Apply the VISIBILITY_HIDDEN field to the remaining anonymous classes in
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / IPO / SimplifyLibCalls.cpp
1 //===- SimplifyLibCalls.cpp - Optimize specific well-known library calls --===//
2 //
3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
4 //
5 // This file was developed by Reid Spencer and is distributed under the
6 // University of Illinois Open Source License. See LICENSE.TXT for details.
7 //
8 //===----------------------------------------------------------------------===//
9 //
10 // This file implements a module pass that applies a variety of small
11 // optimizations for calls to specific well-known function calls (e.g. runtime
12 // library functions). For example, a call to the function "exit(3)" that
13 // occurs within the main() function can be transformed into a simple "return 3"
14 // instruction. Any optimization that takes this form (replace call to library
15 // function with simpler code that provides the same result) belongs in this
16 // file.
17 //
18 //===----------------------------------------------------------------------===//
19
20 #define DEBUG_TYPE "simplify-libcalls"
21 #include "llvm/Constants.h"
22 #include "llvm/DerivedTypes.h"
23 #include "llvm/Instructions.h"
24 #include "llvm/Module.h"
25 #include "llvm/Pass.h"
26 #include "llvm/ADT/hash_map"
27 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
28 #include "llvm/Config/config.h"
29 #include "llvm/Support/Compiler.h"
30 #include "llvm/Support/Debug.h"
31 #include "llvm/Target/TargetData.h"
32 #include "llvm/Transforms/IPO.h"
33 using namespace llvm;
34
35 /// This statistic keeps track of the total number of library calls that have
36 /// been simplified regardless of which call it is.
37 STATISTIC(SimplifiedLibCalls, "Number of library calls simplified");
38
39 namespace {
40   // Forward declarations
41   class LibCallOptimization;
42   class SimplifyLibCalls;
43   
44 /// This list is populated by the constructor for LibCallOptimization class.
45 /// Therefore all subclasses are registered here at static initialization time
46 /// and this list is what the SimplifyLibCalls pass uses to apply the individual
47 /// optimizations to the call sites.
48 /// @brief The list of optimizations deriving from LibCallOptimization
49 static LibCallOptimization *OptList = 0;
50
51 /// This class is the abstract base class for the set of optimizations that
52 /// corresponds to one library call. The SimplifyLibCalls pass will call the
53 /// ValidateCalledFunction method to ask the optimization if a given Function
54 /// is the kind that the optimization can handle. If the subclass returns true,
55 /// then SImplifyLibCalls will also call the OptimizeCall method to perform,
56 /// or attempt to perform, the optimization(s) for the library call. Otherwise,
57 /// OptimizeCall won't be called. Subclasses are responsible for providing the
58 /// name of the library call (strlen, strcpy, etc.) to the LibCallOptimization
59 /// constructor. This is used to efficiently select which call instructions to
60 /// optimize. The criteria for a "lib call" is "anything with well known
61 /// semantics", typically a library function that is defined by an international
62 /// standard. Because the semantics are well known, the optimizations can
63 /// generally short-circuit actually calling the function if there's a simpler
64 /// way (e.g. strlen(X) can be reduced to a constant if X is a constant global).
65 /// @brief Base class for library call optimizations
66 class VISIBILITY_HIDDEN LibCallOptimization {
67   LibCallOptimization **Prev, *Next;
68   const char *FunctionName; ///< Name of the library call we optimize
69 #ifndef NDEBUG
70   Statistic occurrences; ///< debug statistic (-debug-only=simplify-libcalls)
71 #endif
72 public:
73   /// The \p fname argument must be the name of the library function being
74   /// optimized by the subclass.
75   /// @brief Constructor that registers the optimization.
76   LibCallOptimization(const char *FName, const char *Description)
77     : FunctionName(FName) {
78       
79 #ifndef NDEBUG
80     occurrences.construct("simplify-libcalls", Description);
81 #endif
82     // Register this optimizer in the list of optimizations.
83     Next = OptList;
84     OptList = this;
85     Prev = &OptList;
86     if (Next) Next->Prev = &Next;
87   }
88   
89   /// getNext - All libcall optimizations are chained together into a list,
90   /// return the next one in the list.
91   LibCallOptimization *getNext() { return Next; }
92
93   /// @brief Deregister from the optlist
94   virtual ~LibCallOptimization() {
95     *Prev = Next;
96     if (Next) Next->Prev = Prev;
97   }
98
99   /// The implementation of this function in subclasses should determine if
100   /// \p F is suitable for the optimization. This method is called by
101   /// SimplifyLibCalls::runOnModule to short circuit visiting all the call
102   /// sites of such a function if that function is not suitable in the first
103   /// place.  If the called function is suitabe, this method should return true;
104   /// false, otherwise. This function should also perform any lazy
105   /// initialization that the LibCallOptimization needs to do, if its to return
106   /// true. This avoids doing initialization until the optimizer is actually
107   /// going to be called upon to do some optimization.
108   /// @brief Determine if the function is suitable for optimization
109   virtual bool ValidateCalledFunction(
110     const Function* F,    ///< The function that is the target of call sites
111     SimplifyLibCalls& SLC ///< The pass object invoking us
112   ) = 0;
113
114   /// The implementations of this function in subclasses is the heart of the
115   /// SimplifyLibCalls algorithm. Sublcasses of this class implement
116   /// OptimizeCall to determine if (a) the conditions are right for optimizing
117   /// the call and (b) to perform the optimization. If an action is taken
118   /// against ci, the subclass is responsible for returning true and ensuring
119   /// that ci is erased from its parent.
120   /// @brief Optimize a call, if possible.
121   virtual bool OptimizeCall(
122     CallInst* ci,          ///< The call instruction that should be optimized.
123     SimplifyLibCalls& SLC  ///< The pass object invoking us
124   ) = 0;
125
126   /// @brief Get the name of the library call being optimized
127   const char *getFunctionName() const { return FunctionName; }
128
129   /// @brief Called by SimplifyLibCalls to update the occurrences statistic.
130   void succeeded() {
131 #ifndef NDEBUG
132     DEBUG(++occurrences);
133 #endif
134   }
135 };
136
137 /// This class is an LLVM Pass that applies each of the LibCallOptimization
138 /// instances to all the call sites in a module, relatively efficiently. The
139 /// purpose of this pass is to provide optimizations for calls to well-known
140 /// functions with well-known semantics, such as those in the c library. The
141 /// class provides the basic infrastructure for handling runOnModule.  Whenever
142 /// this pass finds a function call, it asks the appropriate optimizer to
143 /// validate the call (ValidateLibraryCall). If it is validated, then
144 /// the OptimizeCall method is also called.
145 /// @brief A ModulePass for optimizing well-known function calls.
146 class VISIBILITY_HIDDEN SimplifyLibCalls : public ModulePass {
147 public:
148   /// We need some target data for accurate signature details that are
149   /// target dependent. So we require target data in our AnalysisUsage.
150   /// @brief Require TargetData from AnalysisUsage.
151   virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage& Info) const {
152     // Ask that the TargetData analysis be performed before us so we can use
153     // the target data.
154     Info.addRequired<TargetData>();
155   }
156
157   /// For this pass, process all of the function calls in the module, calling
158   /// ValidateLibraryCall and OptimizeCall as appropriate.
159   /// @brief Run all the lib call optimizations on a Module.
160   virtual bool runOnModule(Module &M) {
161     reset(M);
162
163     bool result = false;
164     hash_map<std::string, LibCallOptimization*> OptznMap;
165     for (LibCallOptimization *Optzn = OptList; Optzn; Optzn = Optzn->getNext())
166       OptznMap[Optzn->getFunctionName()] = Optzn;
167
168     // The call optimizations can be recursive. That is, the optimization might
169     // generate a call to another function which can also be optimized. This way
170     // we make the LibCallOptimization instances very specific to the case they
171     // handle. It also means we need to keep running over the function calls in
172     // the module until we don't get any more optimizations possible.
173     bool found_optimization = false;
174     do {
175       found_optimization = false;
176       for (Module::iterator FI = M.begin(), FE = M.end(); FI != FE; ++FI) {
177         // All the "well-known" functions are external and have external linkage
178         // because they live in a runtime library somewhere and were (probably)
179         // not compiled by LLVM.  So, we only act on external functions that
180         // have external or dllimport linkage and non-empty uses.
181         if (!FI->isDeclaration() ||
182             !(FI->hasExternalLinkage() || FI->hasDLLImportLinkage()) ||
183             FI->use_empty())
184           continue;
185
186         // Get the optimization class that pertains to this function
187         hash_map<std::string, LibCallOptimization*>::iterator OMI =
188           OptznMap.find(FI->getName());
189         if (OMI == OptznMap.end()) continue;
190         
191         LibCallOptimization *CO = OMI->second;
192
193         // Make sure the called function is suitable for the optimization
194         if (!CO->ValidateCalledFunction(FI, *this))
195           continue;
196
197         // Loop over each of the uses of the function
198         for (Value::use_iterator UI = FI->use_begin(), UE = FI->use_end();
199              UI != UE ; ) {
200           // If the use of the function is a call instruction
201           if (CallInst* CI = dyn_cast<CallInst>(*UI++)) {
202             // Do the optimization on the LibCallOptimization.
203             if (CO->OptimizeCall(CI, *this)) {
204               ++SimplifiedLibCalls;
205               found_optimization = result = true;
206               CO->succeeded();
207             }
208           }
209         }
210       }
211     } while (found_optimization);
212     
213     return result;
214   }
215
216   /// @brief Return the *current* module we're working on.
217   Module* getModule() const { return M; }
218
219   /// @brief Return the *current* target data for the module we're working on.
220   TargetData* getTargetData() const { return TD; }
221
222   /// @brief Return the size_t type -- syntactic shortcut
223   const Type* getIntPtrType() const { return TD->getIntPtrType(); }
224
225   /// @brief Return a Function* for the putchar libcall
226   Constant *get_putchar() {
227     if (!putchar_func)
228       putchar_func = 
229         M->getOrInsertFunction("putchar", Type::Int32Ty, Type::Int32Ty, NULL);
230     return putchar_func;
231   }
232
233   /// @brief Return a Function* for the puts libcall
234   Constant *get_puts() {
235     if (!puts_func)
236       puts_func = M->getOrInsertFunction("puts", Type::Int32Ty,
237                                          PointerType::get(Type::Int8Ty),
238                                          NULL);
239     return puts_func;
240   }
241
242   /// @brief Return a Function* for the fputc libcall
243   Constant *get_fputc(const Type* FILEptr_type) {
244     if (!fputc_func)
245       fputc_func = M->getOrInsertFunction("fputc", Type::Int32Ty, Type::Int32Ty,
246                                           FILEptr_type, NULL);
247     return fputc_func;
248   }
249
250   /// @brief Return a Function* for the fputs libcall
251   Constant *get_fputs(const Type* FILEptr_type) {
252     if (!fputs_func)
253       fputs_func = M->getOrInsertFunction("fputs", Type::Int32Ty,
254                                           PointerType::get(Type::Int8Ty),
255                                           FILEptr_type, NULL);
256     return fputs_func;
257   }
258
259   /// @brief Return a Function* for the fwrite libcall
260   Constant *get_fwrite(const Type* FILEptr_type) {
261     if (!fwrite_func)
262       fwrite_func = M->getOrInsertFunction("fwrite", TD->getIntPtrType(),
263                                            PointerType::get(Type::Int8Ty),
264                                            TD->getIntPtrType(),
265                                            TD->getIntPtrType(),
266                                            FILEptr_type, NULL);
267     return fwrite_func;
268   }
269
270   /// @brief Return a Function* for the sqrt libcall
271   Constant *get_sqrt() {
272     if (!sqrt_func)
273       sqrt_func = M->getOrInsertFunction("sqrt", Type::DoubleTy, 
274                                          Type::DoubleTy, NULL);
275     return sqrt_func;
276   }
277
278   /// @brief Return a Function* for the strcpy libcall
279   Constant *get_strcpy() {
280     if (!strcpy_func)
281       strcpy_func = M->getOrInsertFunction("strcpy",
282                                            PointerType::get(Type::Int8Ty),
283                                            PointerType::get(Type::Int8Ty),
284                                            PointerType::get(Type::Int8Ty),
285                                            NULL);
286     return strcpy_func;
287   }
288
289   /// @brief Return a Function* for the strlen libcall
290   Constant *get_strlen() {
291     if (!strlen_func)
292       strlen_func = M->getOrInsertFunction("strlen", TD->getIntPtrType(),
293                                            PointerType::get(Type::Int8Ty),
294                                            NULL);
295     return strlen_func;
296   }
297
298   /// @brief Return a Function* for the memchr libcall
299   Constant *get_memchr() {
300     if (!memchr_func)
301       memchr_func = M->getOrInsertFunction("memchr",
302                                            PointerType::get(Type::Int8Ty),
303                                            PointerType::get(Type::Int8Ty),
304                                            Type::Int32Ty, TD->getIntPtrType(),
305                                            NULL);
306     return memchr_func;
307   }
308
309   /// @brief Return a Function* for the memcpy libcall
310   Constant *get_memcpy() {
311     if (!memcpy_func) {
312       const Type *SBP = PointerType::get(Type::Int8Ty);
313       const char *N = TD->getIntPtrType() == Type::Int32Ty ?
314                             "llvm.memcpy.i32" : "llvm.memcpy.i64";
315       memcpy_func = M->getOrInsertFunction(N, Type::VoidTy, SBP, SBP,
316                                            TD->getIntPtrType(), Type::Int32Ty,
317                                            NULL);
318     }
319     return memcpy_func;
320   }
321
322   Constant *getUnaryFloatFunction(const char *Name, Constant *&Cache) {
323     if (!Cache)
324       Cache = M->getOrInsertFunction(Name, Type::FloatTy, Type::FloatTy, NULL);
325     return Cache;
326   }
327   
328   Constant *get_floorf() { return getUnaryFloatFunction("floorf", floorf_func);}
329   Constant *get_ceilf()  { return getUnaryFloatFunction( "ceilf",  ceilf_func);}
330   Constant *get_roundf() { return getUnaryFloatFunction("roundf", roundf_func);}
331   Constant *get_rintf()  { return getUnaryFloatFunction( "rintf",  rintf_func);}
332   Constant *get_nearbyintf() { return getUnaryFloatFunction("nearbyintf",
333                                                             nearbyintf_func); }
334 private:
335   /// @brief Reset our cached data for a new Module
336   void reset(Module& mod) {
337     M = &mod;
338     TD = &getAnalysis<TargetData>();
339     putchar_func = 0;
340     puts_func = 0;
341     fputc_func = 0;
342     fputs_func = 0;
343     fwrite_func = 0;
344     memcpy_func = 0;
345     memchr_func = 0;
346     sqrt_func   = 0;
347     strcpy_func = 0;
348     strlen_func = 0;
349     floorf_func = 0;
350     ceilf_func = 0;
351     roundf_func = 0;
352     rintf_func = 0;
353     nearbyintf_func = 0;
354   }
355
356 private:
357   /// Caches for function pointers.
358   Constant *putchar_func, *puts_func;
359   Constant *fputc_func, *fputs_func, *fwrite_func;
360   Constant *memcpy_func, *memchr_func;
361   Constant *sqrt_func;
362   Constant *strcpy_func, *strlen_func;
363   Constant *floorf_func, *ceilf_func, *roundf_func;
364   Constant *rintf_func, *nearbyintf_func;
365   Module *M;             ///< Cached Module
366   TargetData *TD;        ///< Cached TargetData
367 };
368
369 // Register the pass
370 RegisterPass<SimplifyLibCalls>
371 X("simplify-libcalls", "Simplify well-known library calls");
372
373 } // anonymous namespace
374
375 // The only public symbol in this file which just instantiates the pass object
376 ModulePass *llvm::createSimplifyLibCallsPass() {
377   return new SimplifyLibCalls();
378 }
379
380 // Classes below here, in the anonymous namespace, are all subclasses of the
381 // LibCallOptimization class, each implementing all optimizations possible for a
382 // single well-known library call. Each has a static singleton instance that
383 // auto registers it into the "optlist" global above.
384 namespace {
385
386 // Forward declare utility functions.
387 static bool getConstantStringLength(Value* V, uint64_t& len, 
388                                     ConstantArray** A = 0 );
389 static Value *CastToCStr(Value *V, Instruction &IP);
390
391 /// This LibCallOptimization will find instances of a call to "exit" that occurs
392 /// within the "main" function and change it to a simple "ret" instruction with
393 /// the same value passed to the exit function. When this is done, it splits the
394 /// basic block at the exit(3) call and deletes the call instruction.
395 /// @brief Replace calls to exit in main with a simple return
396 struct VISIBILITY_HIDDEN ExitInMainOptimization : public LibCallOptimization {
397   ExitInMainOptimization() : LibCallOptimization("exit",
398       "Number of 'exit' calls simplified") {}
399
400   // Make sure the called function looks like exit (int argument, int return
401   // type, external linkage, not varargs).
402   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function *F, SimplifyLibCalls &SLC){
403     return F->arg_size() >= 1 && F->arg_begin()->getType()->isInteger();
404   }
405
406   virtual bool OptimizeCall(CallInst* ci, SimplifyLibCalls& SLC) {
407     // To be careful, we check that the call to exit is coming from "main", that
408     // main has external linkage, and the return type of main and the argument
409     // to exit have the same type.
410     Function *from = ci->getParent()->getParent();
411     if (from->hasExternalLinkage())
412       if (from->getReturnType() == ci->getOperand(1)->getType())
413         if (from->getName() == "main") {
414           // Okay, time to actually do the optimization. First, get the basic
415           // block of the call instruction
416           BasicBlock* bb = ci->getParent();
417
418           // Create a return instruction that we'll replace the call with.
419           // Note that the argument of the return is the argument of the call
420           // instruction.
421           new ReturnInst(ci->getOperand(1), ci);
422
423           // Split the block at the call instruction which places it in a new
424           // basic block.
425           bb->splitBasicBlock(ci);
426
427           // The block split caused a branch instruction to be inserted into
428           // the end of the original block, right after the return instruction
429           // that we put there. That's not a valid block, so delete the branch
430           // instruction.
431           bb->getInstList().pop_back();
432
433           // Now we can finally get rid of the call instruction which now lives
434           // in the new basic block.
435           ci->eraseFromParent();
436
437           // Optimization succeeded, return true.
438           return true;
439         }
440     // We didn't pass the criteria for this optimization so return false
441     return false;
442   }
443 } ExitInMainOptimizer;
444
445 /// This LibCallOptimization will simplify a call to the strcat library
446 /// function. The simplification is possible only if the string being
447 /// concatenated is a constant array or a constant expression that results in
448 /// a constant string. In this case we can replace it with strlen + llvm.memcpy
449 /// of the constant string. Both of these calls are further reduced, if possible
450 /// on subsequent passes.
451 /// @brief Simplify the strcat library function.
452 struct VISIBILITY_HIDDEN StrCatOptimization : public LibCallOptimization {
453 public:
454   /// @brief Default constructor
455   StrCatOptimization() : LibCallOptimization("strcat",
456       "Number of 'strcat' calls simplified") {}
457
458 public:
459
460   /// @brief Make sure that the "strcat" function has the right prototype
461   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function* f, SimplifyLibCalls& SLC){
462     if (f->getReturnType() == PointerType::get(Type::Int8Ty))
463       if (f->arg_size() == 2)
464       {
465         Function::const_arg_iterator AI = f->arg_begin();
466         if (AI++->getType() == PointerType::get(Type::Int8Ty))
467           if (AI->getType() == PointerType::get(Type::Int8Ty))
468           {
469             // Indicate this is a suitable call type.
470             return true;
471           }
472       }
473     return false;
474   }
475
476   /// @brief Optimize the strcat library function
477   virtual bool OptimizeCall(CallInst* ci, SimplifyLibCalls& SLC) {
478     // Extract some information from the instruction
479     Value* dest = ci->getOperand(1);
480     Value* src  = ci->getOperand(2);
481
482     // Extract the initializer (while making numerous checks) from the
483     // source operand of the call to strcat. If we get null back, one of
484     // a variety of checks in get_GVInitializer failed
485     uint64_t len = 0;
486     if (!getConstantStringLength(src,len))
487       return false;
488
489     // Handle the simple, do-nothing case
490     if (len == 0) {
491       ci->replaceAllUsesWith(dest);
492       ci->eraseFromParent();
493       return true;
494     }
495
496     // Increment the length because we actually want to memcpy the null
497     // terminator as well.
498     len++;
499
500     // We need to find the end of the destination string.  That's where the
501     // memory is to be moved to. We just generate a call to strlen (further
502     // optimized in another pass).  Note that the SLC.get_strlen() call
503     // caches the Function* for us.
504     CallInst* strlen_inst =
505       new CallInst(SLC.get_strlen(), dest, dest->getName()+".len",ci);
506
507     // Now that we have the destination's length, we must index into the
508     // destination's pointer to get the actual memcpy destination (end of
509     // the string .. we're concatenating).
510     GetElementPtrInst* gep =
511       new GetElementPtrInst(dest, strlen_inst, 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::Int32Ty,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 VISIBILITY_HIDDEN 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::Int8Ty) &&
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) {
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       Constant *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       Value* Idx = ConstantInt::get(Type::Int64Ty,offset);
600       GetElementPtrInst* GEP = new GetElementPtrInst(ci->getOperand(1), Idx, 
601           ci->getOperand(1)->getName()+".strchr",ci);
602       ci->replaceAllUsesWith(GEP);
603     } else {
604       ci->replaceAllUsesWith(
605           ConstantPointerNull::get(PointerType::get(Type::Int8Ty)));
606     }
607     ci->eraseFromParent();
608     return true;
609   }
610 } StrChrOptimizer;
611
612 /// This LibCallOptimization will simplify a call to the strcmp library
613 /// function.  It optimizes out cases where one or both arguments are constant
614 /// and the result can be determined statically.
615 /// @brief Simplify the strcmp library function.
616 struct VISIBILITY_HIDDEN StrCmpOptimization : public LibCallOptimization {
617 public:
618   StrCmpOptimization() : LibCallOptimization("strcmp",
619       "Number of 'strcmp' calls simplified") {}
620
621   /// @brief Make sure that the "strcmp" function has the right prototype
622   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function *F, SimplifyLibCalls &SLC){
623     return F->getReturnType() == Type::Int32Ty && F->arg_size() == 2;
624   }
625
626   /// @brief Perform the strcmp optimization
627   virtual bool OptimizeCall(CallInst* ci, SimplifyLibCalls& SLC) {
628     // First, check to see if src and destination are the same. If they are,
629     // then the optimization is to replace the CallInst with a constant 0
630     // because the call is a no-op.
631     Value* s1 = ci->getOperand(1);
632     Value* s2 = ci->getOperand(2);
633     if (s1 == s2) {
634       // strcmp(x,x)  -> 0
635       ci->replaceAllUsesWith(ConstantInt::get(Type::Int32Ty,0));
636       ci->eraseFromParent();
637       return true;
638     }
639
640     bool isstr_1 = false;
641     uint64_t len_1 = 0;
642     ConstantArray* A1;
643     if (getConstantStringLength(s1,len_1,&A1)) {
644       isstr_1 = true;
645       if (len_1 == 0) {
646         // strcmp("",x) -> *x
647         LoadInst* load =
648           new LoadInst(CastToCStr(s2,*ci), ci->getName()+".load",ci);
649         CastInst* cast =
650           CastInst::create(Instruction::SExt, load, Type::Int32Ty, 
651                            ci->getName()+".int", ci);
652         ci->replaceAllUsesWith(cast);
653         ci->eraseFromParent();
654         return true;
655       }
656     }
657
658     bool isstr_2 = false;
659     uint64_t len_2 = 0;
660     ConstantArray* A2;
661     if (getConstantStringLength(s2, len_2, &A2)) {
662       isstr_2 = true;
663       if (len_2 == 0) {
664         // strcmp(x,"") -> *x
665         LoadInst* load =
666           new LoadInst(CastToCStr(s1,*ci),ci->getName()+".val",ci);
667         CastInst* cast =
668           CastInst::create(Instruction::SExt, load, Type::Int32Ty, 
669                            ci->getName()+".int", ci);
670         ci->replaceAllUsesWith(cast);
671         ci->eraseFromParent();
672         return true;
673       }
674     }
675
676     if (isstr_1 && isstr_2) {
677       // strcmp(x,y)  -> cnst  (if both x and y are constant strings)
678       std::string str1 = A1->getAsString();
679       std::string str2 = A2->getAsString();
680       int result = strcmp(str1.c_str(), str2.c_str());
681       ci->replaceAllUsesWith(ConstantInt::get(Type::Int32Ty,result));
682       ci->eraseFromParent();
683       return true;
684     }
685     return false;
686   }
687 } StrCmpOptimizer;
688
689 /// This LibCallOptimization will simplify a call to the strncmp library
690 /// function.  It optimizes out cases where one or both arguments are constant
691 /// and the result can be determined statically.
692 /// @brief Simplify the strncmp library function.
693 struct VISIBILITY_HIDDEN StrNCmpOptimization : public LibCallOptimization {
694 public:
695   StrNCmpOptimization() : LibCallOptimization("strncmp",
696       "Number of 'strncmp' calls simplified") {}
697
698   /// @brief Make sure that the "strncmp" function has the right prototype
699   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function* f, SimplifyLibCalls& SLC){
700     if (f->getReturnType() == Type::Int32Ty && f->arg_size() == 3)
701       return true;
702     return false;
703   }
704
705   /// @brief Perform the strncpy optimization
706   virtual bool OptimizeCall(CallInst *ci, SimplifyLibCalls &SLC) {
707     // First, check to see if src and destination are the same. If they are,
708     // then the optimization is to replace the CallInst with a constant 0
709     // because the call is a no-op.
710     Value* s1 = ci->getOperand(1);
711     Value* s2 = ci->getOperand(2);
712     if (s1 == s2) {
713       // strncmp(x,x,l)  -> 0
714       ci->replaceAllUsesWith(ConstantInt::get(Type::Int32Ty,0));
715       ci->eraseFromParent();
716       return true;
717     }
718
719     // Check the length argument, if it is Constant zero then the strings are
720     // considered equal.
721     uint64_t len_arg = 0;
722     bool len_arg_is_const = false;
723     if (ConstantInt* len_CI = dyn_cast<ConstantInt>(ci->getOperand(3))) {
724       len_arg_is_const = true;
725       len_arg = len_CI->getZExtValue();
726       if (len_arg == 0) {
727         // strncmp(x,y,0)   -> 0
728         ci->replaceAllUsesWith(ConstantInt::get(Type::Int32Ty,0));
729         ci->eraseFromParent();
730         return true;
731       }
732     }
733
734     bool isstr_1 = false;
735     uint64_t len_1 = 0;
736     ConstantArray* A1;
737     if (getConstantStringLength(s1, len_1, &A1)) {
738       isstr_1 = true;
739       if (len_1 == 0) {
740         // strncmp("",x) -> *x
741         LoadInst* load = new LoadInst(s1,ci->getName()+".load",ci);
742         CastInst* cast =
743           CastInst::create(Instruction::SExt, load, Type::Int32Ty, 
744                            ci->getName()+".int", ci);
745         ci->replaceAllUsesWith(cast);
746         ci->eraseFromParent();
747         return true;
748       }
749     }
750
751     bool isstr_2 = false;
752     uint64_t len_2 = 0;
753     ConstantArray* A2;
754     if (getConstantStringLength(s2,len_2,&A2)) {
755       isstr_2 = true;
756       if (len_2 == 0) {
757         // strncmp(x,"") -> *x
758         LoadInst* load = new LoadInst(s2,ci->getName()+".val",ci);
759         CastInst* cast =
760           CastInst::create(Instruction::SExt, load, Type::Int32Ty, 
761                            ci->getName()+".int", ci);
762         ci->replaceAllUsesWith(cast);
763         ci->eraseFromParent();
764         return true;
765       }
766     }
767
768     if (isstr_1 && isstr_2 && len_arg_is_const) {
769       // strncmp(x,y,const) -> constant
770       std::string str1 = A1->getAsString();
771       std::string str2 = A2->getAsString();
772       int result = strncmp(str1.c_str(), str2.c_str(), len_arg);
773       ci->replaceAllUsesWith(ConstantInt::get(Type::Int32Ty,result));
774       ci->eraseFromParent();
775       return true;
776     }
777     return false;
778   }
779 } StrNCmpOptimizer;
780
781 /// This LibCallOptimization will simplify a call to the strcpy library
782 /// function.  Two optimizations are possible:
783 /// (1) If src and dest are the same and not volatile, just return dest
784 /// (2) If the src is a constant then we can convert to llvm.memmove
785 /// @brief Simplify the strcpy library function.
786 struct VISIBILITY_HIDDEN StrCpyOptimization : public LibCallOptimization {
787 public:
788   StrCpyOptimization() : LibCallOptimization("strcpy",
789       "Number of 'strcpy' calls simplified") {}
790
791   /// @brief Make sure that the "strcpy" function has the right prototype
792   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function* f, SimplifyLibCalls& SLC){
793     if (f->getReturnType() == PointerType::get(Type::Int8Ty))
794       if (f->arg_size() == 2) {
795         Function::const_arg_iterator AI = f->arg_begin();
796         if (AI++->getType() == PointerType::get(Type::Int8Ty))
797           if (AI->getType() == PointerType::get(Type::Int8Ty)) {
798             // Indicate this is a suitable call type.
799             return true;
800           }
801       }
802     return false;
803   }
804
805   /// @brief Perform the strcpy optimization
806   virtual bool OptimizeCall(CallInst* ci, SimplifyLibCalls& SLC) {
807     // First, check to see if src and destination are the same. If they are,
808     // then the optimization is to replace the CallInst with the destination
809     // because the call is a no-op. Note that this corresponds to the
810     // degenerate strcpy(X,X) case which should have "undefined" results
811     // according to the C specification. However, it occurs sometimes and
812     // we optimize it as a no-op.
813     Value* dest = ci->getOperand(1);
814     Value* src = ci->getOperand(2);
815     if (dest == src) {
816       ci->replaceAllUsesWith(dest);
817       ci->eraseFromParent();
818       return true;
819     }
820
821     // Get the length of the constant string referenced by the second operand,
822     // the "src" parameter. Fail the optimization if we can't get the length
823     // (note that getConstantStringLength does lots of checks to make sure this
824     // is valid).
825     uint64_t len = 0;
826     if (!getConstantStringLength(ci->getOperand(2),len))
827       return false;
828
829     // If the constant string's length is zero we can optimize this by just
830     // doing a store of 0 at the first byte of the destination
831     if (len == 0) {
832       new StoreInst(ConstantInt::get(Type::Int8Ty,0),ci->getOperand(1),ci);
833       ci->replaceAllUsesWith(dest);
834       ci->eraseFromParent();
835       return true;
836     }
837
838     // Increment the length because we actually want to memcpy the null
839     // terminator as well.
840     len++;
841
842     // We have enough information to now generate the memcpy call to
843     // do the concatenation for us.
844     std::vector<Value*> vals;
845     vals.push_back(dest); // destination
846     vals.push_back(src); // source
847     vals.push_back(ConstantInt::get(SLC.getIntPtrType(),len)); // length
848     vals.push_back(ConstantInt::get(Type::Int32Ty,1)); // alignment
849     new CallInst(SLC.get_memcpy(), vals, "", ci);
850
851     // Finally, substitute the first operand of the strcat call for the
852     // strcat call itself since strcat returns its first operand; and,
853     // kill the strcat CallInst.
854     ci->replaceAllUsesWith(dest);
855     ci->eraseFromParent();
856     return true;
857   }
858 } StrCpyOptimizer;
859
860 /// This LibCallOptimization will simplify a call to the strlen library
861 /// function by replacing it with a constant value if the string provided to
862 /// it is a constant array.
863 /// @brief Simplify the strlen library function.
864 struct VISIBILITY_HIDDEN StrLenOptimization : public LibCallOptimization {
865   StrLenOptimization() : LibCallOptimization("strlen",
866       "Number of 'strlen' calls simplified") {}
867
868   /// @brief Make sure that the "strlen" function has the right prototype
869   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function* f, SimplifyLibCalls& SLC)
870   {
871     if (f->getReturnType() == SLC.getTargetData()->getIntPtrType())
872       if (f->arg_size() == 1)
873         if (Function::const_arg_iterator AI = f->arg_begin())
874           if (AI->getType() == PointerType::get(Type::Int8Ty))
875             return true;
876     return false;
877   }
878
879   /// @brief Perform the strlen optimization
880   virtual bool OptimizeCall(CallInst* ci, SimplifyLibCalls& SLC)
881   {
882     // Make sure we're dealing with an sbyte* here.
883     Value* str = ci->getOperand(1);
884     if (str->getType() != PointerType::get(Type::Int8Ty))
885       return false;
886
887     // Does the call to strlen have exactly one use?
888     if (ci->hasOneUse())
889       // Is that single use a icmp operator?
890       if (ICmpInst* bop = dyn_cast<ICmpInst>(ci->use_back()))
891         // Is it compared against a constant integer?
892         if (ConstantInt* CI = dyn_cast<ConstantInt>(bop->getOperand(1)))
893         {
894           // Get the value the strlen result is compared to
895           uint64_t val = CI->getZExtValue();
896
897           // If its compared against length 0 with == or !=
898           if (val == 0 &&
899               (bop->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_EQ ||
900                bop->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_NE))
901           {
902             // strlen(x) != 0 -> *x != 0
903             // strlen(x) == 0 -> *x == 0
904             LoadInst* load = new LoadInst(str,str->getName()+".first",ci);
905             ICmpInst* rbop = new ICmpInst(bop->getPredicate(), load, 
906                                           ConstantInt::get(Type::Int8Ty,0),
907                                           bop->getName()+".strlen", ci);
908             bop->replaceAllUsesWith(rbop);
909             bop->eraseFromParent();
910             ci->eraseFromParent();
911             return true;
912           }
913         }
914
915     // Get the length of the constant string operand
916     uint64_t len = 0;
917     if (!getConstantStringLength(ci->getOperand(1),len))
918       return false;
919
920     // strlen("xyz") -> 3 (for example)
921     const Type *Ty = SLC.getTargetData()->getIntPtrType();
922     ci->replaceAllUsesWith(ConstantInt::get(Ty, len));
923      
924     ci->eraseFromParent();
925     return true;
926   }
927 } StrLenOptimizer;
928
929 /// IsOnlyUsedInEqualsComparison - Return true if it only matters that the value
930 /// is equal or not-equal to zero. 
931 static bool IsOnlyUsedInEqualsZeroComparison(Instruction *I) {
932   for (Value::use_iterator UI = I->use_begin(), E = I->use_end();
933        UI != E; ++UI) {
934     Instruction *User = cast<Instruction>(*UI);
935     if (ICmpInst *IC = dyn_cast<ICmpInst>(User)) {
936       if ((IC->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_NE ||
937            IC->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_EQ) &&
938           isa<Constant>(IC->getOperand(1)) &&
939           cast<Constant>(IC->getOperand(1))->isNullValue())
940         continue;
941     } else if (CastInst *CI = dyn_cast<CastInst>(User))
942       if (CI->getType() == Type::Int1Ty)
943         continue;
944     // Unknown instruction.
945     return false;
946   }
947   return true;
948 }
949
950 /// This memcmpOptimization will simplify a call to the memcmp library
951 /// function.
952 struct VISIBILITY_HIDDEN memcmpOptimization : public LibCallOptimization {
953   /// @brief Default Constructor
954   memcmpOptimization()
955     : LibCallOptimization("memcmp", "Number of 'memcmp' calls simplified") {}
956   
957   /// @brief Make sure that the "memcmp" function has the right prototype
958   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function *F, SimplifyLibCalls &TD) {
959     Function::const_arg_iterator AI = F->arg_begin();
960     if (F->arg_size() != 3 || !isa<PointerType>(AI->getType())) return false;
961     if (!isa<PointerType>((++AI)->getType())) return false;
962     if (!(++AI)->getType()->isInteger()) return false;
963     if (!F->getReturnType()->isInteger()) return false;
964     return true;
965   }
966   
967   /// Because of alignment and instruction information that we don't have, we
968   /// leave the bulk of this to the code generators.
969   ///
970   /// Note that we could do much more if we could force alignment on otherwise
971   /// small aligned allocas, or if we could indicate that loads have a small
972   /// alignment.
973   virtual bool OptimizeCall(CallInst *CI, SimplifyLibCalls &TD) {
974     Value *LHS = CI->getOperand(1), *RHS = CI->getOperand(2);
975
976     // If the two operands are the same, return zero.
977     if (LHS == RHS) {
978       // memcmp(s,s,x) -> 0
979       CI->replaceAllUsesWith(Constant::getNullValue(CI->getType()));
980       CI->eraseFromParent();
981       return true;
982     }
983     
984     // Make sure we have a constant length.
985     ConstantInt *LenC = dyn_cast<ConstantInt>(CI->getOperand(3));
986     if (!LenC) return false;
987     uint64_t Len = LenC->getZExtValue();
988       
989     // If the length is zero, this returns 0.
990     switch (Len) {
991     case 0:
992       // memcmp(s1,s2,0) -> 0
993       CI->replaceAllUsesWith(Constant::getNullValue(CI->getType()));
994       CI->eraseFromParent();
995       return true;
996     case 1: {
997       // memcmp(S1,S2,1) -> *(ubyte*)S1 - *(ubyte*)S2
998       const Type *UCharPtr = PointerType::get(Type::Int8Ty);
999       CastInst *Op1Cast = CastInst::create(
1000           Instruction::BitCast, LHS, UCharPtr, LHS->getName(), CI);
1001       CastInst *Op2Cast = CastInst::create(
1002           Instruction::BitCast, RHS, UCharPtr, RHS->getName(), CI);
1003       Value *S1V = new LoadInst(Op1Cast, LHS->getName()+".val", CI);
1004       Value *S2V = new LoadInst(Op2Cast, RHS->getName()+".val", CI);
1005       Value *RV = BinaryOperator::createSub(S1V, S2V, CI->getName()+".diff",CI);
1006       if (RV->getType() != CI->getType())
1007         RV = CastInst::createIntegerCast(RV, CI->getType(), false, 
1008                                          RV->getName(), CI);
1009       CI->replaceAllUsesWith(RV);
1010       CI->eraseFromParent();
1011       return true;
1012     }
1013     case 2:
1014       if (IsOnlyUsedInEqualsZeroComparison(CI)) {
1015         // TODO: IF both are aligned, use a short load/compare.
1016       
1017         // memcmp(S1,S2,2) -> S1[0]-S2[0] | S1[1]-S2[1] iff only ==/!= 0 matters
1018         const Type *UCharPtr = PointerType::get(Type::Int8Ty);
1019         CastInst *Op1Cast = CastInst::create(
1020             Instruction::BitCast, LHS, UCharPtr, LHS->getName(), CI);
1021         CastInst *Op2Cast = CastInst::create(
1022             Instruction::BitCast, RHS, UCharPtr, RHS->getName(), CI);
1023         Value *S1V1 = new LoadInst(Op1Cast, LHS->getName()+".val1", CI);
1024         Value *S2V1 = new LoadInst(Op2Cast, RHS->getName()+".val1", CI);
1025         Value *D1 = BinaryOperator::createSub(S1V1, S2V1,
1026                                               CI->getName()+".d1", CI);
1027         Constant *One = ConstantInt::get(Type::Int32Ty, 1);
1028         Value *G1 = new GetElementPtrInst(Op1Cast, One, "next1v", CI);
1029         Value *G2 = new GetElementPtrInst(Op2Cast, One, "next2v", CI);
1030         Value *S1V2 = new LoadInst(G1, LHS->getName()+".val2", CI);
1031         Value *S2V2 = new LoadInst(G2, RHS->getName()+".val2", CI);
1032         Value *D2 = BinaryOperator::createSub(S1V2, S2V2,
1033                                               CI->getName()+".d1", CI);
1034         Value *Or = BinaryOperator::createOr(D1, D2, CI->getName()+".res", CI);
1035         if (Or->getType() != CI->getType())
1036           Or = CastInst::createIntegerCast(Or, CI->getType(), false /*ZExt*/, 
1037                                            Or->getName(), CI);
1038         CI->replaceAllUsesWith(Or);
1039         CI->eraseFromParent();
1040         return true;
1041       }
1042       break;
1043     default:
1044       break;
1045     }
1046     
1047     return false;
1048   }
1049 } memcmpOptimizer;
1050
1051
1052 /// This LibCallOptimization will simplify a call to the memcpy library
1053 /// function by expanding it out to a single store of size 0, 1, 2, 4, or 8
1054 /// bytes depending on the length of the string and the alignment. Additional
1055 /// optimizations are possible in code generation (sequence of immediate store)
1056 /// @brief Simplify the memcpy library function.
1057 struct VISIBILITY_HIDDEN LLVMMemCpyMoveOptzn : public LibCallOptimization {
1058   LLVMMemCpyMoveOptzn(const char* fname, const char* desc)
1059   : LibCallOptimization(fname, desc) {}
1060
1061   /// @brief Make sure that the "memcpy" function has the right prototype
1062   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function* f, SimplifyLibCalls& TD) {
1063     // Just make sure this has 4 arguments per LLVM spec.
1064     return (f->arg_size() == 4);
1065   }
1066
1067   /// Because of alignment and instruction information that we don't have, we
1068   /// leave the bulk of this to the code generators. The optimization here just
1069   /// deals with a few degenerate cases where the length of the string and the
1070   /// alignment match the sizes of our intrinsic types so we can do a load and
1071   /// store instead of the memcpy call.
1072   /// @brief Perform the memcpy optimization.
1073   virtual bool OptimizeCall(CallInst* ci, SimplifyLibCalls& TD) {
1074     // Make sure we have constant int values to work with
1075     ConstantInt* LEN = dyn_cast<ConstantInt>(ci->getOperand(3));
1076     if (!LEN)
1077       return false;
1078     ConstantInt* ALIGN = dyn_cast<ConstantInt>(ci->getOperand(4));
1079     if (!ALIGN)
1080       return false;
1081
1082     // If the length is larger than the alignment, we can't optimize
1083     uint64_t len = LEN->getZExtValue();
1084     uint64_t alignment = ALIGN->getZExtValue();
1085     if (alignment == 0)
1086       alignment = 1; // Alignment 0 is identity for alignment 1
1087     if (len > alignment)
1088       return false;
1089
1090     // Get the type we will cast to, based on size of the string
1091     Value* dest = ci->getOperand(1);
1092     Value* src = ci->getOperand(2);
1093     const Type* castType = 0;
1094     switch (len)
1095     {
1096       case 0:
1097         // memcpy(d,s,0,a) -> noop
1098         ci->eraseFromParent();
1099         return true;
1100       case 1: castType = Type::Int8Ty; break;
1101       case 2: castType = Type::Int16Ty; break;
1102       case 4: castType = Type::Int32Ty; break;
1103       case 8: castType = Type::Int64Ty; break;
1104       default:
1105         return false;
1106     }
1107
1108     // Cast source and dest to the right sized primitive and then load/store
1109     CastInst* SrcCast = CastInst::create(Instruction::BitCast,
1110         src, PointerType::get(castType), src->getName()+".cast", ci);
1111     CastInst* DestCast = CastInst::create(Instruction::BitCast,
1112         dest, PointerType::get(castType),dest->getName()+".cast", ci);
1113     LoadInst* LI = new LoadInst(SrcCast,SrcCast->getName()+".val",ci);
1114     new StoreInst(LI, DestCast, ci);
1115     ci->eraseFromParent();
1116     return true;
1117   }
1118 };
1119
1120 /// This LibCallOptimization will simplify a call to the memcpy/memmove library
1121 /// functions.
1122 LLVMMemCpyMoveOptzn LLVMMemCpyOptimizer32("llvm.memcpy.i32",
1123                                     "Number of 'llvm.memcpy' calls simplified");
1124 LLVMMemCpyMoveOptzn LLVMMemCpyOptimizer64("llvm.memcpy.i64",
1125                                    "Number of 'llvm.memcpy' calls simplified");
1126 LLVMMemCpyMoveOptzn LLVMMemMoveOptimizer32("llvm.memmove.i32",
1127                                    "Number of 'llvm.memmove' calls simplified");
1128 LLVMMemCpyMoveOptzn LLVMMemMoveOptimizer64("llvm.memmove.i64",
1129                                    "Number of 'llvm.memmove' calls simplified");
1130
1131 /// This LibCallOptimization will simplify a call to the memset library
1132 /// function by expanding it out to a single store of size 0, 1, 2, 4, or 8
1133 /// bytes depending on the length argument.
1134 struct VISIBILITY_HIDDEN LLVMMemSetOptimization : public LibCallOptimization {
1135   /// @brief Default Constructor
1136   LLVMMemSetOptimization(const char *Name) : LibCallOptimization(Name,
1137       "Number of 'llvm.memset' calls simplified") {}
1138
1139   /// @brief Make sure that the "memset" function has the right prototype
1140   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function *F, SimplifyLibCalls &TD) {
1141     // Just make sure this has 3 arguments per LLVM spec.
1142     return F->arg_size() == 4;
1143   }
1144
1145   /// Because of alignment and instruction information that we don't have, we
1146   /// leave the bulk of this to the code generators. The optimization here just
1147   /// deals with a few degenerate cases where the length parameter is constant
1148   /// and the alignment matches the sizes of our intrinsic types so we can do
1149   /// store instead of the memcpy call. Other calls are transformed into the
1150   /// llvm.memset intrinsic.
1151   /// @brief Perform the memset optimization.
1152   virtual bool OptimizeCall(CallInst *ci, SimplifyLibCalls &TD) {
1153     // Make sure we have constant int values to work with
1154     ConstantInt* LEN = dyn_cast<ConstantInt>(ci->getOperand(3));
1155     if (!LEN)
1156       return false;
1157     ConstantInt* ALIGN = dyn_cast<ConstantInt>(ci->getOperand(4));
1158     if (!ALIGN)
1159       return false;
1160
1161     // Extract the length and alignment
1162     uint64_t len = LEN->getZExtValue();
1163     uint64_t alignment = ALIGN->getZExtValue();
1164
1165     // Alignment 0 is identity for alignment 1
1166     if (alignment == 0)
1167       alignment = 1;
1168
1169     // If the length is zero, this is a no-op
1170     if (len == 0) {
1171       // memset(d,c,0,a) -> noop
1172       ci->eraseFromParent();
1173       return true;
1174     }
1175
1176     // If the length is larger than the alignment, we can't optimize
1177     if (len > alignment)
1178       return false;
1179
1180     // Make sure we have a constant ubyte to work with so we can extract
1181     // the value to be filled.
1182     ConstantInt* FILL = dyn_cast<ConstantInt>(ci->getOperand(2));
1183     if (!FILL)
1184       return false;
1185     if (FILL->getType() != Type::Int8Ty)
1186       return false;
1187
1188     // memset(s,c,n) -> store s, c (for n=1,2,4,8)
1189
1190     // Extract the fill character
1191     uint64_t fill_char = FILL->getZExtValue();
1192     uint64_t fill_value = fill_char;
1193
1194     // Get the type we will cast to, based on size of memory area to fill, and
1195     // and the value we will store there.
1196     Value* dest = ci->getOperand(1);
1197     const Type* castType = 0;
1198     switch (len) {
1199       case 1:
1200         castType = Type::Int8Ty;
1201         break;
1202       case 2:
1203         castType = Type::Int16Ty;
1204         fill_value |= fill_char << 8;
1205         break;
1206       case 4:
1207         castType = Type::Int32Ty;
1208         fill_value |= fill_char << 8 | fill_char << 16 | fill_char << 24;
1209         break;
1210       case 8:
1211         castType = Type::Int64Ty;
1212         fill_value |= fill_char << 8 | fill_char << 16 | fill_char << 24;
1213         fill_value |= fill_char << 32 | fill_char << 40 | fill_char << 48;
1214         fill_value |= fill_char << 56;
1215         break;
1216       default:
1217         return false;
1218     }
1219
1220     // Cast dest to the right sized primitive and then load/store
1221     CastInst* DestCast = new BitCastInst(dest, PointerType::get(castType), 
1222                                          dest->getName()+".cast", ci);
1223     new StoreInst(ConstantInt::get(castType,fill_value),DestCast, ci);
1224     ci->eraseFromParent();
1225     return true;
1226   }
1227 };
1228
1229 LLVMMemSetOptimization MemSet32Optimizer("llvm.memset.i32");
1230 LLVMMemSetOptimization MemSet64Optimizer("llvm.memset.i64");
1231
1232
1233 /// This LibCallOptimization will simplify calls to the "pow" library
1234 /// function. It looks for cases where the result of pow is well known and
1235 /// substitutes the appropriate value.
1236 /// @brief Simplify the pow library function.
1237 struct VISIBILITY_HIDDEN PowOptimization : public LibCallOptimization {
1238 public:
1239   /// @brief Default Constructor
1240   PowOptimization() : LibCallOptimization("pow",
1241       "Number of 'pow' calls simplified") {}
1242
1243   /// @brief Make sure that the "pow" function has the right prototype
1244   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function* f, SimplifyLibCalls& SLC){
1245     // Just make sure this has 2 arguments
1246     return (f->arg_size() == 2);
1247   }
1248
1249   /// @brief Perform the pow optimization.
1250   virtual bool OptimizeCall(CallInst *ci, SimplifyLibCalls &SLC) {
1251     const Type *Ty = cast<Function>(ci->getOperand(0))->getReturnType();
1252     Value* base = ci->getOperand(1);
1253     Value* expn = ci->getOperand(2);
1254     if (ConstantFP *Op1 = dyn_cast<ConstantFP>(base)) {
1255       double Op1V = Op1->getValue();
1256       if (Op1V == 1.0) {
1257         // pow(1.0,x) -> 1.0
1258         ci->replaceAllUsesWith(ConstantFP::get(Ty,1.0));
1259         ci->eraseFromParent();
1260         return true;
1261       }
1262     }  else if (ConstantFP* Op2 = dyn_cast<ConstantFP>(expn)) {
1263       double Op2V = Op2->getValue();
1264       if (Op2V == 0.0) {
1265         // pow(x,0.0) -> 1.0
1266         ci->replaceAllUsesWith(ConstantFP::get(Ty,1.0));
1267         ci->eraseFromParent();
1268         return true;
1269       } else if (Op2V == 0.5) {
1270         // pow(x,0.5) -> sqrt(x)
1271         CallInst* sqrt_inst = new CallInst(SLC.get_sqrt(), base,
1272             ci->getName()+".pow",ci);
1273         ci->replaceAllUsesWith(sqrt_inst);
1274         ci->eraseFromParent();
1275         return true;
1276       } else if (Op2V == 1.0) {
1277         // pow(x,1.0) -> x
1278         ci->replaceAllUsesWith(base);
1279         ci->eraseFromParent();
1280         return true;
1281       } else if (Op2V == -1.0) {
1282         // pow(x,-1.0)    -> 1.0/x
1283         BinaryOperator* div_inst= BinaryOperator::createFDiv(
1284           ConstantFP::get(Ty,1.0), base, ci->getName()+".pow", ci);
1285         ci->replaceAllUsesWith(div_inst);
1286         ci->eraseFromParent();
1287         return true;
1288       }
1289     }
1290     return false; // opt failed
1291   }
1292 } PowOptimizer;
1293
1294 /// This LibCallOptimization will simplify calls to the "printf" library
1295 /// function. It looks for cases where the result of printf is not used and the
1296 /// operation can be reduced to something simpler.
1297 /// @brief Simplify the printf library function.
1298 struct VISIBILITY_HIDDEN PrintfOptimization : public LibCallOptimization {
1299 public:
1300   /// @brief Default Constructor
1301   PrintfOptimization() : LibCallOptimization("printf",
1302       "Number of 'printf' calls simplified") {}
1303
1304   /// @brief Make sure that the "printf" function has the right prototype
1305   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function* f, SimplifyLibCalls& SLC){
1306     // Just make sure this has at least 1 arguments
1307     return (f->arg_size() >= 1);
1308   }
1309
1310   /// @brief Perform the printf optimization.
1311   virtual bool OptimizeCall(CallInst* ci, SimplifyLibCalls& SLC) {
1312     // If the call has more than 2 operands, we can't optimize it
1313     if (ci->getNumOperands() > 3 || ci->getNumOperands() <= 2)
1314       return false;
1315
1316     // If the result of the printf call is used, none of these optimizations
1317     // can be made.
1318     if (!ci->use_empty())
1319       return false;
1320
1321     // All the optimizations depend on the length of the first argument and the
1322     // fact that it is a constant string array. Check that now
1323     uint64_t len = 0;
1324     ConstantArray* CA = 0;
1325     if (!getConstantStringLength(ci->getOperand(1), len, &CA))
1326       return false;
1327
1328     if (len != 2 && len != 3)
1329       return false;
1330
1331     // The first character has to be a %
1332     if (ConstantInt* CI = dyn_cast<ConstantInt>(CA->getOperand(0)))
1333       if (CI->getZExtValue() != '%')
1334         return false;
1335
1336     // Get the second character and switch on its value
1337     ConstantInt* CI = dyn_cast<ConstantInt>(CA->getOperand(1));
1338     switch (CI->getZExtValue()) {
1339       case 's':
1340       {
1341         if (len != 3 ||
1342             dyn_cast<ConstantInt>(CA->getOperand(2))->getZExtValue() != '\n')
1343           return false;
1344
1345         // printf("%s\n",str) -> puts(str)
1346         std::vector<Value*> args;
1347         new CallInst(SLC.get_puts(), CastToCStr(ci->getOperand(2), *ci),
1348                      ci->getName(), ci);
1349         ci->replaceAllUsesWith(ConstantInt::get(Type::Int32Ty, len));
1350         break;
1351       }
1352       case 'c':
1353       {
1354         // printf("%c",c) -> putchar(c)
1355         if (len != 2)
1356           return false;
1357
1358         CastInst *Char = CastInst::createSExtOrBitCast(
1359             ci->getOperand(2), Type::Int32Ty, CI->getName()+".int", ci);
1360         new CallInst(SLC.get_putchar(), Char, "", ci);
1361         ci->replaceAllUsesWith(ConstantInt::get(Type::Int32Ty, 1));
1362         break;
1363       }
1364       default:
1365         return false;
1366     }
1367     ci->eraseFromParent();
1368     return true;
1369   }
1370 } PrintfOptimizer;
1371
1372 /// This LibCallOptimization will simplify calls to the "fprintf" library
1373 /// function. It looks for cases where the result of fprintf is not used and the
1374 /// operation can be reduced to something simpler.
1375 /// @brief Simplify the fprintf library function.
1376 struct VISIBILITY_HIDDEN FPrintFOptimization : public LibCallOptimization {
1377 public:
1378   /// @brief Default Constructor
1379   FPrintFOptimization() : LibCallOptimization("fprintf",
1380       "Number of 'fprintf' calls simplified") {}
1381
1382   /// @brief Make sure that the "fprintf" function has the right prototype
1383   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function* f, SimplifyLibCalls& SLC){
1384     // Just make sure this has at least 2 arguments
1385     return (f->arg_size() >= 2);
1386   }
1387
1388   /// @brief Perform the fprintf optimization.
1389   virtual bool OptimizeCall(CallInst* ci, SimplifyLibCalls& SLC) {
1390     // If the call has more than 3 operands, we can't optimize it
1391     if (ci->getNumOperands() > 4 || ci->getNumOperands() <= 2)
1392       return false;
1393
1394     // If the result of the fprintf call is used, none of these optimizations
1395     // can be made.
1396     if (!ci->use_empty())
1397       return false;
1398
1399     // All the optimizations depend on the length of the second argument and the
1400     // fact that it is a constant string array. Check that now
1401     uint64_t len = 0;
1402     ConstantArray* CA = 0;
1403     if (!getConstantStringLength(ci->getOperand(2), len, &CA))
1404       return false;
1405
1406     if (ci->getNumOperands() == 3) {
1407       // Make sure there's no % in the constant array
1408       for (unsigned i = 0; i < len; ++i) {
1409         if (ConstantInt* CI = dyn_cast<ConstantInt>(CA->getOperand(i))) {
1410           // Check for the null terminator
1411           if (CI->getZExtValue() == '%')
1412             return false; // we found end of string
1413         } else {
1414           return false;
1415         }
1416       }
1417
1418       // fprintf(file,fmt) -> fwrite(fmt,strlen(fmt),file)
1419       const Type* FILEptr_type = ci->getOperand(1)->getType();
1420
1421       // Make sure that the fprintf() and fwrite() functions both take the
1422       // same type of char pointer.
1423       if (ci->getOperand(2)->getType() != PointerType::get(Type::Int8Ty))
1424         return false;
1425
1426       std::vector<Value*> args;
1427       args.push_back(ci->getOperand(2));
1428       args.push_back(ConstantInt::get(SLC.getIntPtrType(),len));
1429       args.push_back(ConstantInt::get(SLC.getIntPtrType(),1));
1430       args.push_back(ci->getOperand(1));
1431       new CallInst(SLC.get_fwrite(FILEptr_type), args, ci->getName(), ci);
1432       ci->replaceAllUsesWith(ConstantInt::get(Type::Int32Ty,len));
1433       ci->eraseFromParent();
1434       return true;
1435     }
1436
1437     // The remaining optimizations require the format string to be length 2
1438     // "%s" or "%c".
1439     if (len != 2)
1440       return false;
1441
1442     // The first character has to be a %
1443     if (ConstantInt* CI = dyn_cast<ConstantInt>(CA->getOperand(0)))
1444       if (CI->getZExtValue() != '%')
1445         return false;
1446
1447     // Get the second character and switch on its value
1448     ConstantInt* CI = dyn_cast<ConstantInt>(CA->getOperand(1));
1449     switch (CI->getZExtValue()) {
1450       case 's':
1451       {
1452         uint64_t len = 0;
1453         ConstantArray* CA = 0;
1454         if (getConstantStringLength(ci->getOperand(3), len, &CA)) {
1455           // fprintf(file,"%s",str) -> fwrite(str,strlen(str),1,file)
1456           const Type* FILEptr_type = ci->getOperand(1)->getType();
1457           std::vector<Value*> args;
1458           args.push_back(CastToCStr(ci->getOperand(3), *ci));
1459           args.push_back(ConstantInt::get(SLC.getIntPtrType(), len));
1460           args.push_back(ConstantInt::get(SLC.getIntPtrType(), 1));
1461           args.push_back(ci->getOperand(1));
1462           new CallInst(SLC.get_fwrite(FILEptr_type), args, ci->getName(), ci);
1463           ci->replaceAllUsesWith(ConstantInt::get(Type::Int32Ty, len));
1464         } else {
1465           // fprintf(file,"%s",str) -> fputs(str,file)
1466           const Type* FILEptr_type = ci->getOperand(1)->getType();
1467           new CallInst(SLC.get_fputs(FILEptr_type),
1468                        CastToCStr(ci->getOperand(3), *ci),
1469                        ci->getOperand(1), ci->getName(),ci);
1470           ci->replaceAllUsesWith(ConstantInt::get(Type::Int32Ty,len));
1471         }
1472         break;
1473       }
1474       case 'c':
1475       {
1476         // fprintf(file,"%c",c) -> fputc(c,file)
1477         const Type* FILEptr_type = ci->getOperand(1)->getType();
1478         CastInst* cast = CastInst::createSExtOrBitCast(
1479             ci->getOperand(3), Type::Int32Ty, CI->getName()+".int", ci);
1480         new CallInst(SLC.get_fputc(FILEptr_type), cast,ci->getOperand(1),"",ci);
1481         ci->replaceAllUsesWith(ConstantInt::get(Type::Int32Ty,1));
1482         break;
1483       }
1484       default:
1485         return false;
1486     }
1487     ci->eraseFromParent();
1488     return true;
1489   }
1490 } FPrintFOptimizer;
1491
1492 /// This LibCallOptimization will simplify calls to the "sprintf" library
1493 /// function. It looks for cases where the result of sprintf is not used and the
1494 /// operation can be reduced to something simpler.
1495 /// @brief Simplify the sprintf library function.
1496 struct VISIBILITY_HIDDEN SPrintFOptimization : public LibCallOptimization {
1497 public:
1498   /// @brief Default Constructor
1499   SPrintFOptimization() : LibCallOptimization("sprintf",
1500       "Number of 'sprintf' calls simplified") {}
1501
1502   /// @brief Make sure that the "fprintf" function has the right prototype
1503   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function *f, SimplifyLibCalls &SLC){
1504     // Just make sure this has at least 2 arguments
1505     return (f->getReturnType() == Type::Int32Ty && f->arg_size() >= 2);
1506   }
1507
1508   /// @brief Perform the sprintf optimization.
1509   virtual bool OptimizeCall(CallInst *ci, SimplifyLibCalls &SLC) {
1510     // If the call has more than 3 operands, we can't optimize it
1511     if (ci->getNumOperands() > 4 || ci->getNumOperands() < 3)
1512       return false;
1513
1514     // All the optimizations depend on the length of the second argument and the
1515     // fact that it is a constant string array. Check that now
1516     uint64_t len = 0;
1517     ConstantArray* CA = 0;
1518     if (!getConstantStringLength(ci->getOperand(2), len, &CA))
1519       return false;
1520
1521     if (ci->getNumOperands() == 3) {
1522       if (len == 0) {
1523         // If the length is 0, we just need to store a null byte
1524         new StoreInst(ConstantInt::get(Type::Int8Ty,0),ci->getOperand(1),ci);
1525         ci->replaceAllUsesWith(ConstantInt::get(Type::Int32Ty,0));
1526         ci->eraseFromParent();
1527         return true;
1528       }
1529
1530       // Make sure there's no % in the constant array
1531       for (unsigned i = 0; i < len; ++i) {
1532         if (ConstantInt* CI = dyn_cast<ConstantInt>(CA->getOperand(i))) {
1533           // Check for the null terminator
1534           if (CI->getZExtValue() == '%')
1535             return false; // we found a %, can't optimize
1536         } else {
1537           return false; // initializer is not constant int, can't optimize
1538         }
1539       }
1540
1541       // Increment length because we want to copy the null byte too
1542       len++;
1543
1544       // sprintf(str,fmt) -> llvm.memcpy(str,fmt,strlen(fmt),1)
1545       std::vector<Value*> args;
1546       args.push_back(ci->getOperand(1));
1547       args.push_back(ci->getOperand(2));
1548       args.push_back(ConstantInt::get(SLC.getIntPtrType(),len));
1549       args.push_back(ConstantInt::get(Type::Int32Ty,1));
1550       new CallInst(SLC.get_memcpy(), args, "", ci);
1551       ci->replaceAllUsesWith(ConstantInt::get(Type::Int32Ty,len));
1552       ci->eraseFromParent();
1553       return true;
1554     }
1555
1556     // The remaining optimizations require the format string to be length 2
1557     // "%s" or "%c".
1558     if (len != 2)
1559       return false;
1560
1561     // The first character has to be a %
1562     if (ConstantInt* CI = dyn_cast<ConstantInt>(CA->getOperand(0)))
1563       if (CI->getZExtValue() != '%')
1564         return false;
1565
1566     // Get the second character and switch on its value
1567     ConstantInt* CI = dyn_cast<ConstantInt>(CA->getOperand(1));
1568     switch (CI->getZExtValue()) {
1569     case 's': {
1570       // sprintf(dest,"%s",str) -> llvm.memcpy(dest, str, strlen(str)+1, 1)
1571       Value *Len = new CallInst(SLC.get_strlen(),
1572                                 CastToCStr(ci->getOperand(3), *ci),
1573                                 ci->getOperand(3)->getName()+".len", ci);
1574       Value *Len1 = BinaryOperator::createAdd(Len,
1575                                             ConstantInt::get(Len->getType(), 1),
1576                                               Len->getName()+"1", ci);
1577       if (Len1->getType() != SLC.getIntPtrType())
1578         Len1 = CastInst::createIntegerCast(Len1, SLC.getIntPtrType(), false,
1579                                            Len1->getName(), ci);
1580       std::vector<Value*> args;
1581       args.push_back(CastToCStr(ci->getOperand(1), *ci));
1582       args.push_back(CastToCStr(ci->getOperand(3), *ci));
1583       args.push_back(Len1);
1584       args.push_back(ConstantInt::get(Type::Int32Ty,1));
1585       new CallInst(SLC.get_memcpy(), args, "", ci);
1586       
1587       // The strlen result is the unincremented number of bytes in the string.
1588       if (!ci->use_empty()) {
1589         if (Len->getType() != ci->getType())
1590           Len = CastInst::createIntegerCast(Len, ci->getType(), false, 
1591                                             Len->getName(), ci);
1592         ci->replaceAllUsesWith(Len);
1593       }
1594       ci->eraseFromParent();
1595       return true;
1596     }
1597     case 'c': {
1598       // sprintf(dest,"%c",chr) -> store chr, dest
1599       CastInst* cast = CastInst::createTruncOrBitCast(
1600           ci->getOperand(3), Type::Int8Ty, "char", ci);
1601       new StoreInst(cast, ci->getOperand(1), ci);
1602       GetElementPtrInst* gep = new GetElementPtrInst(ci->getOperand(1),
1603         ConstantInt::get(Type::Int32Ty,1),ci->getOperand(1)->getName()+".end",
1604         ci);
1605       new StoreInst(ConstantInt::get(Type::Int8Ty,0),gep,ci);
1606       ci->replaceAllUsesWith(ConstantInt::get(Type::Int32Ty,1));
1607       ci->eraseFromParent();
1608       return true;
1609     }
1610     }
1611     return false;
1612   }
1613 } SPrintFOptimizer;
1614
1615 /// This LibCallOptimization will simplify calls to the "fputs" library
1616 /// function. It looks for cases where the result of fputs is not used and the
1617 /// operation can be reduced to something simpler.
1618 /// @brief Simplify the puts library function.
1619 struct VISIBILITY_HIDDEN PutsOptimization : public LibCallOptimization {
1620 public:
1621   /// @brief Default Constructor
1622   PutsOptimization() : LibCallOptimization("fputs",
1623       "Number of 'fputs' calls simplified") {}
1624
1625   /// @brief Make sure that the "fputs" function has the right prototype
1626   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function *F, SimplifyLibCalls &SLC){
1627     // Just make sure this has 2 arguments
1628     return F->arg_size() == 2;
1629   }
1630
1631   /// @brief Perform the fputs optimization.
1632   virtual bool OptimizeCall(CallInst* ci, SimplifyLibCalls& SLC) {
1633     // If the result is used, none of these optimizations work
1634     if (!ci->use_empty())
1635       return false;
1636
1637     // All the optimizations depend on the length of the first argument and the
1638     // fact that it is a constant string array. Check that now
1639     uint64_t len = 0;
1640     if (!getConstantStringLength(ci->getOperand(1), len))
1641       return false;
1642
1643     switch (len) {
1644       case 0:
1645         // fputs("",F) -> noop
1646         break;
1647       case 1:
1648       {
1649         // fputs(s,F)  -> fputc(s[0],F)  (if s is constant and strlen(s) == 1)
1650         const Type* FILEptr_type = ci->getOperand(2)->getType();
1651         LoadInst* loadi = new LoadInst(ci->getOperand(1),
1652           ci->getOperand(1)->getName()+".byte",ci);
1653         CastInst* casti = new SExtInst(loadi, Type::Int32Ty, 
1654                                        loadi->getName()+".int", ci);
1655         new CallInst(SLC.get_fputc(FILEptr_type), casti,
1656                      ci->getOperand(2), "", ci);
1657         break;
1658       }
1659       default:
1660       {
1661         // fputs(s,F)  -> fwrite(s,1,len,F) (if s is constant and strlen(s) > 1)
1662         const Type* FILEptr_type = ci->getOperand(2)->getType();
1663         std::vector<Value*> parms;
1664         parms.push_back(ci->getOperand(1));
1665         parms.push_back(ConstantInt::get(SLC.getIntPtrType(),len));
1666         parms.push_back(ConstantInt::get(SLC.getIntPtrType(),1));
1667         parms.push_back(ci->getOperand(2));
1668         new CallInst(SLC.get_fwrite(FILEptr_type), parms, "", ci);
1669         break;
1670       }
1671     }
1672     ci->eraseFromParent();
1673     return true; // success
1674   }
1675 } PutsOptimizer;
1676
1677 /// This LibCallOptimization will simplify calls to the "isdigit" library
1678 /// function. It simply does range checks the parameter explicitly.
1679 /// @brief Simplify the isdigit library function.
1680 struct VISIBILITY_HIDDEN isdigitOptimization : public LibCallOptimization {
1681 public:
1682   isdigitOptimization() : LibCallOptimization("isdigit",
1683       "Number of 'isdigit' calls simplified") {}
1684
1685   /// @brief Make sure that the "isdigit" function has the right prototype
1686   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function* f, SimplifyLibCalls& SLC){
1687     // Just make sure this has 1 argument
1688     return (f->arg_size() == 1);
1689   }
1690
1691   /// @brief Perform the toascii optimization.
1692   virtual bool OptimizeCall(CallInst *ci, SimplifyLibCalls &SLC) {
1693     if (ConstantInt* CI = dyn_cast<ConstantInt>(ci->getOperand(1))) {
1694       // isdigit(c)   -> 0 or 1, if 'c' is constant
1695       uint64_t val = CI->getZExtValue();
1696       if (val >= '0' && val <='9')
1697         ci->replaceAllUsesWith(ConstantInt::get(Type::Int32Ty,1));
1698       else
1699         ci->replaceAllUsesWith(ConstantInt::get(Type::Int32Ty,0));
1700       ci->eraseFromParent();
1701       return true;
1702     }
1703
1704     // isdigit(c)   -> (unsigned)c - '0' <= 9
1705     CastInst* cast = CastInst::createIntegerCast(ci->getOperand(1),
1706         Type::Int32Ty, false/*ZExt*/, ci->getOperand(1)->getName()+".uint", ci);
1707     BinaryOperator* sub_inst = BinaryOperator::createSub(cast,
1708         ConstantInt::get(Type::Int32Ty,0x30),
1709         ci->getOperand(1)->getName()+".sub",ci);
1710     ICmpInst* setcond_inst = new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_ULE,sub_inst,
1711         ConstantInt::get(Type::Int32Ty,9),
1712         ci->getOperand(1)->getName()+".cmp",ci);
1713     CastInst* c2 = new ZExtInst(setcond_inst, Type::Int32Ty, 
1714         ci->getOperand(1)->getName()+".isdigit", ci);
1715     ci->replaceAllUsesWith(c2);
1716     ci->eraseFromParent();
1717     return true;
1718   }
1719 } isdigitOptimizer;
1720
1721 struct VISIBILITY_HIDDEN isasciiOptimization : public LibCallOptimization {
1722 public:
1723   isasciiOptimization()
1724     : LibCallOptimization("isascii", "Number of 'isascii' calls simplified") {}
1725   
1726   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function *F, SimplifyLibCalls &SLC){
1727     return F->arg_size() == 1 && F->arg_begin()->getType()->isInteger() && 
1728            F->getReturnType()->isInteger();
1729   }
1730   
1731   /// @brief Perform the isascii optimization.
1732   virtual bool OptimizeCall(CallInst *CI, SimplifyLibCalls &SLC) {
1733     // isascii(c)   -> (unsigned)c < 128
1734     Value *V = CI->getOperand(1);
1735     Value *Cmp = new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_ULT, V, 
1736                               ConstantInt::get(V->getType(), 128), 
1737                               V->getName()+".isascii", CI);
1738     if (Cmp->getType() != CI->getType())
1739       Cmp = new BitCastInst(Cmp, CI->getType(), Cmp->getName(), CI);
1740     CI->replaceAllUsesWith(Cmp);
1741     CI->eraseFromParent();
1742     return true;
1743   }
1744 } isasciiOptimizer;
1745
1746
1747 /// This LibCallOptimization will simplify calls to the "toascii" library
1748 /// function. It simply does the corresponding and operation to restrict the
1749 /// range of values to the ASCII character set (0-127).
1750 /// @brief Simplify the toascii library function.
1751 struct VISIBILITY_HIDDEN ToAsciiOptimization : public LibCallOptimization {
1752 public:
1753   /// @brief Default Constructor
1754   ToAsciiOptimization() : LibCallOptimization("toascii",
1755       "Number of 'toascii' calls simplified") {}
1756
1757   /// @brief Make sure that the "fputs" function has the right prototype
1758   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function* f, SimplifyLibCalls& SLC){
1759     // Just make sure this has 2 arguments
1760     return (f->arg_size() == 1);
1761   }
1762
1763   /// @brief Perform the toascii optimization.
1764   virtual bool OptimizeCall(CallInst *ci, SimplifyLibCalls &SLC) {
1765     // toascii(c)   -> (c & 0x7f)
1766     Value* chr = ci->getOperand(1);
1767     BinaryOperator* and_inst = BinaryOperator::createAnd(chr,
1768         ConstantInt::get(chr->getType(),0x7F),ci->getName()+".toascii",ci);
1769     ci->replaceAllUsesWith(and_inst);
1770     ci->eraseFromParent();
1771     return true;
1772   }
1773 } ToAsciiOptimizer;
1774
1775 /// This LibCallOptimization will simplify calls to the "ffs" library
1776 /// calls which find the first set bit in an int, long, or long long. The
1777 /// optimization is to compute the result at compile time if the argument is
1778 /// a constant.
1779 /// @brief Simplify the ffs library function.
1780 struct VISIBILITY_HIDDEN FFSOptimization : public LibCallOptimization {
1781 protected:
1782   /// @brief Subclass Constructor
1783   FFSOptimization(const char* funcName, const char* description)
1784     : LibCallOptimization(funcName, description) {}
1785
1786 public:
1787   /// @brief Default Constructor
1788   FFSOptimization() : LibCallOptimization("ffs",
1789       "Number of 'ffs' calls simplified") {}
1790
1791   /// @brief Make sure that the "ffs" function has the right prototype
1792   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function *F, SimplifyLibCalls &SLC){
1793     // Just make sure this has 2 arguments
1794     return F->arg_size() == 1 && F->getReturnType() == Type::Int32Ty;
1795   }
1796
1797   /// @brief Perform the ffs optimization.
1798   virtual bool OptimizeCall(CallInst *TheCall, SimplifyLibCalls &SLC) {
1799     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(TheCall->getOperand(1))) {
1800       // ffs(cnst)  -> bit#
1801       // ffsl(cnst) -> bit#
1802       // ffsll(cnst) -> bit#
1803       uint64_t val = CI->getZExtValue();
1804       int result = 0;
1805       if (val) {
1806         ++result;
1807         while ((val & 1) == 0) {
1808           ++result;
1809           val >>= 1;
1810         }
1811       }
1812       TheCall->replaceAllUsesWith(ConstantInt::get(Type::Int32Ty, result));
1813       TheCall->eraseFromParent();
1814       return true;
1815     }
1816
1817     // ffs(x)   -> x == 0 ? 0 : llvm.cttz(x)+1
1818     // ffsl(x)  -> x == 0 ? 0 : llvm.cttz(x)+1
1819     // ffsll(x) -> x == 0 ? 0 : llvm.cttz(x)+1
1820     const Type *ArgType = TheCall->getOperand(1)->getType();
1821     const char *CTTZName;
1822     assert(ArgType->getTypeID() == Type::IntegerTyID &&
1823            "llvm.cttz argument is not an integer?");
1824     unsigned BitWidth = cast<IntegerType>(ArgType)->getBitWidth();
1825     if (BitWidth == 8)
1826       CTTZName = "llvm.cttz.i8";
1827     else if (BitWidth == 16)
1828       CTTZName = "llvm.cttz.i16"; 
1829     else if (BitWidth == 32)
1830       CTTZName = "llvm.cttz.i32";
1831     else {
1832       assert(BitWidth == 64 && "Unknown bitwidth");
1833       CTTZName = "llvm.cttz.i64";
1834     }
1835     
1836     Constant *F = SLC.getModule()->getOrInsertFunction(CTTZName, ArgType,
1837                                                        ArgType, NULL);
1838     Value *V = CastInst::createIntegerCast(TheCall->getOperand(1), ArgType, 
1839                                            false/*ZExt*/, "tmp", TheCall);
1840     Value *V2 = new CallInst(F, V, "tmp", TheCall);
1841     V2 = CastInst::createIntegerCast(V2, Type::Int32Ty, false/*ZExt*/, 
1842                                      "tmp", TheCall);
1843     V2 = BinaryOperator::createAdd(V2, ConstantInt::get(Type::Int32Ty, 1),
1844                                    "tmp", TheCall);
1845     Value *Cond = new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_EQ, V, 
1846                                Constant::getNullValue(V->getType()), "tmp", 
1847                                TheCall);
1848     V2 = new SelectInst(Cond, ConstantInt::get(Type::Int32Ty, 0), V2,
1849                         TheCall->getName(), TheCall);
1850     TheCall->replaceAllUsesWith(V2);
1851     TheCall->eraseFromParent();
1852     return true;
1853   }
1854 } FFSOptimizer;
1855
1856 /// This LibCallOptimization will simplify calls to the "ffsl" library
1857 /// calls. It simply uses FFSOptimization for which the transformation is
1858 /// identical.
1859 /// @brief Simplify the ffsl library function.
1860 struct VISIBILITY_HIDDEN FFSLOptimization : public FFSOptimization {
1861 public:
1862   /// @brief Default Constructor
1863   FFSLOptimization() : FFSOptimization("ffsl",
1864       "Number of 'ffsl' calls simplified") {}
1865
1866 } FFSLOptimizer;
1867
1868 /// This LibCallOptimization will simplify calls to the "ffsll" library
1869 /// calls. It simply uses FFSOptimization for which the transformation is
1870 /// identical.
1871 /// @brief Simplify the ffsl library function.
1872 struct VISIBILITY_HIDDEN FFSLLOptimization : public FFSOptimization {
1873 public:
1874   /// @brief Default Constructor
1875   FFSLLOptimization() : FFSOptimization("ffsll",
1876       "Number of 'ffsll' calls simplified") {}
1877
1878 } FFSLLOptimizer;
1879
1880 /// This optimizes unary functions that take and return doubles.
1881 struct UnaryDoubleFPOptimizer : public LibCallOptimization {
1882   UnaryDoubleFPOptimizer(const char *Fn, const char *Desc)
1883   : LibCallOptimization(Fn, Desc) {}
1884   
1885   // Make sure that this function has the right prototype
1886   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function *F, SimplifyLibCalls &SLC){
1887     return F->arg_size() == 1 && F->arg_begin()->getType() == Type::DoubleTy &&
1888            F->getReturnType() == Type::DoubleTy;
1889   }
1890
1891   /// ShrinkFunctionToFloatVersion - If the input to this function is really a
1892   /// float, strength reduce this to a float version of the function,
1893   /// e.g. floor((double)FLT) -> (double)floorf(FLT).  This can only be called
1894   /// when the target supports the destination function and where there can be
1895   /// no precision loss.
1896   static bool ShrinkFunctionToFloatVersion(CallInst *CI, SimplifyLibCalls &SLC,
1897                                            Constant *(SimplifyLibCalls::*FP)()){
1898     if (CastInst *Cast = dyn_cast<CastInst>(CI->getOperand(1)))
1899       if (Cast->getOperand(0)->getType() == Type::FloatTy) {
1900         Value *New = new CallInst((SLC.*FP)(), Cast->getOperand(0),
1901                                   CI->getName(), CI);
1902         New = new FPExtInst(New, Type::DoubleTy, CI->getName(), CI);
1903         CI->replaceAllUsesWith(New);
1904         CI->eraseFromParent();
1905         if (Cast->use_empty())
1906           Cast->eraseFromParent();
1907         return true;
1908       }
1909     return false;
1910   }
1911 };
1912
1913
1914 struct VISIBILITY_HIDDEN FloorOptimization : public UnaryDoubleFPOptimizer {
1915   FloorOptimization()
1916     : UnaryDoubleFPOptimizer("floor", "Number of 'floor' calls simplified") {}
1917   
1918   virtual bool OptimizeCall(CallInst *CI, SimplifyLibCalls &SLC) {
1919 #ifdef HAVE_FLOORF
1920     // If this is a float argument passed in, convert to floorf.
1921     if (ShrinkFunctionToFloatVersion(CI, SLC, &SimplifyLibCalls::get_floorf))
1922       return true;
1923 #endif
1924     return false; // opt failed
1925   }
1926 } FloorOptimizer;
1927
1928 struct VISIBILITY_HIDDEN CeilOptimization : public UnaryDoubleFPOptimizer {
1929   CeilOptimization()
1930   : UnaryDoubleFPOptimizer("ceil", "Number of 'ceil' calls simplified") {}
1931   
1932   virtual bool OptimizeCall(CallInst *CI, SimplifyLibCalls &SLC) {
1933 #ifdef HAVE_CEILF
1934     // If this is a float argument passed in, convert to ceilf.
1935     if (ShrinkFunctionToFloatVersion(CI, SLC, &SimplifyLibCalls::get_ceilf))
1936       return true;
1937 #endif
1938     return false; // opt failed
1939   }
1940 } CeilOptimizer;
1941
1942 struct VISIBILITY_HIDDEN RoundOptimization : public UnaryDoubleFPOptimizer {
1943   RoundOptimization()
1944   : UnaryDoubleFPOptimizer("round", "Number of 'round' calls simplified") {}
1945   
1946   virtual bool OptimizeCall(CallInst *CI, SimplifyLibCalls &SLC) {
1947 #ifdef HAVE_ROUNDF
1948     // If this is a float argument passed in, convert to roundf.
1949     if (ShrinkFunctionToFloatVersion(CI, SLC, &SimplifyLibCalls::get_roundf))
1950       return true;
1951 #endif
1952     return false; // opt failed
1953   }
1954 } RoundOptimizer;
1955
1956 struct VISIBILITY_HIDDEN RintOptimization : public UnaryDoubleFPOptimizer {
1957   RintOptimization()
1958   : UnaryDoubleFPOptimizer("rint", "Number of 'rint' calls simplified") {}
1959   
1960   virtual bool OptimizeCall(CallInst *CI, SimplifyLibCalls &SLC) {
1961 #ifdef HAVE_RINTF
1962     // If this is a float argument passed in, convert to rintf.
1963     if (ShrinkFunctionToFloatVersion(CI, SLC, &SimplifyLibCalls::get_rintf))
1964       return true;
1965 #endif
1966     return false; // opt failed
1967   }
1968 } RintOptimizer;
1969
1970 struct VISIBILITY_HIDDEN NearByIntOptimization : public UnaryDoubleFPOptimizer {
1971   NearByIntOptimization()
1972   : UnaryDoubleFPOptimizer("nearbyint",
1973                            "Number of 'nearbyint' calls simplified") {}
1974   
1975   virtual bool OptimizeCall(CallInst *CI, SimplifyLibCalls &SLC) {
1976 #ifdef HAVE_NEARBYINTF
1977     // If this is a float argument passed in, convert to nearbyintf.
1978     if (ShrinkFunctionToFloatVersion(CI, SLC,&SimplifyLibCalls::get_nearbyintf))
1979       return true;
1980 #endif
1981     return false; // opt failed
1982   }
1983 } NearByIntOptimizer;
1984
1985 /// A function to compute the length of a null-terminated constant array of
1986 /// integers.  This function can't rely on the size of the constant array
1987 /// because there could be a null terminator in the middle of the array.
1988 /// We also have to bail out if we find a non-integer constant initializer
1989 /// of one of the elements or if there is no null-terminator. The logic
1990 /// below checks each of these conditions and will return true only if all
1991 /// conditions are met. In that case, the \p len parameter is set to the length
1992 /// of the null-terminated string. If false is returned, the conditions were
1993 /// not met and len is set to 0.
1994 /// @brief Get the length of a constant string (null-terminated array).
1995 static bool getConstantStringLength(Value *V, uint64_t &len, ConstantArray **CA)
1996 {
1997   assert(V != 0 && "Invalid args to getConstantStringLength");
1998   len = 0; // make sure we initialize this
1999   User* GEP = 0;
2000   // If the value is not a GEP instruction nor a constant expression with a
2001   // GEP instruction, then return false because ConstantArray can't occur
2002   // any other way
2003   if (GetElementPtrInst* GEPI = dyn_cast<GetElementPtrInst>(V))
2004     GEP = GEPI;
2005   else if (ConstantExpr* CE = dyn_cast<ConstantExpr>(V))
2006     if (CE->getOpcode() == Instruction::GetElementPtr)
2007       GEP = CE;
2008     else
2009       return false;
2010   else
2011     return false;
2012
2013   // Make sure the GEP has exactly three arguments.
2014   if (GEP->getNumOperands() != 3)
2015     return false;
2016
2017   // Check to make sure that the first operand of the GEP is an integer and
2018   // has value 0 so that we are sure we're indexing into the initializer.
2019   if (ConstantInt* op1 = dyn_cast<ConstantInt>(GEP->getOperand(1))) {
2020     if (!op1->isNullValue())
2021       return false;
2022   } else
2023     return false;
2024
2025   // Ensure that the second operand is a ConstantInt. If it isn't then this
2026   // GEP is wonky and we're not really sure what were referencing into and
2027   // better of not optimizing it. While we're at it, get the second index
2028   // value. We'll need this later for indexing the ConstantArray.
2029   uint64_t start_idx = 0;
2030   if (ConstantInt* CI = dyn_cast<ConstantInt>(GEP->getOperand(2)))
2031     start_idx = CI->getZExtValue();
2032   else
2033     return false;
2034
2035   // The GEP instruction, constant or instruction, must reference a global
2036   // variable that is a constant and is initialized. The referenced constant
2037   // initializer is the array that we'll use for optimization.
2038   GlobalVariable* GV = dyn_cast<GlobalVariable>(GEP->getOperand(0));
2039   if (!GV || !GV->isConstant() || !GV->hasInitializer())
2040     return false;
2041
2042   // Get the initializer.
2043   Constant* INTLZR = GV->getInitializer();
2044
2045   // Handle the ConstantAggregateZero case
2046   if (isa<ConstantAggregateZero>(INTLZR)) {
2047     // This is a degenerate case. The initializer is constant zero so the
2048     // length of the string must be zero.
2049     len = 0;
2050     return true;
2051   }
2052
2053   // Must be a Constant Array
2054   ConstantArray* A = dyn_cast<ConstantArray>(INTLZR);
2055   if (!A)
2056     return false;
2057
2058   // Get the number of elements in the array
2059   uint64_t max_elems = A->getType()->getNumElements();
2060
2061   // Traverse the constant array from start_idx (derived above) which is
2062   // the place the GEP refers to in the array.
2063   for (len = start_idx; len < max_elems; len++) {
2064     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(A->getOperand(len))) {
2065       // Check for the null terminator
2066       if (CI->isNullValue())
2067         break; // we found end of string
2068     } else
2069       return false; // This array isn't suitable, non-int initializer
2070   }
2071   
2072   if (len >= max_elems)
2073     return false; // This array isn't null terminated
2074
2075   // Subtract out the initial value from the length
2076   len -= start_idx;
2077   if (CA)
2078     *CA = A;
2079   return true; // success!
2080 }
2081
2082 /// CastToCStr - Return V if it is an sbyte*, otherwise cast it to sbyte*,
2083 /// inserting the cast before IP, and return the cast.
2084 /// @brief Cast a value to a "C" string.
2085 static Value *CastToCStr(Value *V, Instruction &IP) {
2086   assert(isa<PointerType>(V->getType()) && 
2087          "Can't cast non-pointer type to C string type");
2088   const Type *SBPTy = PointerType::get(Type::Int8Ty);
2089   if (V->getType() != SBPTy)
2090     return new BitCastInst(V, SBPTy, V->getName(), &IP);
2091   return V;
2092 }
2093
2094 // TODO:
2095 //   Additional cases that we need to add to this file:
2096 //
2097 // cbrt:
2098 //   * cbrt(expN(X))  -> expN(x/3)
2099 //   * cbrt(sqrt(x))  -> pow(x,1/6)
2100 //   * cbrt(sqrt(x))  -> pow(x,1/9)
2101 //
2102 // cos, cosf, cosl:
2103 //   * cos(-x)  -> cos(x)
2104 //
2105 // exp, expf, expl:
2106 //   * exp(log(x))  -> x
2107 //
2108 // log, logf, logl:
2109 //   * log(exp(x))   -> x
2110 //   * log(x**y)     -> y*log(x)
2111 //   * log(exp(y))   -> y*log(e)
2112 //   * log(exp2(y))  -> y*log(2)
2113 //   * log(exp10(y)) -> y*log(10)
2114 //   * log(sqrt(x))  -> 0.5*log(x)
2115 //   * log(pow(x,y)) -> y*log(x)
2116 //
2117 // lround, lroundf, lroundl:
2118 //   * lround(cnst) -> cnst'
2119 //
2120 // memcmp:
2121 //   * memcmp(x,y,l)   -> cnst
2122 //      (if all arguments are constant and strlen(x) <= l and strlen(y) <= l)
2123 //
2124 // memmove:
2125 //   * memmove(d,s,l,a) -> memcpy(d,s,l,a)
2126 //       (if s is a global constant array)
2127 //
2128 // pow, powf, powl:
2129 //   * pow(exp(x),y)  -> exp(x*y)
2130 //   * pow(sqrt(x),y) -> pow(x,y*0.5)
2131 //   * pow(pow(x,y),z)-> pow(x,y*z)
2132 //
2133 // puts:
2134 //   * puts("") -> fputc("\n",stdout) (how do we get "stdout"?)
2135 //
2136 // round, roundf, roundl:
2137 //   * round(cnst) -> cnst'
2138 //
2139 // signbit:
2140 //   * signbit(cnst) -> cnst'
2141 //   * signbit(nncst) -> 0 (if pstv is a non-negative constant)
2142 //
2143 // sqrt, sqrtf, sqrtl:
2144 //   * sqrt(expN(x))  -> expN(x*0.5)
2145 //   * sqrt(Nroot(x)) -> pow(x,1/(2*N))
2146 //   * sqrt(pow(x,y)) -> pow(|x|,y*0.5)
2147 //
2148 // stpcpy:
2149 //   * stpcpy(str, "literal") ->
2150 //           llvm.memcpy(str,"literal",strlen("literal")+1,1)
2151 // strrchr:
2152 //   * strrchr(s,c) -> reverse_offset_of_in(c,s)
2153 //      (if c is a constant integer and s is a constant string)
2154 //   * strrchr(s1,0) -> strchr(s1,0)
2155 //
2156 // strncat:
2157 //   * strncat(x,y,0) -> x
2158 //   * strncat(x,y,0) -> x (if strlen(y) = 0)
2159 //   * strncat(x,y,l) -> strcat(x,y) (if y and l are constants an l > strlen(y))
2160 //
2161 // strncpy:
2162 //   * strncpy(d,s,0) -> d
2163 //   * strncpy(d,s,l) -> memcpy(d,s,l,1)
2164 //      (if s and l are constants)
2165 //
2166 // strpbrk:
2167 //   * strpbrk(s,a) -> offset_in_for(s,a)
2168 //      (if s and a are both constant strings)
2169 //   * strpbrk(s,"") -> 0
2170 //   * strpbrk(s,a) -> strchr(s,a[0]) (if a is constant string of length 1)
2171 //
2172 // strspn, strcspn:
2173 //   * strspn(s,a)   -> const_int (if both args are constant)
2174 //   * strspn("",a)  -> 0
2175 //   * strspn(s,"")  -> 0
2176 //   * strcspn(s,a)  -> const_int (if both args are constant)
2177 //   * strcspn("",a) -> 0
2178 //   * strcspn(s,"") -> strlen(a)
2179 //
2180 // strstr:
2181 //   * strstr(x,x)  -> x
2182 //   * strstr(s1,s2) -> offset_of_s2_in(s1)
2183 //       (if s1 and s2 are constant strings)
2184 //
2185 // tan, tanf, tanl:
2186 //   * tan(atan(x)) -> x
2187 //
2188 // trunc, truncf, truncl:
2189 //   * trunc(cnst) -> cnst'
2190 //
2191 //
2192 }