoubleFPOptimizer("floor", "Number of 'floor' calls simplified") {}
1952   
1953   virtual bool OptimizeCall(CallInst *CI, SimplifyLibCalls &SLC) {
1954 #ifdef HAVE_FLOORF
1955     // If this is a float argument passed in, convert to floorf.
1956     if (ShrinkFunctionToFloatVersion(CI, SLC, &SimplifyLibCalls::get_floorf))
1957       return true;
1958 #endif
1959     return false; // opt failed
1960   }
1961 } FloorOptimizer;
1962
1963 struct CeilOptimization : public UnaryDoubleFPOptimizer {
1964   CeilOptimization()
1965   : UnaryDoubleFPOptimizer("ceil", "Number of 'ceil' calls simplified") {}
1966   
1967   virtual bool OptimizeCall(CallInst *CI, SimplifyLibCalls &SLC) {
1968 #ifdef HAVE_CEILF
1969     // If this is a float argument passed in, convert to ceilf.
1970     if (ShrinkFunctionToFloatVersion(CI, SLC, &SimplifyLibCalls::get_ceilf))
1971       return true;
1972 #endif
1973     return false; // opt failed
1974   }
1975 } CeilOptimizer;
1976
1977 struct RoundOptimization : public UnaryDoubleFPOptimizer {
1978   RoundOptimization()
1979   : UnaryDoubleFPOptimizer("round", "Number of 'round' calls simplified") {}
1980   
1981   virtual bool OptimizeCall(CallInst *CI, SimplifyLibCalls &SLC) {
1982 #ifdef HAVE_ROUNDF
1983     // If this is a float argument passed in, convert to roundf.
1984     if (ShrinkFunctionToFloatVersion(CI, SLC, &SimplifyLibCalls::get_roundf))
1985       return true;
1986 #endif
1987     return false; // opt failed
1988   }
1989 } RoundOptimizer;
1990
1991 struct RintOptimization : public UnaryDoubleFPOptimizer {
1992   RintOptimization()
1993   : UnaryDoubleFPOptimizer("rint", "Number of 'rint' calls simplified") {}
1994   
1995   virtual bool OptimizeCall(CallInst *CI, SimplifyLibCalls &SLC) {
1996 #ifdef HAVE_RINTF
1997     // If this is a float argument passed in, convert to rintf.
1998     if (ShrinkFunctionToFloatVersion(CI, SLC, &SimplifyLibCalls::get_rintf))
1999       return true;
2000 #endif
2001     return false; // opt failed
2002   }
2003 } RintOptimizer;
2004
2005 struct NearByIntOptimization : public UnaryDoubleFPOptimizer {
2006   NearByIntOptimization()
2007   : UnaryDoubleFPOptimizer("nearbyint",
2008                            "Number of 'nearbyint' calls simplified") {}
2009   
2010   virtual bool OptimizeCall(CallInst *CI, SimplifyLibCalls &SLC) {
2011 #ifdef HAVE_NEARBYINTF
2012     // If this is a float argument passed in, convert to nearbyintf.
2013     if (ShrinkFunctionToFloatVersion(CI, SLC,&SimplifyLibCalls::get_nearbyintf))
2014       return true;
2015 #endif
2016     return false; // opt failed
2017   }
2018 } NearByIntOptimizer;
2019
2020 /// A function to compute the length of a null-terminated constant array of
2021 /// integers.  This function can't rely on the size of the constant array
2022 /// because there could be a null terminator in the middle of the array.
2023 /// We also have to bail out if we find a non-integer constant initializer
2024 /// of one of the elements or if there is no null-terminator. The logic
2025 /// below checks each of these conditions and will return true only if all
2026 /// conditions are met. In that case, the \p len parameter is set to the length
2027 /// of the null-terminated string. If false is returned, the conditions were
2028 /// not met and len is set to 0.
2029 /// @brief Get the length of a constant string (null-terminated array).
2030 bool getConstantStringLength(Value *V, uint64_t &len, ConstantArray **CA) {
2031   assert(V != 0 && "Invalid args to getConstantStringLength");
2032   len = 0; // make sure we initialize this
2033   User* GEP = 0;
2034   // If the value is not a GEP instruction nor a constant expression with a
2035   // GEP instruction, then return false because ConstantArray can't occur
2036   // any other way
2037   if (GetElementPtrInst* GEPI = dyn_cast<GetElementPtrInst>(V))
2038     GEP = GEPI;
2039   else if (ConstantExpr* CE = dyn_cast<ConstantExpr>(V))
2040     if (CE->getOpcode() == Instruction::GetElementPtr)
2041       GEP = CE;
2042     else
2043       return false;
2044   else
2045     return false;
2046
2047   // Make sure the GEP has exactly three arguments.
2048   if (GEP->getNumOperands() != 3)
2049     return false;
2050
2051   // Check to make sure that the first operand of the GEP is an integer and
2052   // has value 0 so that we are sure we're indexing into the initializer.
2053   if (ConstantInt* op1 = dyn_cast<ConstantInt>(GEP->getOperand(1))) {
2054     if (!op1->isNullValue())
2055       return false;
2056   } else
2057     return false;
2058
2059   // Ensure that the second operand is a ConstantInt. If it isn't then this
2060   // GEP is wonky and we're not really sure what were referencing into and
2061   // better of not optimizing it. While we're at it, get the second index
2062   // value. We'll need this later for indexing the ConstantArray.
2063   uint64_t start_idx = 0;
2064   if (ConstantInt* CI = dyn_cast<ConstantInt>(GEP->getOperand(2)))
2065     start_idx = CI->getZExtValue();
2066   else
2067     return false;
2068
2069   // The GEP instruction, constant or instruction, must reference a global
2070   // variable that is a constant and is initialized. The referenced constant
2071   // initializer is the array that we'll use for optimization.
2072   GlobalVariable* GV = dyn_cast<GlobalVariable>(GEP->getOperand(0));
2073   if (!GV || !GV->isConstant() || !GV->hasInitializer())
2074     return false;
2075
2076   // Get the initializer.
2077   Constant* INTLZR = GV->getInitializer();
2078
2079   // Handle the ConstantAggregateZero case
2080   if (isa<ConstantAggregateZero>(INTLZR)) {
2081     // This is a degenerate case. The initializer is constant zero so the
2082     // length of the string must be zero.
2083     len = 0;
2084     return true;
2085   }
2086
2087   // Must be a Constant Array
2088   ConstantArray* A = dyn_cast<ConstantArray>(INTLZR);
2089   if (!A)
2090     return false;
2091
2092   // Get the number of elements in the array
2093   uint64_t max_elems = A->getType()->getNumElements();
2094
2095   // Traverse the constant array from start_idx (derived above) which is
2096   // the place the GEP refers to in the array.
2097   for (len = start_idx; len < max_elems; len++) {
2098     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(A->getOperand(len))) {
2099       // Check for the null terminator
2100       if (CI->isNullValue())
2101         break; // we found end of string
2102     } else
2103       return false; // This array isn't suitable, non-int initializer
2104   }
2105   
2106   if (len >= max_elems)
2107     return false; // This array isn't null terminated
2108
2109   // Subtract out the initial value from the length
2110   len -= start_idx;
2111   if (CA)
2112     *CA = A;
2113   return true; // success!
2114 }
2115
2116 /// CastToCStr - Return V if it is an sbyte*, otherwise cast it to sbyte*,
2117 /// inserting the cast before IP, and return the cast.
2118 /// @brief Cast a value to a "C" string.
2119 Value *CastToCStr(Value *V, Instruction &IP) {
2120   assert(V->getType()->getTypeID() == Type::PointerTyID && 
2121          "Can't cast non-pointer type to C string type");
2122   const Type *SBPTy = PointerType::get(Type::SByteTy);
2123   if (V->getType() != SBPTy)
2124     return new BitCastInst(V, SBPTy, V->getName(), &IP);
2125   return V;
2126 }
2127
2128 // TODO:
2129 //   Additional cases that we need to add to this file:
2130 //
2131 // cbrt:
2132 //   * cbrt(expN(X))  -> expN(x/3)
2133 //   * cbrt(sqrt(x))  -> pow(x,1/6)
2134 //   * cbrt(sqrt(x))  -> pow(x,1/9)
2135 //
2136 // cos, cosf, cosl:
2137 //   * cos(-x)  -> cos(x)
2138 //
2139 // exp, expf, expl:
2140 //   * exp(log(x))  -> x
2141 //
2142 // log, logf, logl:
2143 //   * log(exp(x))   -> x
2144 //   * log(x**y)     -> y*log(x)
2145 //   * log(exp(y))   -> y*log(e)
2146 //   * log(exp2(y))  -> y*log(2)
2147 //   * log(exp10(y)) -> y*log(10)
2148 //   * log(sqrt(x))  -> 0.5*log(x)
2149 //   * log(pow(x,y)) -> y*log(x)
2150 //
2151 // lround, lroundf, lroundl:
2152 //   * lround(cnst) -> cnst'
2153 //
2154 // memcmp:
2155 //   * memcmp(x,y,l)   -> cnst
2156 //      (if all arguments are constant and strlen(x) <= l and strlen(y) <= l)
2157 //
2158 // memmove:
2159 //   * memmove(d,s,l,a) -> memcpy(d,s,l,a)
2160 //       (if s is a global constant array)
2161 //
2162 // pow, powf, powl:
2163 //   * pow(exp(x),y)  -> exp(x*y)
2164 //   * pow(sqrt(x),y) -> pow(x,y*0.5)
2165 //   * pow(pow(x,y),z)-> pow(x,y*z)
2166 //
2167 // puts:
2168 //   * puts("") -> fputc("\n",stdout) (how do we get "stdout"?)
2169 //
2170 // round, roundf, roundl:
2171 //   * round(cnst) -> cnst'
2172 //
2173 // signbit:
2174 //   * signbit(cnst) -> cnst'
2175 //   * signbit(nncst) -> 0 (if pstv is a non-negative constant)
2176 //
2177 // sqrt, sqrtf, sqrtl:
2178 //   * sqrt(expN(x))  -> expN(x*0.5)
2179 //   * sqrt(Nroot(x)) -> pow(x,1/(2*N))
2180 //   * sqrt(pow(x,y)) -> pow(|x|,y*0.5)
2181 //
2182 // stpcpy:
2183 //   * stpcpy(str, "literal") ->
2184 //           llvm.memcpy(str,"literal",strlen("literal")+1,1)
2185 // strrchr:
2186 //   * strrchr(s,c) -> reverse_offset_of_in(c,s)
2187 //      (if c is a constant integer and s is a constant string)
2188 //   * strrchr(s1,0) -> strchr(s1,0)
2189 //
2190 // strncat:
2191 //   * strncat(x,y,0) -> x
2192 //   * strncat(x,y,0) -> x (if strlen(y) = 0)
2193 //   * strncat(x,y,l) -> strcat(x,y) (if y and l are constants an l > strlen(y))
2194 //
2195 // strncpy:
2196 //   * strncpy(d,s,0) -> d
2197 //   * strncpy(d,s,l) -> memcpy(d,s,l,1)
2198 //      (if s and l are constants)
2199 //
2200 // strpbrk:
2201 //   * strpbrk(s,a) -> offset_in_for(s,a)
2202 //      (if s and a are both constant strings)
2203 //   * strpbrk(s,"") -> 0
2204 //   * strpbrk(s,a) -> strchr(s,a[0]) (if a is constant string of length 1)
2205 //
2206 // strspn, strcspn:
2207 //   * strspn(s,a)   -> const_int (if both args are constant)
2208 //   * strspn("",a)  -> 0
2209 //   * strspn(s,"")  -> 0
2210 //   * strcspn(s,a)  -> const_int (if both args are constant)
2211 //   * strcspn("",a) -> 0
2212 //   * strcspn(s,"") -> strlen(a)
2213 //
2214 // strstr:
2215 //   * strstr(x,x)  -> x
2216 //   * strstr(s1,s2) -> offset_of_s2_in(s1)
2217 //       (if s1 and s2 are constant strings)
2218 //
2219 // tan, tanf, tanl:
2220 //   * tan(atan(x)) -> x
2221 //
2222 // trunc, truncf, truncl:
2223 //   * trunc(cnst) -> cnst'
2224 //
2225 //
2226 }