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