Eliminate static ctors due to Statistic objects
[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 /// This statistic keeps track of the total number of library calls that have
35 /// been simplified regardless of which call it is.
36 STATISTIC(SimplifiedLibCalls, "Number of library calls simplified");
37
38 namespace {
39   // Forward declarations
40   class LibCallOptimization;
41   class SimplifyLibCalls;
42   
43 /// This list is populated by the constructor for LibCallOptimization class.
44 /// Therefore all subclasses are registered here at static initialization time
45 /// and this list is what the SimplifyLibCalls pass uses to apply the individual
46 /// optimizations to the call sites.
47 /// @brief The list of optimizations deriving from LibCallOptimization
48 static LibCallOptimization *OptList = 0;
49
50 /// This class is the abstract base class for the set of optimizations that
51 /// corresponds to one library call. The SimplifyLibCalls pass will call the
52 /// ValidateCalledFunction method to ask the optimization if a given Function
53 /// is the kind that the optimization can handle. If the subclass returns true,
54 /// then SImplifyLibCalls will also call the OptimizeCall method to perform,
55 /// or attempt to perform, the optimization(s) for the library call. Otherwise,
56 /// OptimizeCall won't be called. Subclasses are responsible for providing the
57 /// name of the library call (strlen, strcpy, etc.) to the LibCallOptimization
58 /// constructor. This is used to efficiently select which call instructions to
59 /// optimize. The criteria for a "lib call" is "anything with well known
60 /// semantics", typically a library function that is defined by an international
61 /// standard. Because the semantics are well known, the optimizations can
62 /// generally short-circuit actually calling the function if there's a simpler
63 /// way (e.g. strlen(X) can be reduced to a constant if X is a constant global).
64 /// @brief Base class for library call optimizations
65 class LibCallOptimization {
66   LibCallOptimization **Prev, *Next;
67   const char *FunctionName; ///< Name of the library call we optimize
68 #ifndef NDEBUG
69   Statistic occurrences; ///< debug statistic (-debug-only=simplify-libcalls)
70 #endif
71 public:
72   /// The \p fname argument must be the name of the library function being
73   /// optimized by the subclass.
74   /// @brief Constructor that registers the optimization.
75   LibCallOptimization(const char *FName, const char *Description)
76     : FunctionName(FName)
77 #ifndef NDEBUG
78     , occurrences("simplify-libcalls", Description)
79 #endif
80   {
81     // Register this optimizer in the list of optimizations.
82     Next = OptList;
83     OptList = this;
84     Prev = &OptList;
85     if (Next) Next->Prev = &Next;
86   }
87   
88   /// getNext - All libcall optimizations are chained together into a list,
89   /// return the next one in the list.
90   LibCallOptimization *getNext() { return Next; }
91
92   /// @brief Deregister from the optlist
93   virtual ~LibCallOptimization() {
94     *Prev = Next;
95     if (Next) Next->Prev = Prev;
96   }
97
98   /// The implementation of this function in subclasses should determine if
99   /// \p F is suitable for the optimization. This method is called by
100   /// SimplifyLibCalls::runOnModule to short circuit visiting all the call
101   /// sites of such a function if that function is not suitable in the first
102   /// place.  If the called function is suitabe, this method should return true;
103   /// false, otherwise. This function should also perform any lazy
104   /// initialization that the LibCallOptimization needs to do, if its to return
105   /// true. This avoids doing initialization until the optimizer is actually
106   /// going to be called upon to do some optimization.
107   /// @brief Determine if the function is suitable for optimization
108   virtual bool ValidateCalledFunction(
109     const Function* F,    ///< The function that is the target of call sites
110     SimplifyLibCalls& SLC ///< The pass object invoking us
111   ) = 0;
112
113   /// The implementations of this function in subclasses is the heart of the
114   /// SimplifyLibCalls algorithm. Sublcasses of this class implement
115   /// OptimizeCall to determine if (a) the conditions are right for optimizing
116   /// the call and (b) to perform the optimization. If an action is taken
117   /// against ci, the subclass is responsible for returning true and ensuring
118   /// that ci is erased from its parent.
119   /// @brief Optimize a call, if possible.
120   virtual bool OptimizeCall(
121     CallInst* ci,          ///< The call instruction that should be optimized.
122     SimplifyLibCalls& SLC  ///< The pass object invoking us
123   ) = 0;
124
125   /// @brief Get the name of the library call being optimized
126   const char *getFunctionName() const { return FunctionName; }
127
128   /// @brief Called by SimplifyLibCalls to update the occurrences statistic.
129   void succeeded() {
130 #ifndef NDEBUG
131     DEBUG(++occurrences);
132 #endif
133   }
134 };
135
136 /// This class is an LLVM Pass that applies each of the LibCallOptimization
137 /// instances to all the call sites in a module, relatively efficiently. The
138 /// purpose of this pass is to provide optimizations for calls to well-known
139 /// functions with well-known semantics, such as those in the c library. The
140 /// class provides the basic infrastructure for handling runOnModule.  Whenever
141 /// this pass finds a function call, it asks the appropriate optimizer to
142 /// validate the call (ValidateLibraryCall). If it is validated, then
143 /// the OptimizeCall method is also called.
144 /// @brief A ModulePass for optimizing well-known function calls.
145 class SimplifyLibCalls : public ModulePass {
146 public:
147   /// We need some target data for accurate signature details that are
148   /// target dependent. So we require target data in our AnalysisUsage.
149   /// @brief Require TargetData from AnalysisUsage.
150   virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage& Info) const {
151     // Ask that the TargetData analysis be performed before us so we can use
152     // the target data.
153     Info.addRequired<TargetData>();
154   }
155
156   /// For this pass, process all of the function calls in the module, calling
157   /// ValidateLibraryCall and OptimizeCall as appropriate.
158   /// @brief Run all the lib call optimizations on a Module.
159   virtual bool runOnModule(Module &M) {
160     reset(M);
161
162     bool result = false;
163     hash_map<std::string, LibCallOptimization*> OptznMap;
164     for (LibCallOptimization *Optzn = OptList; Optzn; Optzn = Optzn->getNext())
165       OptznMap[Optzn->getFunctionName()] = Optzn;
166
167     // The call optimizations can be recursive. That is, the optimization might
168     // generate a call to another function which can also be optimized. This way
169     // we make the LibCallOptimization instances very specific to the case they
170     // handle. It also means we need to keep running over the function calls in
171     // the module until we don't get any more optimizations possible.
172     bool found_optimization = false;
173     do {
174       found_optimization = false;
175       for (Module::iterator FI = M.begin(), FE = M.end(); FI != FE; ++FI) {
176         // All the "well-known" functions are external and have external linkage
177         // because they live in a runtime library somewhere and were (probably)
178         // not compiled by LLVM.  So, we only act on external functions that
179         // have external or dllimport linkage and non-empty uses.
180         if (!FI->isExternal() ||
181             !(FI->hasExternalLinkage() || FI->hasDLLImportLinkage()) ||
182             FI->use_empty())
183           continue;
184
185         // Get the optimization class that pertains to this function
186         hash_map<std::string, LibCallOptimization*>::iterator OMI =
187           OptznMap.find(FI->getName());
188         if (OMI == OptznMap.end()) continue;
189         
190         LibCallOptimization *CO = OMI->second;
191
192         // Make sure the called function is suitable for the optimization
193         if (!CO->ValidateCalledFunction(FI, *this))
194           continue;
195
196         // Loop over each of the uses of the function
197         for (Value::use_iterator UI = FI->use_begin(), UE = FI->use_end();
198              UI != UE ; ) {
199           // If the use of the function is a call instruction
200           if (CallInst* CI = dyn_cast<CallInst>(*UI++)) {
201             // Do the optimization on the LibCallOptimization.
202             if (CO->OptimizeCall(CI, *this)) {
203               ++SimplifiedLibCalls;
204               found_optimization = result = true;
205               CO->succeeded();
206             }
207           }
208         }
209       }
210     } while (found_optimization);
211     
212     return result;
213   }
214
215   /// @brief Return the *current* module we're working on.
216   Module* getModule() const { return M; }
217
218   /// @brief Return the *current* target data for the module we're working on.
219   TargetData* getTargetData() const { return TD; }
220
221   /// @brief Return the size_t type -- syntactic shortcut
222   const Type* getIntPtrType() const { return TD->getIntPtrType(); }
223
224   /// @brief Return a Function* for the putchar libcall
225   Function* get_putchar() {
226     if (!putchar_func)
227       putchar_func = M->getOrInsertFunction("putchar", Type::IntTy, Type::IntTy,
228                                             NULL);
229     return putchar_func;
230   }
231
232   /// @brief Return a Function* for the puts libcall
233   Function* get_puts() {
234     if (!puts_func)
235       puts_func = M->getOrInsertFunction("puts", Type::IntTy,
236                                          PointerType::get(Type::SByteTy),
237                                          NULL);
238     return puts_func;
239   }
240
241   /// @brief Return a Function* for the fputc libcall
242   Function* get_fputc(const Type* FILEptr_type) {
243     if (!fputc_func)
244       fputc_func = M->getOrInsertFunction("fputc", Type::IntTy, Type::IntTy,
245                                           FILEptr_type, NULL);
246     return fputc_func;
247   }
248
249   /// @brief Return a Function* for the fputs libcall
250   Function* get_fputs(const Type* FILEptr_type) {
251     if (!fputs_func)
252       fputs_func = M->getOrInsertFunction("fputs", Type::IntTy,
253                                           PointerType::get(Type::SByteTy),
254                                           FILEptr_type, NULL);
255     return fputs_func;
256   }
257
258   /// @brief Return a Function* for the fwrite libcall
259   Function* get_fwrite(const Type* FILEptr_type) {
260     if (!fwrite_func)
261       fwrite_func = M->getOrInsertFunction("fwrite", TD->getIntPtrType(),
262                                            PointerType::get(Type::SByteTy),
263                                            TD->getIntPtrType(),
264                                            TD->getIntPtrType(),
265                                            FILEptr_type, NULL);
266     return fwrite_func;
267   }
268
269   /// @brief Return a Function* for the sqrt libcall
270   Function* get_sqrt() {
271     if (!sqrt_func)
272       sqrt_func = M->getOrInsertFunction("sqrt", Type::DoubleTy, 
273                                          Type::DoubleTy, NULL);
274     return sqrt_func;
275   }
276
277   /// @brief Return a Function* for the strlen libcall
278   Function* get_strcpy() {
279     if (!strcpy_func)
280       strcpy_func = M->getOrInsertFunction("strcpy",
281                                            PointerType::get(Type::SByteTy),
282                                            PointerType::get(Type::SByteTy),
283                                            PointerType::get(Type::SByteTy),
284                                            NULL);
285     return strcpy_func;
286   }
287
288   /// @brief Return a Function* for the strlen libcall
289   Function* get_strlen() {
290     if (!strlen_func)
291       strlen_func = M->getOrInsertFunction("strlen", TD->getIntPtrType(),
292                                            PointerType::get(Type::SByteTy),
293                                            NULL);
294     return strlen_func;
295   }
296
297   /// @brief Return a Function* for the memchr libcall
298   Function* get_memchr() {
299     if (!memchr_func)
300       memchr_func = M->getOrInsertFunction("memchr",
301                                            PointerType::get(Type::SByteTy),
302                                            PointerType::get(Type::SByteTy),
303                                            Type::IntTy, TD->getIntPtrType(),
304                                            NULL);
305     return memchr_func;
306   }
307
308   /// @brief Return a Function* for the memcpy libcall
309   Function* get_memcpy() {
310     if (!memcpy_func) {
311       const Type *SBP = PointerType::get(Type::SByteTy);
312       const char *N = TD->getIntPtrType() == Type::UIntTy ?
313                             "llvm.memcpy.i32" : "llvm.memcpy.i64";
314       memcpy_func = M->getOrInsertFunction(N, Type::VoidTy, SBP, SBP,
315                                            TD->getIntPtrType(), Type::UIntTy,
316                                            NULL);
317     }
318     return memcpy_func;
319   }
320
321   Function *getUnaryFloatFunction(const char *Name, Function *&Cache) {
322     if (!Cache)
323       Cache = M->getOrInsertFunction(Name, Type::FloatTy, Type::FloatTy, NULL);
324     return Cache;
325   }
326   
327   Function *get_floorf() { return getUnaryFloatFunction("floorf", floorf_func);}
328   Function *get_ceilf()  { return getUnaryFloatFunction( "ceilf",  ceilf_func);}
329   Function *get_roundf() { return getUnaryFloatFunction("roundf", roundf_func);}
330   Function *get_rintf()  { return getUnaryFloatFunction( "rintf",  rintf_func);}
331   Function *get_nearbyintf() { return getUnaryFloatFunction("nearbyintf",
332                                                             nearbyintf_func); }
333 private:
334   /// @brief Reset our cached data for a new Module
335   void reset(Module& mod) {
336     M = &mod;
337     TD = &getAnalysis<TargetData>();
338     putchar_func = 0;
339     puts_func = 0;
340     fputc_func = 0;
341     fputs_func = 0;
342     fwrite_func = 0;
343     memcpy_func = 0;
344     memchr_func = 0;
345     sqrt_func   = 0;
346     strcpy_func = 0;
347     strlen_func = 0;
348     floorf_func = 0;
349     ceilf_func = 0;
350     roundf_func = 0;
351     rintf_func = 0;
352     nearbyintf_func = 0;
353   }
354
355 private:
356   /// Caches for function pointers.
357   Function *putchar_func, *puts_func;
358   Function *fputc_func, *fputs_func, *fwrite_func;
359   Function *memcpy_func, *memchr_func;
360   Function* sqrt_func;
361   Function *strcpy_func, *strlen_func;
362   Function *floorf_func, *ceilf_func, *roundf_func;
363   Function *rintf_func, *nearbyintf_func;
364   Module *M;             ///< Cached Module
365   TargetData *TD;        ///< Cached TargetData
366 };
367
368 // Register the pass
369 RegisterPass<SimplifyLibCalls>
370 X("simplify-libcalls", "Simplify well-known library calls");
371
372 } // anonymous namespace
373
374 // The only public symbol in this file which just instantiates the pass object
375 ModulePass *llvm::createSimplifyLibCallsPass() {
376   return new SimplifyLibCalls();
377 }
378
379 // Classes below here, in the anonymous namespace, are all subclasses of the
380 // LibCallOptimization class, each implementing all optimizations possible for a
381 // single well-known library call. Each has a static singleton instance that
382 // auto registers it into the "optlist" global above.
383 namespace {
384
385 // Forward declare utility functions.
386 bool getConstantStringLength(Value* V, uint64_t& len, ConstantArray** A = 0 );
387 Value *CastToCStr(Value *V, Instruction &IP);
388
389 /// This LibCallOptimization will find instances of a call to "exit" that occurs
390 /// within the "main" function and change it to a simple "ret" instruction with
391 /// the same value passed to the exit function. When this is done, it splits the
392 /// basic block at the exit(3) call and deletes the call instruction.
393 /// @brief Replace calls to exit in main with a simple return
394 struct ExitInMainOptimization : public LibCallOptimization {
395   ExitInMainOptimization() : LibCallOptimization("exit",
396       "Number of 'exit' calls simplified") {}
397
398   // Make sure the called function looks like exit (int argument, int return
399   // type, external linkage, not varargs).
400   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function *F, SimplifyLibCalls &SLC){
401     return F->arg_size() >= 1 && F->arg_begin()->getType()->isInteger();
402   }
403
404   virtual bool OptimizeCall(CallInst* ci, SimplifyLibCalls& SLC) {
405     // To be careful, we check that the call to exit is coming from "main", that
406     // main has external linkage, and the return type of main and the argument
407     // to exit have the same type.
408     Function *from = ci->getParent()->getParent();
409     if (from->hasExternalLinkage())
410       if (from->getReturnType() == ci->getOperand(1)->getType())
411         if (from->getName() == "main") {
412           // Okay, time to actually do the optimization. First, get the basic
413           // block of the call instruction
414           BasicBlock* bb = ci->getParent();
415
416           // Create a return instruction that we'll replace the call with.
417           // Note that the argument of the return is the argument of the call
418           // instruction.
419           new ReturnInst(ci->getOperand(1), ci);
420
421           // Split the block at the call instruction which places it in a new
422           // basic block.
423           bb->splitBasicBlock(ci);
424
425           // The block split caused a branch instruction to be inserted into
426           // the end of the original block, right after the return instruction
427           // that we put there. That's not a valid block, so delete the branch
428           // instruction.
429           bb->getInstList().pop_back();
430
431           // Now we can finally get rid of the call instruction which now lives
432           // in the new basic block.
433           ci->eraseFromParent();
434
435           // Optimization succeeded, return true.
436           return true;
437         }
438     // We didn't pass the criteria for this optimization so return false
439     return false;
440   }
441 } ExitInMainOptimizer;
442
443 /// This LibCallOptimization will simplify a call to the strcat library
444 /// function. The simplification is possible only if the string being
445 /// concatenated is a constant array or a constant expression that results in
446 /// a constant string. In this case we can replace it with strlen + llvm.memcpy
447 /// of the constant string. Both of these calls are further reduced, if possible
448 /// on subsequent passes.
449 /// @brief Simplify the strcat library function.
450 struct StrCatOptimization : public LibCallOptimization {
451 public:
452   /// @brief Default constructor
453   StrCatOptimization() : LibCallOptimization("strcat",
454       "Number of 'strcat' calls simplified") {}
455
456 public:
457
458   /// @brief Make sure that the "strcat" function has the right prototype
459   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function* f, SimplifyLibCalls& SLC){
460     if (f->getReturnType() == PointerType::get(Type::SByteTy))
461       if (f->arg_size() == 2)
462       {
463         Function::const_arg_iterator AI = f->arg_begin();
464         if (AI++->getType() == PointerType::get(Type::SByteTy))
465           if (AI->getType() == PointerType::get(Type::SByteTy))
466           {
467             // Indicate this is a suitable call type.
468             return true;
469           }
470       }
471     return false;
472   }
473
474   /// @brief Optimize the strcat library function
475   virtual bool OptimizeCall(CallInst* ci, SimplifyLibCalls& SLC) {
476     // Extract some information from the instruction
477     Value* dest = ci->getOperand(1);
478     Value* src  = ci->getOperand(2);
479
480     // Extract the initializer (while making numerous checks) from the
481     // source operand of the call to strcat. If we get null back, one of
482     // a variety of checks in get_GVInitializer failed
483     uint64_t len = 0;
484     if (!getConstantStringLength(src,len))
485       return false;
486
487     // Handle the simple, do-nothing case
488     if (len == 0) {
489       ci->replaceAllUsesWith(dest);
490       ci->eraseFromParent();
491       return true;
492     }
493
494     // Increment the length because we actually want to memcpy the null
495     // terminator as well.
496     len++;
497
498     // We need to find the end of the destination string.  That's where the
499     // memory is to be moved to. We just generate a call to strlen (further
500     // optimized in another pass).  Note that the SLC.get_strlen() call
501     // caches the Function* for us.
502     CallInst* strlen_inst =
503       new CallInst(SLC.get_strlen(), dest, dest->getName()+".len",ci);
504
505     // Now that we have the destination's length, we must index into the
506     // destination's pointer to get the actual memcpy destination (end of
507     // the string .. we're concatenating).
508     std::vector<Value*> idx;
509     idx.push_back(strlen_inst);
510     GetElementPtrInst* gep =
511       new GetElementPtrInst(dest,idx,dest->getName()+".indexed",ci);
512
513     // We have enough information to now generate the memcpy call to
514     // do the concatenation for us.
515     std::vector<Value*> vals;
516     vals.push_back(gep); // destination
517     vals.push_back(ci->getOperand(2)); // source
518     vals.push_back(ConstantInt::get(SLC.getIntPtrType(),len)); // length
519     vals.push_back(ConstantInt::get(Type::UIntTy,1)); // alignment
520     new CallInst(SLC.get_memcpy(), vals, "", ci);
521
522     // Finally, substitute the first operand of the strcat call for the
523     // strcat call itself since strcat returns its first operand; and,
524     // kill the strcat CallInst.
525     ci->replaceAllUsesWith(dest);
526     ci->eraseFromParent();
527     return true;
528   }
529 } StrCatOptimizer;
530
531 /// This LibCallOptimization will simplify a call to the strchr library
532 /// function.  It optimizes out cases where the arguments are both constant
533 /// and the result can be determined statically.
534 /// @brief Simplify the strcmp library function.
535 struct StrChrOptimization : public LibCallOptimization {
536 public:
537   StrChrOptimization() : LibCallOptimization("strchr",
538       "Number of 'strchr' calls simplified") {}
539
540   /// @brief Make sure that the "strchr" function has the right prototype
541   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function* f, SimplifyLibCalls& SLC){
542     if (f->getReturnType() == PointerType::get(Type::SByteTy) &&
543         f->arg_size() == 2)
544       return true;
545     return false;
546   }
547
548   /// @brief Perform the strchr optimizations
549   virtual bool OptimizeCall(CallInst *ci, SimplifyLibCalls &SLC) {
550     // If there aren't three operands, bail
551     if (ci->getNumOperands() != 3)
552       return false;
553
554     // Check that the first argument to strchr is a constant array of sbyte.
555     // If it is, get the length and data, otherwise return false.
556     uint64_t len = 0;
557     ConstantArray* CA = 0;
558     if (!getConstantStringLength(ci->getOperand(1),len,&CA))
559       return false;
560
561     // Check that the second argument to strchr is a constant int. If it isn't
562     // a constant signed integer, we can try an alternate optimization
563     ConstantInt* CSI = dyn_cast<ConstantInt>(ci->getOperand(2));
564     if (!CSI || CSI->getType()->isUnsigned() ) {
565       // The second operand is not constant, or not signed. Just lower this to 
566       // memchr since we know the length of the string since it is constant.
567       Function* f = SLC.get_memchr();
568       std::vector<Value*> args;
569       args.push_back(ci->getOperand(1));
570       args.push_back(ci->getOperand(2));
571       args.push_back(ConstantInt::get(SLC.getIntPtrType(),len));
572       ci->replaceAllUsesWith( new CallInst(f,args,ci->getName(),ci));
573       ci->eraseFromParent();
574       return true;
575     }
576
577     // Get the character we're looking for
578     int64_t chr = CSI->getSExtValue();
579
580     // Compute the offset
581     uint64_t offset = 0;
582     bool char_found = false;
583     for (uint64_t i = 0; i < len; ++i) {
584       if (ConstantInt* CI = dyn_cast<ConstantInt>(CA->getOperand(i))) {
585         // Check for the null terminator
586         if (CI->isNullValue())
587           break; // we found end of string
588         else if (CI->getSExtValue() == chr) {
589           char_found = true;
590           offset = i;
591           break;
592         }
593       }
594     }
595
596     // strchr(s,c)  -> offset_of_in(c,s)
597     //    (if c is a constant integer and s is a constant string)
598     if (char_found) {
599       std::vector<Value*> indices;
600       indices.push_back(ConstantInt::get(Type::ULongTy,offset));
601       GetElementPtrInst* GEP = new GetElementPtrInst(ci->getOperand(1),indices,
602           ci->getOperand(1)->getName()+".strchr",ci);
603       ci->replaceAllUsesWith(GEP);
604     } else {
605       ci->replaceAllUsesWith(
606           ConstantPointerNull::get(PointerType::get(Type::SByteTy)));
607     }
608     ci->eraseFromParent();
609     return true;
610   }
611 } StrChrOptimizer;
612
613 /// This LibCallOptimization will simplify a call to the strcmp library
614 /// function.  It optimizes out cases where one or both arguments are constant
615 /// and the result can be determined statically.
616 /// @brief Simplify the strcmp library function.
617 struct StrCmpOptimization : public LibCallOptimization {
618 public:
619   StrCmpOptimization() : LibCallOptimization("strcmp",
620       "Number of 'strcmp' calls simplified") {}
621
622   /// @brief Make sure that the "strcmp" function has the right prototype
623   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function *F, SimplifyLibCalls &SLC){
624     return F->getReturnType() == Type::IntTy && F->arg_size() == 2;
625   }
626
627   /// @brief Perform the strcmp optimization
628   virtual bool OptimizeCall(CallInst* ci, SimplifyLibCalls& SLC) {
629     // First, check to see if src and destination are the same. If they are,
630     // then the optimization is to replace the CallInst with a constant 0
631     // because the call is a no-op.
632     Value* s1 = ci->getOperand(1);
633     Value* s2 = ci->getOperand(2);
634     if (s1 == s2) {
635       // strcmp(x,x)  -> 0
636       ci->replaceAllUsesWith(ConstantInt::get(Type::IntTy,0));
637       ci->eraseFromParent();
638       return true;
639     }
640
641     bool isstr_1 = false;
642     uint64_t len_1 = 0;
643     ConstantArray* A1;
644     if (getConstantStringLength(s1,len_1,&A1)) {
645       isstr_1 = true;
646       if (len_1 == 0) {
647         // strcmp("",x) -> *x
648         LoadInst* load =
649           new LoadInst(CastToCStr(s2,*ci), ci->getName()+".load",ci);
650         CastInst* cast =
651           CastInst::create(Instruction::SExt, load, Type::IntTy, 
652                            ci->getName()+".int", ci);
653         ci->replaceAllUsesWith(cast);
654         ci->eraseFromParent();
655         return true;
656       }
657     }
658
659     bool isstr_2 = false;
660     uint64_t len_2 = 0;
661     ConstantArray* A2;
662     if (getConstantStringLength(s2, len_2, &A2)) {
663       isstr_2 = true;
664       if (len_2 == 0) {
665         // strcmp(x,"") -> *x
666         LoadInst* load =
667           new LoadInst(CastToCStr(s1,*ci),ci->getName()+".val",ci);
668         CastInst* cast =
669           CastInst::create(Instruction::SExt, load, Type::IntTy, 
670                            ci->getName()+".int", ci);
671         ci->replaceAllUsesWith(cast);
672         ci->eraseFromParent();
673         return true;
674       }
675     }
676
677     if (isstr_1 && isstr_2) {
678       // strcmp(x,y)  -> cnst  (if both x and y are constant strings)
679       std::string str1 = A1->getAsString();
680       std::string str2 = A2->getAsString();
681       int result = strcmp(str1.c_str(), str2.c_str());
682       ci->replaceAllUsesWith(ConstantInt::get(Type::IntTy,result));
683       ci->eraseFromParent();
684       return true;
685     }
686     return false;
687   }
688 } StrCmpOptimizer;
689
690 /// This LibCallOptimization will simplify a call to the strncmp library
691 /// function.  It optimizes out cases where one or both arguments are constant
692 /// and the result can be determined statically.
693 /// @brief Simplify the strncmp library function.
694 struct StrNCmpOptimization : public LibCallOptimization {
695 public:
696   StrNCmpOptimization() : LibCallOptimization("strncmp",
697       "Number of 'strncmp' calls simplified") {}
698
699   /// @brief Make sure that the "strncmp" function has the right prototype
700   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function* f, SimplifyLibCalls& SLC){
701     if (f->getReturnType() == Type::IntTy && f->arg_size() == 3)
702       return true;
703     return false;
704   }
705
706   /// @brief Perform the strncpy optimization
707   virtual bool OptimizeCall(CallInst *ci, SimplifyLibCalls &SLC) {
708     // First, check to see if src and destination are the same. If they are,
709     // then the optimization is to replace the CallInst with a constant 0
710     // because the call is a no-op.
711     Value* s1 = ci->getOperand(1);
712     Value* s2 = ci->getOperand(2);
713     if (s1 == s2) {
714       // strncmp(x,x,l)  -> 0
715       ci->replaceAllUsesWith(ConstantInt::get(Type::IntTy,0));
716       ci->eraseFromParent();
717       return true;
718     }
719
720     // Check the length argument, if it is Constant zero then the strings are
721     // considered equal.
722     uint64_t len_arg = 0;
723     bool len_arg_is_const = false;
724     if (ConstantInt* len_CI = dyn_cast<ConstantInt>(ci->getOperand(3))) {
725       len_arg_is_const = true;
726       len_arg = len_CI->getZExtValue();
727       if (len_arg == 0) {
728         // strncmp(x,y,0)   -> 0
729         ci->replaceAllUsesWith(ConstantInt::get(Type::IntTy,0));
730         ci->eraseFromParent();
731         return true;
732       }
733     }
734
735     bool isstr_1 = false;
736     uint64_t len_1 = 0;
737     ConstantArray* A1;
738     if (getConstantStringLength(s1, len_1, &A1)) {
739       isstr_1 = true;
740       if (len_1 == 0) {
741         // strncmp("",x) -> *x
742         LoadInst* load = new LoadInst(s1,ci->getName()+".load",ci);
743         CastInst* cast =
744           CastInst::create(Instruction::SExt, load, Type::IntTy, 
745                            ci->getName()+".int", ci);
746         ci->replaceAllUsesWith(cast);
747         ci->eraseFromParent();
748         return true;
749       }
750     }
751
752     bool isstr_2 = false;
753     uint64_t len_2 = 0;
754     ConstantArray* A2;
755     if (getConstantStringLength(s2,len_2,&A2)) {
756       isstr_2 = true;
757       if (len_2 == 0) {
758         // strncmp(x,"") -> *x
759         LoadInst* load = new LoadInst(s2,ci->getName()+".val",ci);
760         CastInst* cast =
761           CastInst::create(Instruction::SExt, load, Type::IntTy, 
762                            ci->getName()+".int", ci);
763         ci->replaceAllUsesWith(cast);
764         ci->eraseFromParent();
765         return true;
766       }
767     }
768
769     if (isstr_1 && isstr_2 && len_arg_is_const) {
770       // strncmp(x,y,const) -> constant
771       std::string str1 = A1->getAsString();
772       std::string str2 = A2->getAsString();
773       int result = strncmp(str1.c_str(), str2.c_str(), len_arg);
774       ci->replaceAllUsesWith(ConstantInt::get(Type::IntTy,result));
775       ci->eraseFromParent();
776       return true;
777     }
778     return false;
779   }
780 } StrNCmpOptimizer;
781
782 /// This LibCallOptimization will simplify a call to the strcpy library
783 /// function.  Two optimizations are possible:
784 /// (1) If src and dest are the same and not volatile, just return dest
785 /// (2) If the src is a constant then we can convert to llvm.memmove
786 /// @brief Simplify the strcpy library function.
787 struct StrCpyOptimization : public LibCallOptimization {
788 public:
789   StrCpyOptimization() : LibCallOptimization("strcpy",
790       "Number of 'strcpy' calls simplified") {}
791
792   /// @brief Make sure that the "strcpy" function has the right prototype
793   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function* f, SimplifyLibCalls& SLC){
794     if (f->getReturnType() == PointerType::get(Type::SByteTy))
795       if (f->arg_size() == 2) {
796         Function::const_arg_iterator AI = f->arg_begin();
797         if (AI++->getType() == PointerType::get(Type::SByteTy))
798           if (AI->getType() == PointerType::get(Type::SByteTy)) {
799             // Indicate this is a suitable call type.
800             return true;
801           }
802       }
803     return false;
804   }
805
806   /// @brief Perform the strcpy optimization
807   virtual bool OptimizeCall(CallInst* ci, SimplifyLibCalls& SLC) {
808     // First, check to see if src and destination are the same. If they are,
809     // then the optimization is to replace the CallInst with the destination
810     // because the call is a no-op. Note that this corresponds to the
811     // degenerate strcpy(X,X) case which should have "undefined" results
812     // according to the C specification. However, it occurs sometimes and
813     // we optimize it as a no-op.
814     Value* dest = ci->getOperand(1);
815     Value* src = ci->getOperand(2);
816     if (dest == src) {
817       ci->replaceAllUsesWith(dest);
818       ci->eraseFromParent();
819       return true;
820     }
821
822     // Get the length of the constant string referenced by the second operand,
823     // the "src" parameter. Fail the optimization if we can't get the length
824     // (note that getConstantStringLength does lots of checks to make sure this
825     // is valid).
826     uint64_t len = 0;
827     if (!getConstantStringLength(ci->getOperand(2),len))
828       return false;
829
830     // If the constant string's length is zero we can optimize this by just
831     // doing a store of 0 at the first byte of the destination
832     if (len == 0) {
833       new StoreInst(ConstantInt::get(Type::SByteTy,0),ci->getOperand(1),ci);
834       ci->replaceAllUsesWith(dest);
835       ci->eraseFromParent();
836       return true;
837     }
838
839     // Increment the length because we actually want to memcpy the null
840     // terminator as well.
841     len++;
842
843     // We have enough information to now generate the memcpy call to
844     // do the concatenation for us.
845     std::vector<Value*> vals;
846     vals.push_back(dest); // destination
847     vals.push_back(src); // source
848     vals.push_back(ConstantInt::get(SLC.getIntPtrType(),len)); // length
849     vals.push_back(ConstantInt::get(Type::UIntTy,1)); // alignment
850     new CallInst(SLC.get_memcpy(), vals, "", ci);
851
852     // Finally, substitute the first operand of the strcat call for the
853     // strcat call itself since strcat returns its first operand; and,
854     // kill the strcat CallInst.
855     ci->replaceAllUsesWith(dest);
856     ci->eraseFromParent();
857     return true;
858   }
859 } StrCpyOptimizer;
860
861 /// This LibCallOptimization will simplify a call to the strlen library
862 /// function by replacing it with a constant value if the string provided to
863 /// it is a constant array.
864 /// @brief Simplify the strlen library function.
865 struct StrLenOptimization : public LibCallOptimization {
866   StrLenOptimization() : LibCallOptimization("strlen",
867       "Number of 'strlen' calls simplified") {}
868
869   /// @brief Make sure that the "strlen" function has the right prototype
870   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function* f, SimplifyLibCalls& SLC)
871   {
872     if (f->getReturnType() == SLC.getTargetData()->getIntPtrType())
873       if (f->arg_size() == 1)
874         if (Function::const_arg_iterator AI = f->arg_begin())
875           if (AI->getType() == PointerType::get(Type::SByteTy))
876             return true;
877     return false;
878   }
879
880   /// @brief Perform the strlen optimization
881   virtual bool OptimizeCall(CallInst* ci, SimplifyLibCalls& SLC)
882   {
883     // Make sure we're dealing with an sbyte* here.
884     Value* str = ci->getOperand(1);
885     if (str->getType() != PointerType::get(Type::SByteTy))
886       return false;
887
888     // Does the call to strlen have exactly one use?
889     if (ci->hasOneUse())
890       // Is that single use a binary operator?
891       if (BinaryOperator* bop = dyn_cast<BinaryOperator>(ci->use_back()))
892         // Is it compared against a constant integer?
893         if (ConstantInt* CI = dyn_cast<ConstantInt>(bop->getOperand(1)))
894         {
895           // Get the value the strlen result is compared to
896           uint64_t val = CI->getZExtValue();
897
898           // If its compared against length 0 with == or !=
899           if (val == 0 &&
900               (bop->getOpcode() == Instruction::SetEQ ||
901                bop->getOpcode() == Instruction::SetNE))
902           {
903             // strlen(x) != 0 -> *x != 0
904             // strlen(x) == 0 -> *x == 0
905             LoadInst* load = new LoadInst(str,str->getName()+".first",ci);
906             BinaryOperator* rbop = BinaryOperator::create(bop->getOpcode(),
907               load, ConstantInt::get(Type::SByteTy,0),
908               bop->getName()+".strlen", ci);
909             bop->replaceAllUsesWith(rbop);
910             bop->eraseFromParent();
911             ci->eraseFromParent();
912             return true;
913           }
914         }
915
916     // Get the length of the constant string operand
917     uint64_t len = 0;
918     if (!getConstantStringLength(ci->getOperand(1),len))
919       return false;
920
921     // strlen("xyz") -> 3 (for example)
922     const Type *Ty = SLC.getTargetData()->getIntPtrType();
923     if (Ty->isSigned())
924       ci->replaceAllUsesWith(ConstantInt::get(Ty, len));
925     else
926       ci->replaceAllUsesWith(ConstantInt::get(Ty, len));
927      
928     ci->eraseFromParent();
929     return true;
930   }
931 } StrLenOptimizer;
932
933 /// IsOnlyUsedInEqualsComparison - Return true if it only matters that the value
934 /// is equal or not-equal to zero. 
935 static bool IsOnlyUsedInEqualsZeroComparison(Instruction *I) {
936   for (Value::use_iterator UI = I->use_begin(), E = I->use_end();
937        UI != E; ++UI) {
938     Instruction *User = cast<Instruction>(*UI);
939     if (User->getOpcode() == Instruction::SetNE ||
940         User->getOpcode() == Instruction::SetEQ) {
941       if (isa<Constant>(User->getOperand(1)) && 
942           cast<Constant>(User->getOperand(1))->isNullValue())
943         continue;
944     } else if (CastInst *CI = dyn_cast<CastInst>(User))
945       if (CI->getType() == Type::BoolTy)
946         continue;
947     // Unknown instruction.
948     return false;
949   }
950   return true;
951 }
952
953 /// This memcmpOptimization will simplify a call to the memcmp library
954 /// function.
955 struct memcmpOptimization : public LibCallOptimization {
956   /// @brief Default Constructor
957   memcmpOptimization()
958     : LibCallOptimization("memcmp", "Number of 'memcmp' calls simplified") {}
959   
960   /// @brief Make sure that the "memcmp" function has the right prototype
961   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function *F, SimplifyLibCalls &TD) {
962     Function::const_arg_iterator AI = F->arg_begin();
963     if (F->arg_size() != 3 || !isa<PointerType>(AI->getType())) return false;
964     if (!isa<PointerType>((++AI)->getType())) return false;
965     if (!(++AI)->getType()->isInteger()) return false;
966     if (!F->getReturnType()->isInteger()) return false;
967     return true;
968   }
969   
970   /// Because of alignment and instruction information that we don't have, we
971   /// leave the bulk of this to the code generators.
972   ///
973   /// Note that we could do much more if we could force alignment on otherwise
974   /// small aligned allocas, or if we could indicate that loads have a small
975   /// alignment.
976   virtual bool OptimizeCall(CallInst *CI, SimplifyLibCalls &TD) {
977     Value *LHS = CI->getOperand(1), *RHS = CI->getOperand(2);
978
979     // If the two operands are the same, return zero.
980     if (LHS == RHS) {
981       // memcmp(s,s,x) -> 0
982       CI->replaceAllUsesWith(Constant::getNullValue(CI->getType()));
983       CI->eraseFromParent();
984       return true;
985     }
986     
987     // Make sure we have a constant length.
988     ConstantInt *LenC = dyn_cast<ConstantInt>(CI->getOperand(3));
989     if (!LenC) return false;
990     uint64_t Len = LenC->getZExtValue();
991       
992     // If the length is zero, this returns 0.
993     switch (Len) {
994     case 0:
995       // memcmp(s1,s2,0) -> 0
996       CI->replaceAllUsesWith(Constant::getNullValue(CI->getType()));
997       CI->eraseFromParent();
998       return true;
999     case 1: {
1000       // memcmp(S1,S2,1) -> *(ubyte*)S1 - *(ubyte*)S2
1001       const Type *UCharPtr = PointerType::get(Type::UByteTy);
1002       CastInst *Op1Cast = CastInst::create(
1003           Instruction::BitCast, LHS, UCharPtr, LHS->getName(), CI);
1004       CastInst *Op2Cast = CastInst::create(
1005           Instruction::BitCast, RHS, UCharPtr, RHS->getName(), CI);
1006       Value *S1V = new LoadInst(Op1Cast, LHS->getName()+".val", CI);
1007       Value *S2V = new LoadInst(Op2Cast, RHS->getName()+".val", CI);
1008       Value *RV = BinaryOperator::createSub(S1V, S2V, CI->getName()+".diff",CI);
1009       if (RV->getType() != CI->getType())
1010         RV = CastInst::createIntegerCast(RV, CI->getType(), false, 
1011                                          RV->getName(), CI);
1012       CI->replaceAllUsesWith(RV);
1013       CI->eraseFromParent();
1014       return true;
1015     }
1016     case 2:
1017       if (IsOnlyUsedInEqualsZeroComparison(CI)) {
1018         // TODO: IF both are aligned, use a short load/compare.
1019       
1020         // memcmp(S1,S2,2) -> S1[0]-S2[0] | S1[1]-S2[1] iff only ==/!= 0 matters
1021         const Type *UCharPtr = PointerType::get(Type::UByteTy);
1022         CastInst *Op1Cast = CastInst::create(
1023             Instruction::BitCast, LHS, UCharPtr, LHS->getName(), CI);
1024         CastInst *Op2Cast = CastInst::create(
1025             Instruction::BitCast, RHS, UCharPtr, RHS->getName(), CI);
1026         Value *S1V1 = new LoadInst(Op1Cast, LHS->getName()+".val1", CI);
1027         Value *S2V1 = new LoadInst(Op2Cast, RHS->getName()+".val1", CI);
1028         Value *D1 = BinaryOperator::createSub(S1V1, S2V1,
1029                                               CI->getName()+".d1", CI);
1030         Constant *One = ConstantInt::get(Type::IntTy, 1);
1031         Value *G1 = new GetElementPtrInst(Op1Cast, One, "next1v", CI);
1032         Value *G2 = new GetElementPtrInst(Op2Cast, One, "next2v", CI);
1033         Value *S1V2 = new LoadInst(G1, LHS->getName()+".val2", CI);
1034         Value *S2V2 = new LoadInst(G2, RHS->getName()+".val2", CI);
1035         Value *D2 = BinaryOperator::createSub(S1V2, S2V2,
1036                                               CI->getName()+".d1", CI);
1037         Value *Or = BinaryOperator::createOr(D1, D2, CI->getName()+".res", CI);
1038         if (Or->getType() != CI->getType())
1039           Or = CastInst::createIntegerCast(Or, CI->getType(), false /*ZExt*/, 
1040                                            Or->getName(), CI);
1041         CI->replaceAllUsesWith(Or);
1042         CI->eraseFromParent();
1043         return true;
1044       }
1045       break;
1046     default:
1047       break;
1048     }
1049     
1050     return false;
1051   }
1052 } memcmpOptimizer;
1053
1054
1055 /// This LibCallOptimization will simplify a call to the memcpy library
1056 /// function by expanding it out to a single store of size 0, 1, 2, 4, or 8
1057 /// bytes depending on the length of the string and the alignment. Additional
1058 /// optimizations are possible in code generation (sequence of immediate store)
1059 /// @brief Simplify the memcpy library function.
1060 struct LLVMMemCpyMoveOptzn : public LibCallOptimization {
1061   LLVMMemCpyMoveOptzn(const char* fname, const char* desc)
1062   : LibCallOptimization(fname, desc) {}
1063
1064   /// @brief Make sure that the "memcpy" function has the right prototype
1065   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function* f, SimplifyLibCalls& TD) {
1066     // Just make sure this has 4 arguments per LLVM spec.
1067     return (f->arg_size() == 4);
1068   }
1069
1070   /// Because of alignment and instruction information that we don't have, we
1071   /// leave the bulk of this to the code generators. The optimization here just
1072   /// deals with a few degenerate cases where the length of the string and the
1073   /// alignment match the sizes of our intrinsic types so we can do a load and
1074   /// store instead of the memcpy call.
1075   /// @brief Perform the memcpy optimization.
1076   virtual bool OptimizeCall(CallInst* ci, SimplifyLibCalls& TD) {
1077     // Make sure we have constant int values to work with
1078     ConstantInt* LEN = dyn_cast<ConstantInt>(ci->getOperand(3));
1079     if (!LEN)
1080       return false;
1081     ConstantInt* ALIGN = dyn_cast<ConstantInt>(ci->getOperand(4));
1082     if (!ALIGN)
1083       return false;
1084
1085     // If the length is larger than the alignment, we can't optimize
1086     uint64_t len = LEN->getZExtValue();
1087     uint64_t alignment = ALIGN->getZExtValue();
1088     if (alignment == 0)
1089       alignment = 1; // Alignment 0 is identity for alignment 1
1090     if (len > alignment)
1091       return false;
1092
1093     // Get the type we will cast to, based on size of the string
1094     Value* dest = ci->getOperand(1);
1095     Value* src = ci->getOperand(2);
1096     Type* castType = 0;
1097     switch (len)
1098     {
1099       case 0:
1100         // memcpy(d,s,0,a) -> noop
1101         ci->eraseFromParent();
1102         return true;
1103       case 1: castType = Type::SByteTy; break;
1104       case 2: castType = Type::ShortTy; break;
1105       case 4: castType = Type::IntTy; break;
1106       case 8: castType = Type::LongTy; break;
1107       default:
1108         return false;
1109     }
1110
1111     // Cast source and dest to the right sized primitive and then load/store
1112     CastInst* SrcCast = CastInst::create(Instruction::BitCast,
1113         src, PointerType::get(castType), src->getName()+".cast", ci);
1114     CastInst* DestCast = CastInst::create(Instruction::BitCast,
1115         dest, PointerType::get(castType),dest->getName()+".cast", ci);
1116     LoadInst* LI = new LoadInst(SrcCast,SrcCast->getName()+".val",ci);
1117     new StoreInst(LI, DestCast, ci);
1118     ci->eraseFromParent();
1119     return true;
1120   }
1121 };
1122
1123 /// This LibCallOptimization will simplify a call to the memcpy/memmove library
1124 /// functions.
1125 LLVMMemCpyMoveOptzn LLVMMemCpyOptimizer32("llvm.memcpy.i32",
1126                                     "Number of 'llvm.memcpy' calls simplified");
1127 LLVMMemCpyMoveOptzn LLVMMemCpyOptimizer64("llvm.memcpy.i64",
1128                                    "Number of 'llvm.memcpy' calls simplified");
1129 LLVMMemCpyMoveOptzn LLVMMemMoveOptimizer32("llvm.memmove.i32",
1130                                    "Number of 'llvm.memmove' calls simplified");
1131 LLVMMemCpyMoveOptzn LLVMMemMoveOptimizer64("llvm.memmove.i64",
1132                                    "Number of 'llvm.memmove' calls simplified");
1133
1134 /// This LibCallOptimization will simplify a call to the memset library
1135 /// function by expanding it out to a single store of size 0, 1, 2, 4, or 8
1136 /// bytes depending on the length argument.
1137 struct LLVMMemSetOptimization : public LibCallOptimization {
1138   /// @brief Default Constructor
1139   LLVMMemSetOptimization(const char *Name) : LibCallOptimization(Name,
1140       "Number of 'llvm.memset' calls simplified") {}
1141
1142   /// @brief Make sure that the "memset" function has the right prototype
1143   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function *F, SimplifyLibCalls &TD) {
1144     // Just make sure this has 3 arguments per LLVM spec.
1145     return F->arg_size() == 4;
1146   }
1147
1148   /// Because of alignment and instruction information that we don't have, we
1149   /// leave the bulk of this to the code generators. The optimization here just
1150   /// deals with a few degenerate cases where the length parameter is constant
1151   /// and the alignment matches the sizes of our intrinsic types so we can do
1152   /// store instead of the memcpy call. Other calls are transformed into the
1153   /// llvm.memset intrinsic.
1154   /// @brief Perform the memset optimization.
1155   virtual bool OptimizeCall(CallInst *ci, SimplifyLibCalls &TD) {
1156     // Make sure we have constant int values to work with
1157     ConstantInt* LEN = dyn_cast<ConstantInt>(ci->getOperand(3));
1158     if (!LEN)
1159       return false;
1160     ConstantInt* ALIGN = dyn_cast<ConstantInt>(ci->getOperand(4));
1161     if (!ALIGN)
1162       return false;
1163
1164     // Extract the length and alignment
1165     uint64_t len = LEN->getZExtValue();
1166     uint64_t alignment = ALIGN->getZExtValue();
1167
1168     // Alignment 0 is identity for alignment 1
1169     if (alignment == 0)
1170       alignment = 1;
1171
1172     // If the length is zero, this is a no-op
1173     if (len == 0) {
1174       // memset(d,c,0,a) -> noop
1175       ci->eraseFromParent();
1176       return true;
1177     }
1178
1179     // If the length is larger than the alignment, we can't optimize
1180     if (len > alignment)
1181       return false;
1182
1183     // Make sure we have a constant ubyte to work with so we can extract
1184     // the value to be filled.
1185     ConstantInt* FILL = dyn_cast<ConstantInt>(ci->getOperand(2));
1186     if (!FILL)
1187       return false;
1188     if (FILL->getType() != Type::UByteTy)
1189       return false;
1190
1191     // memset(s,c,n) -> store s, c (for n=1,2,4,8)
1192
1193     // Extract the fill character
1194     uint64_t fill_char = FILL->getZExtValue();
1195     uint64_t fill_value = fill_char;
1196
1197     // Get the type we will cast to, based on size of memory area to fill, and
1198     // and the value we will store there.
1199     Value* dest = ci->getOperand(1);
1200     Type* castType = 0;
1201     switch (len) {
1202       case 1:
1203         castType = Type::UByteTy;
1204         break;
1205       case 2:
1206         castType = Type::UShortTy;
1207         fill_value |= fill_char << 8;
1208         break;
1209       case 4:
1210         castType = Type::UIntTy;
1211         fill_value |= fill_char << 8 | fill_char << 16 | fill_char << 24;
1212         break;
1213       case 8:
1214         castType = Type::ULongTy;
1215         fill_value |= fill_char << 8 | fill_char << 16 | fill_char << 24;
1216         fill_value |= fill_char << 32 | fill_char << 40 | fill_char << 48;
1217         fill_value |= fill_char << 56;
1218         break;
1219       default:
1220         return false;
1221     }
1222
1223     // Cast dest to the right sized primitive and then load/store
1224     CastInst* DestCast = new BitCastInst(dest, PointerType::get(castType), 
1225                                          dest->getName()+".cast", ci);
1226     new StoreInst(ConstantInt::get(castType,fill_value),DestCast, ci);
1227     ci->eraseFromParent();
1228     return true;
1229   }
1230 };
1231
1232 LLVMMemSetOptimization MemSet32Optimizer("llvm.memset.i32");
1233 LLVMMemSetOptimization MemSet64Optimizer("llvm.memset.i64");
1234
1235
1236 /// This LibCallOptimization will simplify calls to the "pow" library
1237 /// function. It looks for cases where the result of pow is well known and
1238 /// substitutes the appropriate value.
1239 /// @brief Simplify the pow library function.
1240 struct PowOptimization : public LibCallOptimization {
1241 public:
1242   /// @brief Default Constructor
1243   PowOptimization() : LibCallOptimization("pow",
1244       "Number of 'pow' calls simplified") {}
1245
1246   /// @brief Make sure that the "pow" function has the right prototype
1247   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function* f, SimplifyLibCalls& SLC){
1248     // Just make sure this has 2 arguments
1249     return (f->arg_size() == 2);
1250   }
1251
1252   /// @brief Perform the pow optimization.
1253   virtual bool OptimizeCall(CallInst *ci, SimplifyLibCalls &SLC) {
1254     const Type *Ty = cast<Function>(ci->getOperand(0))->getReturnType();
1255     Value* base = ci->getOperand(1);
1256     Value* expn = ci->getOperand(2);
1257     if (ConstantFP *Op1 = dyn_cast<ConstantFP>(base)) {
1258       double Op1V = Op1->getValue();
1259       if (Op1V == 1.0) {
1260         // pow(1.0,x) -> 1.0
1261         ci->replaceAllUsesWith(ConstantFP::get(Ty,1.0));
1262         ci->eraseFromParent();
1263         return true;
1264       }
1265     }  else if (ConstantFP* Op2 = dyn_cast<ConstantFP>(expn)) {
1266       double Op2V = Op2->getValue();
1267       if (Op2V == 0.0) {
1268         // pow(x,0.0) -> 1.0
1269         ci->replaceAllUsesWith(ConstantFP::get(Ty,1.0));
1270         ci->eraseFromParent();
1271         return true;
1272       } else if (Op2V == 0.5) {
1273         // pow(x,0.5) -> sqrt(x)
1274         CallInst* sqrt_inst = new CallInst(SLC.get_sqrt(), base,
1275             ci->getName()+".pow",ci);
1276         ci->replaceAllUsesWith(sqrt_inst);
1277         ci->eraseFromParent();
1278         return true;
1279       } else if (Op2V == 1.0) {
1280         // pow(x,1.0) -> x
1281         ci->replaceAllUsesWith(base);
1282         ci->eraseFromParent();
1283         return true;
1284       } else if (Op2V == -1.0) {
1285         // pow(x,-1.0)    -> 1.0/x
1286         BinaryOperator* div_inst= BinaryOperator::createFDiv(
1287           ConstantFP::get(Ty,1.0), base, ci->getName()+".pow", ci);
1288         ci->replaceAllUsesWith(div_inst);
1289         ci->eraseFromParent();
1290         return true;
1291       }
1292     }
1293     return false; // opt failed
1294   }
1295 } PowOptimizer;
1296
1297 /// This LibCallOptimization will simplify calls to the "printf" library
1298 /// function. It looks for cases where the result of printf is not used and the
1299 /// operation can be reduced to something simpler.
1300 /// @brief Simplify the printf library function.
1301 struct PrintfOptimization : public LibCallOptimization {
1302 public:
1303   /// @brief Default Constructor
1304   PrintfOptimization() : LibCallOptimization("printf",
1305       "Number of 'printf' calls simplified") {}
1306
1307   /// @brief Make sure that the "printf" function has the right prototype
1308   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function* f, SimplifyLibCalls& SLC){
1309     // Just make sure this has at least 1 arguments
1310     return (f->arg_size() >= 1);
1311   }
1312
1313   /// @brief Perform the printf optimization.
1314   virtual bool OptimizeCall(CallInst* ci, SimplifyLibCalls& SLC) {
1315     // If the call has more than 2 operands, we can't optimize it
1316     if (ci->getNumOperands() > 3 || ci->getNumOperands() <= 2)
1317       return false;
1318
1319     // If the result of the printf call is used, none of these optimizations
1320     // can be made.
1321     if (!ci->use_empty())
1322       return false;
1323
1324     // All the optimizations depend on the length of the first argument and the
1325     // fact that it is a constant string array. Check that now
1326     uint64_t len = 0;
1327     ConstantArray* CA = 0;
1328     if (!getConstantStringLength(ci->getOperand(1), len, &CA))
1329       return false;
1330
1331     if (len != 2 && len != 3)
1332       return false;
1333
1334     // The first character has to be a %
1335     if (ConstantInt* CI = dyn_cast<ConstantInt>(CA->getOperand(0)))
1336       if (CI->getZExtValue() != '%')
1337         return false;
1338
1339     // Get the second character and switch on its value
1340     ConstantInt* CI = dyn_cast<ConstantInt>(CA->getOperand(1));
1341     switch (CI->getZExtValue()) {
1342       case 's':
1343       {
1344         if (len != 3 ||
1345             dyn_cast<ConstantInt>(CA->getOperand(2))->getZExtValue() != '\n')
1346           return false;
1347
1348         // printf("%s\n",str) -> puts(str)
1349         Function* puts_func = SLC.get_puts();
1350         if (!puts_func)
1351           return false;
1352         std::vector<Value*> args;
1353         args.push_back(CastToCStr(ci->getOperand(2), *ci));
1354         new CallInst(puts_func,args,ci->getName(),ci);
1355         ci->replaceAllUsesWith(ConstantInt::get(Type::IntTy,len));
1356         break;
1357       }
1358       case 'c':
1359       {
1360         // printf("%c",c) -> putchar(c)
1361         if (len != 2)
1362           return false;
1363
1364         Function* putchar_func = SLC.get_putchar();
1365         if (!putchar_func)
1366           return false;
1367         CastInst* cast = CastInst::createSExtOrBitCast(
1368             ci->getOperand(2), Type::IntTy, CI->getName()+".int", ci);
1369         new CallInst(putchar_func, cast, "", ci);
1370         ci->replaceAllUsesWith(ConstantInt::get(Type::IntTy, 1));
1371         break;
1372       }
1373       default:
1374         return false;
1375     }
1376     ci->eraseFromParent();
1377     return true;
1378   }
1379 } PrintfOptimizer;
1380
1381 /// This LibCallOptimization will simplify calls to the "fprintf" library
1382 /// function. It looks for cases where the result of fprintf is not used and the
1383 /// operation can be reduced to something simpler.
1384 /// @brief Simplify the fprintf library function.
1385 struct FPrintFOptimization : public LibCallOptimization {
1386 public:
1387   /// @brief Default Constructor
1388   FPrintFOptimization() : LibCallOptimization("fprintf",
1389       "Number of 'fprintf' calls simplified") {}
1390
1391   /// @brief Make sure that the "fprintf" function has the right prototype
1392   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function* f, SimplifyLibCalls& SLC){
1393     // Just make sure this has at least 2 arguments
1394     return (f->arg_size() >= 2);
1395   }
1396
1397   /// @brief Perform the fprintf optimization.
1398   virtual bool OptimizeCall(CallInst* ci, SimplifyLibCalls& SLC) {
1399     // If the call has more than 3 operands, we can't optimize it
1400     if (ci->getNumOperands() > 4 || ci->getNumOperands() <= 2)
1401       return false;
1402
1403     // If the result of the fprintf call is used, none of these optimizations
1404     // can be made.
1405     if (!ci->use_empty())
1406       return false;
1407
1408     // All the optimizations depend on the length of the second argument and the
1409     // fact that it is a constant string array. Check that now
1410     uint64_t len = 0;
1411     ConstantArray* CA = 0;
1412     if (!getConstantStringLength(ci->getOperand(2), len, &CA))
1413       return false;
1414
1415     if (ci->getNumOperands() == 3) {
1416       // Make sure there's no % in the constant array
1417       for (unsigned i = 0; i < len; ++i) {
1418         if (ConstantInt* CI = dyn_cast<ConstantInt>(CA->getOperand(i))) {
1419           // Check for the null terminator
1420           if (CI->getZExtValue() == '%')
1421             return false; // we found end of string
1422         } else {
1423           return false;
1424         }
1425       }
1426
1427       // fprintf(file,fmt) -> fwrite(fmt,strlen(fmt),file)
1428       const Type* FILEptr_type = ci->getOperand(1)->getType();
1429       Function* fwrite_func = SLC.get_fwrite(FILEptr_type);
1430       if (!fwrite_func)
1431         return false;
1432
1433       // Make sure that the fprintf() and fwrite() functions both take the
1434       // same type of char pointer.
1435       if (ci->getOperand(2)->getType() !=
1436           fwrite_func->getFunctionType()->getParamType(0))
1437         return false;
1438
1439       std::vector<Value*> args;
1440       args.push_back(ci->getOperand(2));
1441       args.push_back(ConstantInt::get(SLC.getIntPtrType(),len));
1442       args.push_back(ConstantInt::get(SLC.getIntPtrType(),1));
1443       args.push_back(ci->getOperand(1));
1444       new CallInst(fwrite_func,args,ci->getName(),ci);
1445       ci->replaceAllUsesWith(ConstantInt::get(Type::IntTy,len));
1446       ci->eraseFromParent();
1447       return true;
1448     }
1449
1450     // The remaining optimizations require the format string to be length 2
1451     // "%s" or "%c".
1452     if (len != 2)
1453       return false;
1454
1455     // The first character has to be a %
1456     if (ConstantInt* CI = dyn_cast<ConstantInt>(CA->getOperand(0)))
1457       if (CI->getZExtValue() != '%')
1458         return false;
1459
1460     // Get the second character and switch on its value
1461     ConstantInt* CI = dyn_cast<ConstantInt>(CA->getOperand(1));
1462     switch (CI->getZExtValue()) {
1463       case 's':
1464       {
1465         uint64_t len = 0;
1466         ConstantArray* CA = 0;
1467         if (getConstantStringLength(ci->getOperand(3), len, &CA)) {
1468           // fprintf(file,"%s",str) -> fwrite(str,strlen(str),1,file)
1469           const Type* FILEptr_type = ci->getOperand(1)->getType();
1470           Function* fwrite_func = SLC.get_fwrite(FILEptr_type);
1471           if (!fwrite_func)
1472             return false;
1473           std::vector<Value*> args;
1474           args.push_back(CastToCStr(ci->getOperand(3), *ci));
1475           args.push_back(ConstantInt::get(SLC.getIntPtrType(),len));
1476           args.push_back(ConstantInt::get(SLC.getIntPtrType(),1));
1477           args.push_back(ci->getOperand(1));
1478           new CallInst(fwrite_func,args,ci->getName(),ci);
1479           ci->replaceAllUsesWith(ConstantInt::get(Type::IntTy,len));
1480         } else {
1481           // fprintf(file,"%s",str) -> fputs(str,file)
1482           const Type* FILEptr_type = ci->getOperand(1)->getType();
1483           Function* fputs_func = SLC.get_fputs(FILEptr_type);
1484           if (!fputs_func)
1485             return false;
1486           std::vector<Value*> args;
1487           args.push_back(CastToCStr(ci->getOperand(3), *ci));
1488           args.push_back(ci->getOperand(1));
1489           new CallInst(fputs_func,args,ci->getName(),ci);
1490           ci->replaceAllUsesWith(ConstantInt::get(Type::IntTy,len));
1491         }
1492         break;
1493       }
1494       case 'c':
1495       {
1496         // fprintf(file,"%c",c) -> fputc(c,file)
1497         const Type* FILEptr_type = ci->getOperand(1)->getType();
1498         Function* fputc_func = SLC.get_fputc(FILEptr_type);
1499         if (!fputc_func)
1500           return false;
1501         CastInst* cast = CastInst::createSExtOrBitCast(
1502             ci->getOperand(3), Type::IntTy, CI->getName()+".int", ci);
1503         new CallInst(fputc_func,cast,ci->getOperand(1),"",ci);
1504         ci->replaceAllUsesWith(ConstantInt::get(Type::IntTy,1));
1505         break;
1506       }
1507       default:
1508         return false;
1509     }
1510     ci->eraseFromParent();
1511     return true;
1512   }
1513 } FPrintFOptimizer;
1514
1515 /// This LibCallOptimization will simplify calls to the "sprintf" library
1516 /// function. It looks for cases where the result of sprintf is not used and the
1517 /// operation can be reduced to something simpler.
1518 /// @brief Simplify the sprintf library function.
1519 struct SPrintFOptimization : public LibCallOptimization {
1520 public:
1521   /// @brief Default Constructor
1522   SPrintFOptimization() : LibCallOptimization("sprintf",
1523       "Number of 'sprintf' calls simplified") {}
1524
1525   /// @brief Make sure that the "fprintf" function has the right prototype
1526   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function *f, SimplifyLibCalls &SLC){
1527     // Just make sure this has at least 2 arguments
1528     return (f->getReturnType() == Type::IntTy && f->arg_size() >= 2);
1529   }
1530
1531   /// @brief Perform the sprintf optimization.
1532   virtual bool OptimizeCall(CallInst *ci, SimplifyLibCalls &SLC) {
1533     // If the call has more than 3 operands, we can't optimize it
1534     if (ci->getNumOperands() > 4 || ci->getNumOperands() < 3)
1535       return false;
1536
1537     // All the optimizations depend on the length of the second argument and the
1538     // fact that it is a constant string array. Check that now
1539     uint64_t len = 0;
1540     ConstantArray* CA = 0;
1541     if (!getConstantStringLength(ci->getOperand(2), len, &CA))
1542       return false;
1543
1544     if (ci->getNumOperands() == 3) {
1545       if (len == 0) {
1546         // If the length is 0, we just need to store a null byte
1547         new StoreInst(ConstantInt::get(Type::SByteTy,0),ci->getOperand(1),ci);
1548         ci->replaceAllUsesWith(ConstantInt::get(Type::IntTy,0));
1549         ci->eraseFromParent();
1550         return true;
1551       }
1552
1553       // Make sure there's no % in the constant array
1554       for (unsigned i = 0; i < len; ++i) {
1555         if (ConstantInt* CI = dyn_cast<ConstantInt>(CA->getOperand(i))) {
1556           // Check for the null terminator
1557           if (CI->getZExtValue() == '%')
1558             return false; // we found a %, can't optimize
1559         } else {
1560           return false; // initializer is not constant int, can't optimize
1561         }
1562       }
1563
1564       // Increment length because we want to copy the null byte too
1565       len++;
1566
1567       // sprintf(str,fmt) -> llvm.memcpy(str,fmt,strlen(fmt),1)
1568       Function* memcpy_func = SLC.get_memcpy();
1569       if (!memcpy_func)
1570         return false;
1571       std::vector<Value*> args;
1572       args.push_back(ci->getOperand(1));
1573       args.push_back(ci->getOperand(2));
1574       args.push_back(ConstantInt::get(SLC.getIntPtrType(),len));
1575       args.push_back(ConstantInt::get(Type::UIntTy,1));
1576       new CallInst(memcpy_func,args,"",ci);
1577       ci->replaceAllUsesWith(ConstantInt::get(Type::IntTy,len));
1578       ci->eraseFromParent();
1579       return true;
1580     }
1581
1582     // The remaining optimizations require the format string to be length 2
1583     // "%s" or "%c".
1584     if (len != 2)
1585       return false;
1586
1587     // The first character has to be a %
1588     if (ConstantInt* CI = dyn_cast<ConstantInt>(CA->getOperand(0)))
1589       if (CI->getZExtValue() != '%')
1590         return false;
1591
1592     // Get the second character and switch on its value
1593     ConstantInt* CI = dyn_cast<ConstantInt>(CA->getOperand(1));
1594     switch (CI->getZExtValue()) {
1595     case 's': {
1596       // sprintf(dest,"%s",str) -> llvm.memcpy(dest, str, strlen(str)+1, 1)
1597       Function* strlen_func = SLC.get_strlen();
1598       Function* memcpy_func = SLC.get_memcpy();
1599       if (!strlen_func || !memcpy_func)
1600         return false;
1601       
1602       Value *Len = new CallInst(strlen_func, CastToCStr(ci->getOperand(3), *ci),
1603                                 ci->getOperand(3)->getName()+".len", ci);
1604       Value *Len1 = BinaryOperator::createAdd(Len,
1605                                             ConstantInt::get(Len->getType(), 1),
1606                                               Len->getName()+"1", ci);
1607       if (Len1->getType() != SLC.getIntPtrType())
1608         Len1 = CastInst::createIntegerCast(Len1, SLC.getIntPtrType(), false,
1609                                            Len1->getName(), ci);
1610       std::vector<Value*> args;
1611       args.push_back(CastToCStr(ci->getOperand(1), *ci));
1612       args.push_back(CastToCStr(ci->getOperand(3), *ci));
1613       args.push_back(Len1);
1614       args.push_back(ConstantInt::get(Type::UIntTy,1));
1615       new CallInst(memcpy_func, args, "", ci);
1616       
1617       // The strlen result is the unincremented number of bytes in the string.
1618       if (!ci->use_empty()) {
1619         if (Len->getType() != ci->getType())
1620           Len = CastInst::createIntegerCast(Len, ci->getType(), false, 
1621                                             Len->getName(), ci);
1622         ci->replaceAllUsesWith(Len);
1623       }
1624       ci->eraseFromParent();
1625       return true;
1626     }
1627     case 'c': {
1628       // sprintf(dest,"%c",chr) -> store chr, dest
1629       CastInst* cast = CastInst::createTruncOrBitCast(
1630           ci->getOperand(3), Type::SByteTy, "char", ci);
1631       new StoreInst(cast, ci->getOperand(1), ci);
1632       GetElementPtrInst* gep = new GetElementPtrInst(ci->getOperand(1),
1633         ConstantInt::get(Type::UIntTy,1),ci->getOperand(1)->getName()+".end",
1634         ci);
1635       new StoreInst(ConstantInt::get(Type::SByteTy,0),gep,ci);
1636       ci->replaceAllUsesWith(ConstantInt::get(Type::IntTy,1));
1637       ci->eraseFromParent();
1638       return true;
1639     }
1640     }
1641     return false;
1642   }
1643 } SPrintFOptimizer;
1644
1645 /// This LibCallOptimization will simplify calls to the "fputs" library
1646 /// function. It looks for cases where the result of fputs is not used and the
1647 /// operation can be reduced to something simpler.
1648 /// @brief Simplify the puts library function.
1649 struct PutsOptimization : public LibCallOptimization {
1650 public:
1651   /// @brief Default Constructor
1652   PutsOptimization() : LibCallOptimization("fputs",
1653       "Number of 'fputs' calls simplified") {}
1654
1655   /// @brief Make sure that the "fputs" function has the right prototype
1656   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function *F, SimplifyLibCalls &SLC){
1657     // Just make sure this has 2 arguments
1658     return F->arg_size() == 2;
1659   }
1660
1661   /// @brief Perform the fputs optimization.
1662   virtual bool OptimizeCall(CallInst* ci, SimplifyLibCalls& SLC) {
1663     // If the result is used, none of these optimizations work
1664     if (!ci->use_empty())
1665       return false;
1666
1667     // All the optimizations depend on the length of the first argument and the
1668     // fact that it is a constant string array. Check that now
1669     uint64_t len = 0;
1670     if (!getConstantStringLength(ci->getOperand(1), len))
1671       return false;
1672
1673     switch (len) {
1674       case 0:
1675         // fputs("",F) -> noop
1676         break;
1677       case 1:
1678       {
1679         // fputs(s,F)  -> fputc(s[0],F)  (if s is constant and strlen(s) == 1)
1680         const Type* FILEptr_type = ci->getOperand(2)->getType();
1681         Function* fputc_func = SLC.get_fputc(FILEptr_type);
1682         if (!fputc_func)
1683           return false;
1684         LoadInst* loadi = new LoadInst(ci->getOperand(1),
1685           ci->getOperand(1)->getName()+".byte",ci);
1686         CastInst* casti = new SExtInst(loadi, Type::IntTy, 
1687                                        loadi->getName()+".int", ci);
1688         new CallInst(fputc_func,casti,ci->getOperand(2),"",ci);
1689         break;
1690       }
1691       default:
1692       {
1693         // fputs(s,F)  -> fwrite(s,1,len,F) (if s is constant and strlen(s) > 1)
1694         const Type* FILEptr_type = ci->getOperand(2)->getType();
1695         Function* fwrite_func = SLC.get_fwrite(FILEptr_type);
1696         if (!fwrite_func)
1697           return false;
1698         std::vector<Value*> parms;
1699         parms.push_back(ci->getOperand(1));
1700         parms.push_back(ConstantInt::get(SLC.getIntPtrType(),len));
1701         parms.push_back(ConstantInt::get(SLC.getIntPtrType(),1));
1702         parms.push_back(ci->getOperand(2));
1703         new CallInst(fwrite_func,parms,"",ci);
1704         break;
1705       }
1706     }
1707     ci->eraseFromParent();
1708     return true; // success
1709   }
1710 } PutsOptimizer;
1711
1712 /// This LibCallOptimization will simplify calls to the "isdigit" library
1713 /// function. It simply does range checks the parameter explicitly.
1714 /// @brief Simplify the isdigit library function.
1715 struct isdigitOptimization : public LibCallOptimization {
1716 public:
1717   isdigitOptimization() : LibCallOptimization("isdigit",
1718       "Number of 'isdigit' calls simplified") {}
1719
1720   /// @brief Make sure that the "isdigit" function has the right prototype
1721   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function* f, SimplifyLibCalls& SLC){
1722     // Just make sure this has 1 argument
1723     return (f->arg_size() == 1);
1724   }
1725
1726   /// @brief Perform the toascii optimization.
1727   virtual bool OptimizeCall(CallInst *ci, SimplifyLibCalls &SLC) {
1728     if (ConstantInt* CI = dyn_cast<ConstantInt>(ci->getOperand(1))) {
1729       // isdigit(c)   -> 0 or 1, if 'c' is constant
1730       uint64_t val = CI->getZExtValue();
1731       if (val >= '0' && val <='9')
1732         ci->replaceAllUsesWith(ConstantInt::get(Type::IntTy,1));
1733       else
1734         ci->replaceAllUsesWith(ConstantInt::get(Type::IntTy,0));
1735       ci->eraseFromParent();
1736       return true;
1737     }
1738
1739     // isdigit(c)   -> (unsigned)c - '0' <= 9
1740     CastInst* cast = CastInst::createIntegerCast(ci->getOperand(1),
1741         Type::UIntTy, false/*ZExt*/, ci->getOperand(1)->getName()+".uint", ci);
1742     BinaryOperator* sub_inst = BinaryOperator::createSub(cast,
1743         ConstantInt::get(Type::UIntTy,0x30),
1744         ci->getOperand(1)->getName()+".sub",ci);
1745     SetCondInst* setcond_inst = new SetCondInst(Instruction::SetLE,sub_inst,
1746         ConstantInt::get(Type::UIntTy,9),
1747         ci->getOperand(1)->getName()+".cmp",ci);
1748     CastInst* c2 = new ZExtInst(setcond_inst, Type::IntTy, 
1749         ci->getOperand(1)->getName()+".isdigit", ci);
1750     ci->replaceAllUsesWith(c2);
1751     ci->eraseFromParent();
1752     return true;
1753   }
1754 } isdigitOptimizer;
1755
1756 struct isasciiOptimization : public LibCallOptimization {
1757 public:
1758   isasciiOptimization()
1759     : LibCallOptimization("isascii", "Number of 'isascii' calls simplified") {}
1760   
1761   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function *F, SimplifyLibCalls &SLC){
1762     return F->arg_size() == 1 && F->arg_begin()->getType()->isInteger() && 
1763            F->getReturnType()->isInteger();
1764   }
1765   
1766   /// @brief Perform the isascii optimization.
1767   virtual bool OptimizeCall(CallInst *CI, SimplifyLibCalls &SLC) {
1768     // isascii(c)   -> (unsigned)c < 128
1769     Value *V = CI->getOperand(1);
1770     if (V->getType()->isSigned())
1771       V = new BitCastInst(V, V->getType()->getUnsignedVersion(), V->getName(), 
1772                           CI);
1773     Value *Cmp = BinaryOperator::createSetLT(V, ConstantInt::get(V->getType(),
1774                                                                   128),
1775                                              V->getName()+".isascii", CI);
1776     if (Cmp->getType() != CI->getType())
1777       Cmp = new BitCastInst(Cmp, CI->getType(), Cmp->getName(), CI);
1778     CI->replaceAllUsesWith(Cmp);
1779     CI->eraseFromParent();
1780     return true;
1781   }
1782 } isasciiOptimizer;
1783
1784
1785 /// This LibCallOptimization will simplify calls to the "toascii" library
1786 /// function. It simply does the corresponding and operation to restrict the
1787 /// range of values to the ASCII character set (0-127).
1788 /// @brief Simplify the toascii library function.
1789 struct ToAsciiOptimization : public LibCallOptimization {
1790 public:
1791   /// @brief Default Constructor
1792   ToAsciiOptimization() : LibCallOptimization("toascii",
1793       "Number of 'toascii' calls simplified") {}
1794
1795   /// @brief Make sure that the "fputs" function has the right prototype
1796   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function* f, SimplifyLibCalls& SLC){
1797     // Just make sure this has 2 arguments
1798     return (f->arg_size() == 1);
1799   }
1800
1801   /// @brief Perform the toascii optimization.
1802   virtual bool OptimizeCall(CallInst *ci, SimplifyLibCalls &SLC) {
1803     // toascii(c)   -> (c & 0x7f)
1804     Value* chr = ci->getOperand(1);
1805     BinaryOperator* and_inst = BinaryOperator::createAnd(chr,
1806         ConstantInt::get(chr->getType(),0x7F),ci->getName()+".toascii",ci);
1807     ci->replaceAllUsesWith(and_inst);
1808     ci->eraseFromParent();
1809     return true;
1810   }
1811 } ToAsciiOptimizer;
1812
1813 /// This LibCallOptimization will simplify calls to the "ffs" library
1814 /// calls which find the first set bit in an int, long, or long long. The
1815 /// optimization is to compute the result at compile time if the argument is
1816 /// a constant.
1817 /// @brief Simplify the ffs library function.
1818 struct FFSOptimization : public LibCallOptimization {
1819 protected:
1820   /// @brief Subclass Constructor
1821   FFSOptimization(const char* funcName, const char* description)
1822     : LibCallOptimization(funcName, description) {}
1823
1824 public:
1825   /// @brief Default Constructor
1826   FFSOptimization() : LibCallOptimization("ffs",
1827       "Number of 'ffs' calls simplified") {}
1828
1829   /// @brief Make sure that the "ffs" function has the right prototype
1830   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function *F, SimplifyLibCalls &SLC){
1831     // Just make sure this has 2 arguments
1832     return F->arg_size() == 1 && F->getReturnType() == Type::IntTy;
1833   }
1834
1835   /// @brief Perform the ffs optimization.
1836   virtual bool OptimizeCall(CallInst *TheCall, SimplifyLibCalls &SLC) {
1837     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(TheCall->getOperand(1))) {
1838       // ffs(cnst)  -> bit#
1839       // ffsl(cnst) -> bit#
1840       // ffsll(cnst) -> bit#
1841       uint64_t val = CI->getZExtValue();
1842       int result = 0;
1843       if (val) {
1844         ++result;
1845         while ((val & 1) == 0) {
1846           ++result;
1847           val >>= 1;
1848         }
1849       }
1850       TheCall->replaceAllUsesWith(ConstantInt::get(Type::IntTy, result));
1851       TheCall->eraseFromParent();
1852       return true;
1853     }
1854
1855     // ffs(x)   -> x == 0 ? 0 : llvm.cttz(x)+1
1856     // ffsl(x)  -> x == 0 ? 0 : llvm.cttz(x)+1
1857     // ffsll(x) -> x == 0 ? 0 : llvm.cttz(x)+1
1858     const Type *ArgType = TheCall->getOperand(1)->getType();
1859     ArgType = ArgType->getUnsignedVersion();
1860     const char *CTTZName;
1861     switch (ArgType->getTypeID()) {
1862     default: assert(0 && "Unknown unsigned type!");
1863     case Type::UByteTyID : CTTZName = "llvm.cttz.i8" ; break;
1864     case Type::UShortTyID: CTTZName = "llvm.cttz.i16"; break;
1865     case Type::UIntTyID  : CTTZName = "llvm.cttz.i32"; break;
1866     case Type::ULongTyID : CTTZName = "llvm.cttz.i64"; break;
1867     }
1868     
1869     Function *F = SLC.getModule()->getOrInsertFunction(CTTZName, ArgType,
1870                                                        ArgType, NULL);
1871     Value *V = CastInst::createIntegerCast(TheCall->getOperand(1), ArgType, 
1872                                            false/*ZExt*/, "tmp", TheCall);
1873     Value *V2 = new CallInst(F, V, "tmp", TheCall);
1874     V2 = CastInst::createIntegerCast(V2, Type::IntTy, false/*ZExt*/, 
1875                                      "tmp", TheCall);
1876     V2 = BinaryOperator::createAdd(V2, ConstantInt::get(Type::IntTy, 1),
1877                                    "tmp", TheCall);
1878     Value *Cond = 
1879       BinaryOperator::createSetEQ(V, Constant::getNullValue(V->getType()),
1880                                   "tmp", TheCall);
1881     V2 = new SelectInst(Cond, ConstantInt::get(Type::IntTy, 0), V2,
1882                         TheCall->getName(), TheCall);
1883     TheCall->replaceAllUsesWith(V2);
1884     TheCall->eraseFromParent();
1885     return true;
1886   }
1887 } FFSOptimizer;
1888
1889 /// This LibCallOptimization will simplify calls to the "ffsl" library
1890 /// calls. It simply uses FFSOptimization for which the transformation is
1891 /// identical.
1892 /// @brief Simplify the ffsl library function.
1893 struct FFSLOptimization : public FFSOptimization {
1894 public:
1895   /// @brief Default Constructor
1896   FFSLOptimization() : FFSOptimization("ffsl",
1897       "Number of 'ffsl' calls simplified") {}
1898
1899 } FFSLOptimizer;
1900
1901 /// This LibCallOptimization will simplify calls to the "ffsll" library
1902 /// calls. It simply uses FFSOptimization for which the transformation is
1903 /// identical.
1904 /// @brief Simplify the ffsl library function.
1905 struct FFSLLOptimization : public FFSOptimization {
1906 public:
1907   /// @brief Default Constructor
1908   FFSLLOptimization() : FFSOptimization("ffsll",
1909       "Number of 'ffsll' calls simplified") {}
1910
1911 } FFSLLOptimizer;
1912
1913 /// This optimizes unary functions that take and return doubles.
1914 struct UnaryDoubleFPOptimizer : public LibCallOptimization {
1915   UnaryDoubleFPOptimizer(const char *Fn, const char *Desc)
1916   : LibCallOptimization(Fn, Desc) {}
1917   
1918   // Make sure that this function has the right prototype
1919   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function *F, SimplifyLibCalls &SLC){
1920     return F->arg_size() == 1 && F->arg_begin()->getType() == Type::DoubleTy &&
1921            F->getReturnType() == Type::DoubleTy;
1922   }
1923
1924   /// ShrinkFunctionToFloatVersion - If the input to this function is really a
1925   /// float, strength reduce this to a float version of the function,
1926   /// e.g. floor((double)FLT) -> (double)floorf(FLT).  This can only be called
1927   /// when the target supports the destination function and where there can be
1928   /// no precision loss.
1929   static bool ShrinkFunctionToFloatVersion(CallInst *CI, SimplifyLibCalls &SLC,
1930                                            Function *(SimplifyLibCalls::*FP)()){
1931     if (CastInst *Cast = dyn_cast<CastInst>(CI->getOperand(1)))
1932       if (Cast->getOperand(0)->getType() == Type::FloatTy) {
1933         Value *New = new CallInst((SLC.*FP)(), Cast->getOperand(0),
1934                                   CI->getName(), CI);
1935         New = new FPExtInst(New, Type::DoubleTy, CI->getName(), CI);
1936         CI->replaceAllUsesWith(New);
1937         CI->eraseFromParent();
1938         if (Cast->use_empty())
1939           Cast->eraseFromParent();
1940         return true;
1941       }
1942     return false;
1943   }
1944 };
1945
1946
1947 struct FloorOptimization : public UnaryDoubleFPOptimizer {
1948   FloorOptimization()
1949     : UnaryDoubleFPOptimizer("floor", "Number of 'floor' calls simplified") {}
1950   
1951   virtual bool OptimizeCall(CallInst *CI, SimplifyLibCalls &SLC) {
1952 #ifdef HAVE_FLOORF
1953     // If this is a float argument passed in, convert to floorf.
1954     if (ShrinkFunctionToFloatVersion(CI, SLC, &SimplifyLibCalls::get_floorf))
1955       return true;
1956 #endif
1957     return false; // opt failed
1958   }
1959 } FloorOptimizer;
1960
1961 struct CeilOptimization : public UnaryDoubleFPOptimizer {
1962   CeilOptimization()
1963   : UnaryDoubleFPOptimizer("ceil", "Number of 'ceil' calls simplified") {}
1964   
1965   virtual bool OptimizeCall(CallInst *CI, SimplifyLibCalls &SLC) {
1966 #ifdef HAVE_CEILF
1967     // If this is a float argument passed in, convert to ceilf.
1968     if (ShrinkFunctionToFloatVersion(CI, SLC, &SimplifyLibCalls::get_ceilf))
1969       return true;
1970 #endif
1971     return false; // opt failed
1972   }
1973 } CeilOptimizer;
1974
1975 struct RoundOptimization : public UnaryDoubleFPOptimizer {
1976   RoundOptimization()
1977   : UnaryDoubleFPOptimizer("round", "Number of 'round' calls simplified") {}
1978   
1979   virtual bool OptimizeCall(CallInst *CI, SimplifyLibCalls &SLC) {
1980 #ifdef HAVE_ROUNDF
1981     // If this is a float argument passed in, convert to roundf.
1982     if (ShrinkFunctionToFloatVersion(CI, SLC, &SimplifyLibCalls::get_roundf))
1983       return true;
1984 #endif
1985     return false; // opt failed
1986   }
1987 } RoundOptimizer;
1988
1989 struct RintOptimization : public UnaryDoubleFPOptimizer {
1990   RintOptimization()
1991   : UnaryDoubleFPOptimizer("rint", "Number of 'rint' calls simplified") {}
1992   
1993   virtual bool OptimizeCall(CallInst *CI, SimplifyLibCalls &SLC) {
1994 #ifdef HAVE_RINTF
1995     // If this is a float argument passed in, convert to rintf.
1996     if (ShrinkFunctionToFloatVersion(CI, SLC, &SimplifyLibCalls::get_rintf))
1997       return true;
1998 #endif
1999     return false; // opt failed
2000   }
2001 } RintOptimizer;
2002
2003 struct NearByIntOptimization : public UnaryDoubleFPOptimizer {
2004   NearByIntOptimization()
2005   : UnaryDoubleFPOptimizer("nearbyint",
2006                            "Number of 'nearbyint' calls simplified") {}
2007   
2008   virtual bool OptimizeCall(CallInst *CI, SimplifyLibCalls &SLC) {
2009 #ifdef HAVE_NEARBYINTF
2010     // If this is a float argument passed in, convert to nearbyintf.
2011     if (ShrinkFunctionToFloatVersion(CI, SLC,&SimplifyLibCalls::get_nearbyintf))
2012       return true;
2013 #endif
2014     return false; // opt failed
2015   }
2016 } NearByIntOptimizer;
2017
2018 /// A function to compute the length of a null-terminated constant array of
2019 /// integers.  This function can't rely on the size of the constant array
2020 /// because there could be a null terminator in the middle of the array.
2021 /// We also have to bail out if we find a non-integer constant initializer
2022 /// of one of the elements or if there is no null-terminator. The logic
2023 /// below checks each of these conditions and will return true only if all
2024 /// conditions are met. In that case, the \p len parameter is set to the length
2025 /// of the null-terminated string. If false is returned, the conditions were
2026 /// not met and len is set to 0.
2027 /// @brief Get the length of a constant string (null-terminated array).
2028 bool getConstantStringLength(Value *V, uint64_t &len, ConstantArray **CA) {
2029   assert(V != 0 && "Invalid args to getConstantStringLength");
2030   len = 0; // make sure we initialize this
2031   User* GEP = 0;
2032   // If the value is not a GEP instruction nor a constant expression with a
2033   // GEP instruction, then return false because ConstantArray can't occur
2034   // any other way
2035   if (GetElementPtrInst* GEPI = dyn_cast<GetElementPtrInst>(V))
2036     GEP = GEPI;
2037   else if (ConstantExpr* CE = dyn_cast<ConstantExpr>(V))
2038     if (CE->getOpcode() == Instruction::GetElementPtr)
2039       GEP = CE;
2040     else
2041       return false;
2042   else
2043     return false;
2044
2045   // Make sure the GEP has exactly three arguments.
2046   if (GEP->getNumOperands() != 3)
2047     return false;
2048
2049   // Check to make sure that the first operand of the GEP is an integer and
2050   // has value 0 so that we are sure we're indexing into the initializer.
2051   if (ConstantInt* op1 = dyn_cast<ConstantInt>(GEP->getOperand(1))) {
2052     if (!op1->isNullValue())
2053       return false;
2054   } else
2055     return false;
2056
2057   // Ensure that the second operand is a ConstantInt. If it isn't then this
2058   // GEP is wonky and we're not really sure what were referencing into and
2059   // better of not optimizing it. While we're at it, get the second index
2060   // value. We'll need this later for indexing the ConstantArray.
2061   uint64_t start_idx = 0;
2062   if (ConstantInt* CI = dyn_cast<ConstantInt>(GEP->getOperand(2)))
2063     start_idx = CI->getZExtValue();
2064   else
2065     return false;
2066
2067   // The GEP instruction, constant or instruction, must reference a global
2068   // variable that is a constant and is initialized. The referenced constant
2069   // initializer is the array that we'll use for optimization.
2070   GlobalVariable* GV = dyn_cast<GlobalVariable>(GEP->getOperand(0));
2071   if (!GV || !GV->isConstant() || !GV->hasInitializer())
2072     return false;
2073
2074   // Get the initializer.
2075   Constant* INTLZR = GV->getInitializer();
2076
2077   // Handle the ConstantAggregateZero case
2078   if (isa<ConstantAggregateZero>(INTLZR)) {
2079     // This is a degenerate case. The initializer is constant zero so the
2080     // length of the string must be zero.
2081     len = 0;
2082     return true;
2083   }
2084
2085   // Must be a Constant Array
2086   ConstantArray* A = dyn_cast<ConstantArray>(INTLZR);
2087   if (!A)
2088     return false;
2089
2090   // Get the number of elements in the array
2091   uint64_t max_elems = A->getType()->getNumElements();
2092
2093   // Traverse the constant array from start_idx (derived above) which is
2094   // the place the GEP refers to in the array.
2095   for (len = start_idx; len < max_elems; len++) {
2096     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(A->getOperand(len))) {
2097       // Check for the null terminator
2098       if (CI->isNullValue())
2099         break; // we found end of string
2100     } else
2101       return false; // This array isn't suitable, non-int initializer
2102   }
2103   
2104   if (len >= max_elems)
2105     return false; // This array isn't null terminated
2106
2107   // Subtract out the initial value from the length
2108   len -= start_idx;
2109   if (CA)
2110     *CA = A;
2111   return true; // success!
2112 }
2113
2114 /// CastToCStr - Return V if it is an sbyte*, otherwise cast it to sbyte*,
2115 /// inserting the cast before IP, and return the cast.
2116 /// @brief Cast a value to a "C" string.
2117 Value *CastToCStr(Value *V, Instruction &IP) {
2118   assert(isa<PointerType>(V->getType()) && 
2119          "Can't cast non-pointer type to C string type");
2120   const Type *SBPTy = PointerType::get(Type::SByteTy);
2121   if (V->getType() != SBPTy)
2122     return new BitCastInst(V, SBPTy, V->getName(), &IP);
2123   return V;
2124 }
2125
2126 // TODO:
2127 //   Additional cases that we need to add to this file:
2128 //
2129 // cbrt:
2130 //   * cbrt(expN(X))  -> expN(x/3)
2131 //   * cbrt(sqrt(x))  -> pow(x,1/6)
2132 //   * cbrt(sqrt(x))  -> pow(x,1/9)
2133 //
2134 // cos, cosf, cosl:
2135 //   * cos(-x)  -> cos(x)
2136 //
2137 // exp, expf, expl:
2138 //   * exp(log(x))  -> x
2139 //
2140 // log, logf, logl:
2141 //   * log(exp(x))   -> x
2142 //   * log(x**y)     -> y*log(x)
2143 //   * log(exp(y))   -> y*log(e)
2144 //   * log(exp2(y))  -> y*log(2)
2145 //   * log(exp10(y)) -> y*log(10)
2146 //   * log(sqrt(x))  -> 0.5*log(x)
2147 //   * log(pow(x,y)) -> y*log(x)
2148 //
2149 // lround, lroundf, lroundl:
2150 //   * lround(cnst) -> cnst'
2151 //
2152 // memcmp:
2153 //   * memcmp(x,y,l)   -> cnst
2154 //      (if all arguments are constant and strlen(x) <= l and strlen(y) <= l)
2155 //
2156 // memmove:
2157 //   * memmove(d,s,l,a) -> memcpy(d,s,l,a)
2158 //       (if s is a global constant array)
2159 //
2160 // pow, powf, powl:
2161 //   * pow(exp(x),y)  -> exp(x*y)
2162 //   * pow(sqrt(x),y) -> pow(x,y*0.5)
2163 //   * pow(pow(x,y),z)-> pow(x,y*z)
2164 //
2165 // puts:
2166 //   * puts("") -> fputc("\n",stdout) (how do we get "stdout"?)
2167 //
2168 // round, roundf, roundl:
2169 //   * round(cnst) -> cnst'
2170 //
2171 // signbit:
2172 //   * signbit(cnst) -> cnst'
2173 //   * signbit(nncst) -> 0 (if pstv is a non-negative constant)
2174 //
2175 // sqrt, sqrtf, sqrtl:
2176 //   * sqrt(expN(x))  -> expN(x*0.5)
2177 //   * sqrt(Nroot(x)) -> pow(x,1/(2*N))
2178 //   * sqrt(pow(x,y)) -> pow(|x|,y*0.5)
2179 //
2180 // stpcpy:
2181 //   * stpcpy(str, "literal") ->
2182 //           llvm.memcpy(str,"literal",strlen("literal")+1,1)
2183 // strrchr:
2184 //   * strrchr(s,c) -> reverse_offset_of_in(c,s)
2185 //      (if c is a constant integer and s is a constant string)
2186 //   * strrchr(s1,0) -> strchr(s1,0)
2187 //
2188 // strncat:
2189 //   * strncat(x,y,0) -> x
2190 //   * strncat(x,y,0) -> x (if strlen(y) = 0)
2191 //   * strncat(x,y,l) -> strcat(x,y) (if y and l are constants an l > strlen(y))
2192 //
2193 // strncpy:
2194 //   * strncpy(d,s,0) -> d
2195 //   * strncpy(d,s,l) -> memcpy(d,s,l,1)
2196 //      (if s and l are constants)
2197 //
2198 // strpbrk:
2199 //   * strpbrk(s,a) -> offset_in_for(s,a)
2200 //      (if s and a are both constant strings)
2201 //   * strpbrk(s,"") -> 0
2202 //   * strpbrk(s,a) -> strchr(s,a[0]) (if a is constant string of length 1)
2203 //
2204 // strspn, strcspn:
2205 //   * strspn(s,a)   -> const_int (if both args are constant)
2206 //   * strspn("",a)  -> 0
2207 //   * strspn(s,"")  -> 0
2208 //   * strcspn(s,a)  -> const_int (if both args are constant)
2209 //   * strcspn("",a) -> 0
2210 //   * strcspn(s,"") -> strlen(a)
2211 //
2212 // strstr:
2213 //   * strstr(x,x)  -> x
2214 //   * strstr(s1,s2) -> offset_of_s2_in(s1)
2215 //       (if s1 and s2 are constant strings)
2216 //
2217 // tan, tanf, tanl:
2218 //   * tan(atan(x)) -> x
2219 //
2220 // trunc, truncf, truncl:
2221 //   * trunc(cnst) -> cnst'
2222 //
2223 //
2224 }