Get rid of hash_map. Use StringMap instead
[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 is distributed under the University of Illinois Open Source
6 // 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/StringMap.h"
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 #include <cstring>
34 using namespace llvm;
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, "Number of library calls simplified");
39
40 namespace {
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 VISIBILITY_HIDDEN 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       
80 #ifndef NDEBUG
81     occurrences.construct("simplify-libcalls", Description);
82 #endif
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   bool ReplaceCallWith(CallInst *CI, Value *V) {
131     if (!CI->use_empty())
132       CI->replaceAllUsesWith(V);
133     CI->eraseFromParent();
134     return true;
135   }
136   
137   /// @brief Called by SimplifyLibCalls to update the occurrences statistic.
138   void succeeded() {
139 #ifndef NDEBUG
140     DEBUG(++occurrences);
141 #endif
142   }
143 };
144
145 /// This class is an LLVM Pass that applies each of the LibCallOptimization
146 /// instances to all the call sites in a module, relatively efficiently. The
147 /// purpose of this pass is to provide optimizations for calls to well-known
148 /// functions with well-known semantics, such as those in the c library. The
149 /// class provides the basic infrastructure for handling runOnModule.  Whenever
150 /// this pass finds a function call, it asks the appropriate optimizer to
151 /// validate the call (ValidateLibraryCall). If it is validated, then
152 /// the OptimizeCall method is also called.
153 /// @brief A ModulePass for optimizing well-known function calls.
154 class VISIBILITY_HIDDEN SimplifyLibCalls : public ModulePass {
155 public:
156   static char ID; // Pass identification, replacement for typeid
157   SimplifyLibCalls() : ModulePass((intptr_t)&ID) {}
158
159   /// We need some target data for accurate signature details that are
160   /// target dependent. So we require target data in our AnalysisUsage.
161   /// @brief Require TargetData from AnalysisUsage.
162   virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage& Info) const {
163     // Ask that the TargetData analysis be performed before us so we can use
164     // the target data.
165     Info.addRequired<TargetData>();
166   }
167
168   /// For this pass, process all of the function calls in the module, calling
169   /// ValidateLibraryCall and OptimizeCall as appropriate.
170   /// @brief Run all the lib call optimizations on a Module.
171   virtual bool runOnModule(Module &M) {
172     reset(M);
173
174     bool result = false;
175     StringMap<LibCallOptimization*> OptznMap;
176     for (LibCallOptimization *Optzn = OptList; Optzn; Optzn = Optzn->getNext())
177       OptznMap[Optzn->getFunctionName()] = Optzn;
178
179     // The call optimizations can be recursive. That is, the optimization might
180     // generate a call to another function which can also be optimized. This way
181     // we make the LibCallOptimization instances very specific to the case they
182     // handle. It also means we need to keep running over the function calls in
183     // the module until we don't get any more optimizations possible.
184     bool found_optimization = false;
185     do {
186       found_optimization = false;
187       for (Module::iterator FI = M.begin(), FE = M.end(); FI != FE; ++FI) {
188         // All the "well-known" functions are external and have external linkage
189         // because they live in a runtime library somewhere and were (probably)
190         // not compiled by LLVM.  So, we only act on external functions that
191         // have external or dllimport linkage and non-empty uses.
192         if (!FI->isDeclaration() ||
193             !(FI->hasExternalLinkage() || FI->hasDLLImportLinkage()) ||
194             FI->use_empty())
195           continue;
196
197         // Get the optimization class that pertains to this function
198         StringMap<LibCallOptimization*>::iterator OMI =
199           OptznMap.find(FI->getName());
200         if (OMI == OptznMap.end()) continue;
201         
202         LibCallOptimization *CO = OMI->second;
203
204         // Make sure the called function is suitable for the optimization
205         if (!CO->ValidateCalledFunction(FI, *this))
206           continue;
207
208         // Loop over each of the uses of the function
209         for (Value::use_iterator UI = FI->use_begin(), UE = FI->use_end();
210              UI != UE ; ) {
211           // If the use of the function is a call instruction
212           if (CallInst* CI = dyn_cast<CallInst>(*UI++)) {
213             // Do the optimization on the LibCallOptimization.
214             if (CO->OptimizeCall(CI, *this)) {
215               ++SimplifiedLibCalls;
216               found_optimization = result = true;
217               CO->succeeded();
218             }
219           }
220         }
221       }
222     } while (found_optimization);
223     
224     return result;
225   }
226
227   /// @brief Return the *current* module we're working on.
228   Module* getModule() const { return M; }
229
230   /// @brief Return the *current* target data for the module we're working on.
231   TargetData* getTargetData() const { return TD; }
232
233   /// @brief Return the size_t type -- syntactic shortcut
234   const Type* getIntPtrType() const { return TD->getIntPtrType(); }
235
236   /// @brief Return a Function* for the putchar libcall
237   Constant *get_putchar() {
238     if (!putchar_func)
239       putchar_func = 
240         M->getOrInsertFunction("putchar", Type::Int32Ty, Type::Int32Ty, NULL);
241     return putchar_func;
242   }
243
244   /// @brief Return a Function* for the puts libcall
245   Constant *get_puts() {
246     if (!puts_func)
247       puts_func = M->getOrInsertFunction("puts", Type::Int32Ty,
248                                          PointerType::getUnqual(Type::Int8Ty),
249                                          NULL);
250     return puts_func;
251   }
252
253   /// @brief Return a Function* for the fputc libcall
254   Constant *get_fputc(const Type* FILEptr_type) {
255     if (!fputc_func)
256       fputc_func = M->getOrInsertFunction("fputc", Type::Int32Ty, Type::Int32Ty,
257                                           FILEptr_type, NULL);
258     return fputc_func;
259   }
260
261   /// @brief Return a Function* for the fputs libcall
262   Constant *get_fputs(const Type* FILEptr_type) {
263     if (!fputs_func)
264       fputs_func = M->getOrInsertFunction("fputs", Type::Int32Ty,
265                                           PointerType::getUnqual(Type::Int8Ty),
266                                           FILEptr_type, NULL);
267     return fputs_func;
268   }
269
270   /// @brief Return a Function* for the fwrite libcall
271   Constant *get_fwrite(const Type* FILEptr_type) {
272     if (!fwrite_func)
273       fwrite_func = M->getOrInsertFunction("fwrite", TD->getIntPtrType(),
274                                            PointerType::getUnqual(Type::Int8Ty),
275                                            TD->getIntPtrType(),
276                                            TD->getIntPtrType(),
277                                            FILEptr_type, NULL);
278     return fwrite_func;
279   }
280
281   /// @brief Return a Function* for the sqrt libcall
282   Constant *get_sqrt() {
283     if (!sqrt_func)
284       sqrt_func = M->getOrInsertFunction("sqrt", Type::DoubleTy, 
285                                          Type::DoubleTy, NULL);
286     return sqrt_func;
287   }
288
289   /// @brief Return a Function* for the strcpy libcall
290   Constant *get_strcpy() {
291     if (!strcpy_func)
292       strcpy_func = M->getOrInsertFunction("strcpy",
293                                            PointerType::getUnqual(Type::Int8Ty),
294                                            PointerType::getUnqual(Type::Int8Ty),
295                                            PointerType::getUnqual(Type::Int8Ty),
296                                            NULL);
297     return strcpy_func;
298   }
299
300   /// @brief Return a Function* for the strlen libcall
301   Constant *get_strlen() {
302     if (!strlen_func)
303       strlen_func = M->getOrInsertFunction("strlen", TD->getIntPtrType(),
304                                            PointerType::getUnqual(Type::Int8Ty),
305                                            NULL);
306     return strlen_func;
307   }
308
309   /// @brief Return a Function* for the memchr libcall
310   Constant *get_memchr() {
311     if (!memchr_func)
312       memchr_func = M->getOrInsertFunction("memchr",
313                                            PointerType::getUnqual(Type::Int8Ty),
314                                            PointerType::getUnqual(Type::Int8Ty),
315                                            Type::Int32Ty, TD->getIntPtrType(),
316                                            NULL);
317     return memchr_func;
318   }
319
320   /// @brief Return a Function* for the memcpy libcall
321   Constant *get_memcpy() {
322     if (!memcpy_func) {
323       const Type *SBP = PointerType::getUnqual(Type::Int8Ty);
324       const char *N = TD->getIntPtrType() == Type::Int32Ty ?
325                             "llvm.memcpy.i32" : "llvm.memcpy.i64";
326       memcpy_func = M->getOrInsertFunction(N, Type::VoidTy, SBP, SBP,
327                                            TD->getIntPtrType(), Type::Int32Ty,
328                                            NULL);
329     }
330     return memcpy_func;
331   }
332
333   Constant *getUnaryFloatFunction(const char *Name, Constant *&Cache) {
334     if (!Cache)
335       Cache = M->getOrInsertFunction(Name, Type::FloatTy, Type::FloatTy, NULL);
336     return Cache;
337   }
338   
339   Constant *get_floorf() { return getUnaryFloatFunction("floorf", floorf_func);}
340   Constant *get_ceilf()  { return getUnaryFloatFunction( "ceilf",  ceilf_func);}
341   Constant *get_roundf() { return getUnaryFloatFunction("roundf", roundf_func);}
342   Constant *get_rintf()  { return getUnaryFloatFunction( "rintf",  rintf_func);}
343   Constant *get_nearbyintf() { return getUnaryFloatFunction("nearbyintf",
344                                                             nearbyintf_func); }
345 private:
346   /// @brief Reset our cached data for a new Module
347   void reset(Module& mod) {
348     M = &mod;
349     TD = &getAnalysis<TargetData>();
350     putchar_func = 0;
351     puts_func = 0;
352     fputc_func = 0;
353     fputs_func = 0;
354     fwrite_func = 0;
355     memcpy_func = 0;
356     memchr_func = 0;
357     sqrt_func   = 0;
358     strcpy_func = 0;
359     strlen_func = 0;
360     floorf_func = 0;
361     ceilf_func = 0;
362     roundf_func = 0;
363     rintf_func = 0;
364     nearbyintf_func = 0;
365   }
366
367 private:
368   /// Caches for function pointers.
369   Constant *putchar_func, *puts_func;
370   Constant *fputc_func, *fputs_func, *fwrite_func;
371   Constant *memcpy_func, *memchr_func;
372   Constant *sqrt_func;
373   Constant *strcpy_func, *strlen_func;
374   Constant *floorf_func, *ceilf_func, *roundf_func;
375   Constant *rintf_func, *nearbyintf_func;
376   Module *M;             ///< Cached Module
377   TargetData *TD;        ///< Cached TargetData
378 };
379
380 char SimplifyLibCalls::ID = 0;
381 // Register the pass
382 RegisterPass<SimplifyLibCalls>
383 X("simplify-libcalls", "Simplify well-known library calls");
384
385 } // anonymous namespace
386
387 // The only public symbol in this file which just instantiates the pass object
388 ModulePass *llvm::createSimplifyLibCallsPass() {
389   return new SimplifyLibCalls();
390 }
391
392 // Classes below here, in the anonymous namespace, are all subclasses of the
393 // LibCallOptimization class, each implementing all optimizations possible for a
394 // single well-known library call. Each has a static singleton instance that
395 // auto registers it into the "optlist" global above.
396 namespace {
397
398 // Forward declare utility functions.
399 static bool GetConstantStringInfo(Value *V, std::string &Str);
400 static Value *CastToCStr(Value *V, Instruction *IP);
401
402 /// This LibCallOptimization will find instances of a call to "exit" that occurs
403 /// within the "main" function and change it to a simple "ret" instruction with
404 /// the same value passed to the exit function. When this is done, it splits the
405 /// basic block at the exit(3) call and deletes the call instruction.
406 /// @brief Replace calls to exit in main with a simple return
407 struct VISIBILITY_HIDDEN ExitInMainOptimization : public LibCallOptimization {
408   ExitInMainOptimization() : LibCallOptimization("exit",
409       "Number of 'exit' calls simplified") {}
410
411   // Make sure the called function looks like exit (int argument, int return
412   // type, external linkage, not varargs).
413   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function *F, SimplifyLibCalls &SLC){
414     return F->arg_size() >= 1 && F->arg_begin()->getType()->isInteger();
415   }
416
417   virtual bool OptimizeCall(CallInst* ci, SimplifyLibCalls& SLC) {
418     // To be careful, we check that the call to exit is coming from "main", that
419     // main has external linkage, and the return type of main and the argument
420     // to exit have the same type.
421     Function *from = ci->getParent()->getParent();
422     if (from->hasExternalLinkage())
423       if (from->getReturnType() == ci->getOperand(1)->getType())
424         if (from->getName() == "main") {
425           // Okay, time to actually do the optimization. First, get the basic
426           // block of the call instruction
427           BasicBlock* bb = ci->getParent();
428
429           // Create a return instruction that we'll replace the call with.
430           // Note that the argument of the return is the argument of the call
431           // instruction.
432           new ReturnInst(ci->getOperand(1), ci);
433
434           // Split the block at the call instruction which places it in a new
435           // basic block.
436           bb->splitBasicBlock(ci);
437
438           // The block split caused a branch instruction to be inserted into
439           // the end of the original block, right after the return instruction
440           // that we put there. That's not a valid block, so delete the branch
441           // instruction.
442           bb->getInstList().pop_back();
443
444           // Now we can finally get rid of the call instruction which now lives
445           // in the new basic block.
446           ci->eraseFromParent();
447
448           // Optimization succeeded, return true.
449           return true;
450         }
451     // We didn't pass the criteria for this optimization so return false
452     return false;
453   }
454 } ExitInMainOptimizer;
455
456 /// This LibCallOptimization will simplify a call to the strcat library
457 /// function. The simplification is possible only if the string being
458 /// concatenated is a constant array or a constant expression that results in
459 /// a constant string. In this case we can replace it with strlen + llvm.memcpy
460 /// of the constant string. Both of these calls are further reduced, if possible
461 /// on subsequent passes.
462 /// @brief Simplify the strcat library function.
463 struct VISIBILITY_HIDDEN StrCatOptimization : public LibCallOptimization {
464 public:
465   /// @brief Default constructor
466   StrCatOptimization() : LibCallOptimization("strcat",
467       "Number of 'strcat' calls simplified") {}
468
469 public:
470
471   /// @brief Make sure that the "strcat" function has the right prototype
472   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function *F, SimplifyLibCalls &SLC){
473     const FunctionType *FT = F->getFunctionType();
474     return FT->getNumParams() == 2 &&
475            FT->getReturnType() == PointerType::getUnqual(Type::Int8Ty) &&
476            FT->getParamType(0) == FT->getReturnType() &&
477            FT->getParamType(1) == FT->getReturnType();
478   }
479
480   /// @brief Optimize the strcat library function
481   virtual bool OptimizeCall(CallInst *CI, SimplifyLibCalls &SLC) {
482     // Extract some information from the instruction
483     Value *Dst = CI->getOperand(1);
484     Value *Src = CI->getOperand(2);
485
486     // Extract the initializer (while making numerous checks) from the
487     // source operand of the call to strcat.
488     std::string SrcStr;
489     if (!GetConstantStringInfo(Src, SrcStr))
490       return false;
491
492     // Handle the simple, do-nothing case
493     if (SrcStr.empty())
494       return ReplaceCallWith(CI, Dst);
495
496     // We need to find the end of the destination string.  That's where the
497     // memory is to be moved to. We just generate a call to strlen.
498     CallInst *DstLen = new CallInst(SLC.get_strlen(), Dst,
499                                     Dst->getName()+".len", CI);
500
501     // Now that we have the destination's length, we must index into the
502     // destination's pointer to get the actual memcpy destination (end of
503     // the string .. we're concatenating).
504     Dst = new GetElementPtrInst(Dst, DstLen, Dst->getName()+".indexed", CI);
505
506     // We have enough information to now generate the memcpy call to
507     // do the concatenation for us.
508     Value *Vals[] = {
509       Dst, Src,
510       ConstantInt::get(SLC.getIntPtrType(), SrcStr.size()+1), // copy nul byte.
511       ConstantInt::get(Type::Int32Ty, 1)  // alignment
512     };
513     new CallInst(SLC.get_memcpy(), Vals, Vals + 4, "", CI);
514
515     return ReplaceCallWith(CI, Dst);
516   }
517 } StrCatOptimizer;
518
519 /// This LibCallOptimization will simplify a call to the strchr library
520 /// function.  It optimizes out cases where the arguments are both constant
521 /// and the result can be determined statically.
522 /// @brief Simplify the strcmp library function.
523 struct VISIBILITY_HIDDEN StrChrOptimization : public LibCallOptimization {
524 public:
525   StrChrOptimization() : LibCallOptimization("strchr",
526       "Number of 'strchr' calls simplified") {}
527
528   /// @brief Make sure that the "strchr" function has the right prototype
529   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function *F, SimplifyLibCalls &SLC){
530     const FunctionType *FT = F->getFunctionType();
531     return FT->getNumParams() == 2 &&
532            FT->getReturnType() == PointerType::getUnqual(Type::Int8Ty) &&
533            FT->getParamType(0) == FT->getReturnType() &&
534            isa<IntegerType>(FT->getParamType(1));
535   }
536
537   /// @brief Perform the strchr optimizations
538   virtual bool OptimizeCall(CallInst *CI, SimplifyLibCalls &SLC) {
539     // Check that the first argument to strchr is a constant array of sbyte.
540     std::string Str;
541     if (!GetConstantStringInfo(CI->getOperand(1), Str))
542       return false;
543
544     // If the second operand is not constant, just lower this to memchr since we
545     // know the length of the input string.
546     ConstantInt *CSI = dyn_cast<ConstantInt>(CI->getOperand(2));
547     if (!CSI) {
548       Value *Args[3] = {
549         CI->getOperand(1),
550         CI->getOperand(2),
551         ConstantInt::get(SLC.getIntPtrType(), Str.size()+1)
552       };
553       return ReplaceCallWith(CI, new CallInst(SLC.get_memchr(), Args, Args + 3,
554                                               CI->getName(), CI));
555     }
556
557     // strchr can find the nul character.
558     Str += '\0';
559     
560     // Get the character we're looking for
561     char CharValue = CSI->getSExtValue();
562
563     // Compute the offset
564     uint64_t i = 0;
565     while (1) {
566       if (i == Str.size())    // Didn't find the char.  strchr returns null.
567         return ReplaceCallWith(CI, Constant::getNullValue(CI->getType()));
568       // Did we find our match?
569       if (Str[i] == CharValue)
570         break;
571       ++i;
572     }
573
574     // strchr(s+n,c)  -> gep(s+n+i,c)
575     //    (if c is a constant integer and s is a constant string)
576     Value *Idx = ConstantInt::get(Type::Int64Ty, i);
577     Value *GEP = new GetElementPtrInst(CI->getOperand(1), Idx, 
578                                        CI->getOperand(1)->getName() +
579                                        ".strchr", CI);
580     return ReplaceCallWith(CI, GEP);
581   }
582 } StrChrOptimizer;
583
584 /// This LibCallOptimization will simplify a call to the strcmp library
585 /// function.  It optimizes out cases where one or both arguments are constant
586 /// and the result can be determined statically.
587 /// @brief Simplify the strcmp library function.
588 struct VISIBILITY_HIDDEN StrCmpOptimization : public LibCallOptimization {
589 public:
590   StrCmpOptimization() : LibCallOptimization("strcmp",
591       "Number of 'strcmp' calls simplified") {}
592
593   /// @brief Make sure that the "strcmp" function has the right prototype
594   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function *F, SimplifyLibCalls &SLC){
595     const FunctionType *FT = F->getFunctionType();
596     return FT->getReturnType() == Type::Int32Ty && FT->getNumParams() == 2 &&
597            FT->getParamType(0) == FT->getParamType(1) &&
598            FT->getParamType(0) == PointerType::getUnqual(Type::Int8Ty);
599   }
600
601   /// @brief Perform the strcmp optimization
602   virtual bool OptimizeCall(CallInst *CI, SimplifyLibCalls &SLC) {
603     // First, check to see if src and destination are the same. If they are,
604     // then the optimization is to replace the CallInst with a constant 0
605     // because the call is a no-op.
606     Value *Str1P = CI->getOperand(1);
607     Value *Str2P = CI->getOperand(2);
608     if (Str1P == Str2P)      // strcmp(x,x)  -> 0
609       return ReplaceCallWith(CI, ConstantInt::get(CI->getType(), 0));
610
611     std::string Str1;
612     if (!GetConstantStringInfo(Str1P, Str1))
613       return false;
614     if (Str1.empty()) {
615       // strcmp("", x) -> *x
616       Value *V = new LoadInst(Str2P, CI->getName()+".load", CI);
617       V = new ZExtInst(V, CI->getType(), CI->getName()+".int", CI);
618       return ReplaceCallWith(CI, V);
619     }
620
621     std::string Str2;
622     if (!GetConstantStringInfo(Str2P, Str2))
623       return false;
624     if (Str2.empty()) {
625       // strcmp(x,"") -> *x
626       Value *V = new LoadInst(Str1P, CI->getName()+".load", CI);
627       V = new ZExtInst(V, CI->getType(), CI->getName()+".int", CI);
628       return ReplaceCallWith(CI, V);
629     }
630
631     // strcmp(x, y)  -> cnst  (if both x and y are constant strings)
632     int R = strcmp(Str1.c_str(), Str2.c_str());
633     return ReplaceCallWith(CI, ConstantInt::get(CI->getType(), R));
634   }
635 } StrCmpOptimizer;
636
637 /// This LibCallOptimization will simplify a call to the strncmp library
638 /// function.  It optimizes out cases where one or both arguments are constant
639 /// and the result can be determined statically.
640 /// @brief Simplify the strncmp library function.
641 struct VISIBILITY_HIDDEN StrNCmpOptimization : public LibCallOptimization {
642 public:
643   StrNCmpOptimization() : LibCallOptimization("strncmp",
644       "Number of 'strncmp' calls simplified") {}
645
646   /// @brief Make sure that the "strncmp" function has the right prototype
647   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function *F, SimplifyLibCalls &SLC){
648     const FunctionType *FT = F->getFunctionType();
649     return FT->getReturnType() == Type::Int32Ty && FT->getNumParams() == 3 &&
650            FT->getParamType(0) == FT->getParamType(1) &&
651            FT->getParamType(0) == PointerType::getUnqual(Type::Int8Ty) &&
652            isa<IntegerType>(FT->getParamType(2));
653     return false;
654   }
655
656   /// @brief Perform the strncmp optimization
657   virtual bool OptimizeCall(CallInst *CI, SimplifyLibCalls &SLC) {
658     // First, check to see if src and destination are the same. If they are,
659     // then the optimization is to replace the CallInst with a constant 0
660     // because the call is a no-op.
661     Value *Str1P = CI->getOperand(1);
662     Value *Str2P = CI->getOperand(2);
663     if (Str1P == Str2P)  // strncmp(x,x, n)  -> 0
664       return ReplaceCallWith(CI, ConstantInt::get(CI->getType(), 0));
665     
666     // Check the length argument, if it is Constant zero then the strings are
667     // considered equal.
668     uint64_t Length;
669     if (ConstantInt *LengthArg = dyn_cast<ConstantInt>(CI->getOperand(3)))
670       Length = LengthArg->getZExtValue();
671     else
672       return false;
673     
674     if (Length == 0) // strncmp(x,y,0)   -> 0
675       return ReplaceCallWith(CI, ConstantInt::get(CI->getType(), 0));
676     
677     std::string Str1;
678     if (!GetConstantStringInfo(Str1P, Str1))
679       return false;
680     if (Str1.empty()) {
681       // strncmp("", x, n) -> *x
682       Value *V = new LoadInst(Str2P, CI->getName()+".load", CI);
683       V = new ZExtInst(V, CI->getType(), CI->getName()+".int", CI);
684       return ReplaceCallWith(CI, V);
685     }
686     
687     std::string Str2;
688     if (!GetConstantStringInfo(Str2P, Str2))
689       return false;
690     if (Str2.empty()) {
691       // strncmp(x, "", n) -> *x
692       Value *V = new LoadInst(Str1P, CI->getName()+".load", CI);
693       V = new ZExtInst(V, CI->getType(), CI->getName()+".int", CI);
694       return ReplaceCallWith(CI, V);
695     }
696     
697     // strncmp(x, y, n)  -> cnst  (if both x and y are constant strings)
698     int R = strncmp(Str1.c_str(), Str2.c_str(), Length);
699     return ReplaceCallWith(CI, ConstantInt::get(CI->getType(), R));
700   }
701 } StrNCmpOptimizer;
702
703 /// This LibCallOptimization will simplify a call to the strcpy library
704 /// function.  Two optimizations are possible:
705 /// (1) If src and dest are the same and not volatile, just return dest
706 /// (2) If the src is a constant then we can convert to llvm.memmove
707 /// @brief Simplify the strcpy library function.
708 struct VISIBILITY_HIDDEN StrCpyOptimization : public LibCallOptimization {
709 public:
710   StrCpyOptimization() : LibCallOptimization("strcpy",
711       "Number of 'strcpy' calls simplified") {}
712
713   /// @brief Make sure that the "strcpy" function has the right prototype
714   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function *F, SimplifyLibCalls &SLC){
715     const FunctionType *FT = F->getFunctionType();
716     return FT->getNumParams() == 2 &&
717            FT->getParamType(0) == FT->getParamType(1) &&
718            FT->getReturnType() == FT->getParamType(0) &&
719            FT->getParamType(0) == PointerType::getUnqual(Type::Int8Ty);
720   }
721
722   /// @brief Perform the strcpy optimization
723   virtual bool OptimizeCall(CallInst *CI, SimplifyLibCalls &SLC) {
724     // First, check to see if src and destination are the same. If they are,
725     // then the optimization is to replace the CallInst with the destination
726     // because the call is a no-op. Note that this corresponds to the
727     // degenerate strcpy(X,X) case which should have "undefined" results
728     // according to the C specification. However, it occurs sometimes and
729     // we optimize it as a no-op.
730     Value *Dst = CI->getOperand(1);
731     Value *Src = CI->getOperand(2);
732     if (Dst == Src) {
733       // strcpy(x, x) -> x
734       return ReplaceCallWith(CI, Dst);
735     }
736     
737     // Get the length of the constant string referenced by the Src operand.
738     std::string SrcStr;
739     if (!GetConstantStringInfo(Src, SrcStr))
740       return false;
741     
742     // If the constant string's length is zero we can optimize this by just
743     // doing a store of 0 at the first byte of the destination
744     if (SrcStr.empty()) {
745       new StoreInst(ConstantInt::get(Type::Int8Ty, 0), Dst, CI);
746       return ReplaceCallWith(CI, Dst);
747     }
748
749     // We have enough information to now generate the memcpy call to
750     // do the concatenation for us.
751     Value *MemcpyOps[] = {
752       Dst, Src, // Pass length including nul byte.
753       ConstantInt::get(SLC.getIntPtrType(), SrcStr.size()+1),
754       ConstantInt::get(Type::Int32Ty, 1) // alignment
755     };
756     new CallInst(SLC.get_memcpy(), MemcpyOps, MemcpyOps + 4, "", CI);
757
758     return ReplaceCallWith(CI, Dst);
759   }
760 } StrCpyOptimizer;
761
762 /// This LibCallOptimization will simplify a call to the strlen library
763 /// function by replacing it with a constant value if the string provided to
764 /// it is a constant array.
765 /// @brief Simplify the strlen library function.
766 struct VISIBILITY_HIDDEN StrLenOptimization : public LibCallOptimization {
767   StrLenOptimization() : LibCallOptimization("strlen",
768       "Number of 'strlen' calls simplified") {}
769
770   /// @brief Make sure that the "strlen" function has the right prototype
771   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function *F, SimplifyLibCalls &SLC){
772     const FunctionType *FT = F->getFunctionType();
773     return FT->getNumParams() == 1 &&
774            FT->getParamType(0) == PointerType::getUnqual(Type::Int8Ty) &&
775            isa<IntegerType>(FT->getReturnType());
776   }
777
778   /// @brief Perform the strlen optimization
779   virtual bool OptimizeCall(CallInst *CI, SimplifyLibCalls &SLC) {
780     // Make sure we're dealing with an sbyte* here.
781     Value *Src = CI->getOperand(1);
782
783     // Does the call to strlen have exactly one use?
784     if (CI->hasOneUse()) {
785       // Is that single use a icmp operator?
786       if (ICmpInst *Cmp = dyn_cast<ICmpInst>(CI->use_back()))
787         // Is it compared against a constant integer?
788         if (ConstantInt *Cst = dyn_cast<ConstantInt>(Cmp->getOperand(1))) {
789           // If its compared against length 0 with == or !=
790           if (Cst->getZExtValue() == 0 && Cmp->isEquality()) {
791             // strlen(x) != 0 -> *x != 0
792             // strlen(x) == 0 -> *x == 0
793             Value *V = new LoadInst(Src, Src->getName()+".first", CI);
794             V = new ICmpInst(Cmp->getPredicate(), V, 
795                              ConstantInt::get(Type::Int8Ty, 0),
796                              Cmp->getName()+".strlen", CI);
797             Cmp->replaceAllUsesWith(V);
798             Cmp->eraseFromParent();
799             return ReplaceCallWith(CI, 0);  // no uses.
800           }
801         }
802     }
803
804     // Get the length of the constant string operand
805     std::string Str;
806     if (!GetConstantStringInfo(Src, Str))
807       return false;
808       
809     // strlen("xyz") -> 3 (for example)
810     return ReplaceCallWith(CI, ConstantInt::get(CI->getType(), Str.size()));
811   }
812 } StrLenOptimizer;
813
814 /// IsOnlyUsedInEqualsComparison - Return true if it only matters that the value
815 /// is equal or not-equal to zero. 
816 static bool IsOnlyUsedInEqualsZeroComparison(Instruction *I) {
817   for (Value::use_iterator UI = I->use_begin(), E = I->use_end();
818        UI != E; ++UI) {
819     if (ICmpInst *IC = dyn_cast<ICmpInst>(*UI))
820       if (IC->isEquality())
821         if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(IC->getOperand(1)))
822           if (C->isNullValue())
823             continue;
824     // Unknown instruction.
825     return false;
826   }
827   return true;
828 }
829
830 /// This memcmpOptimization will simplify a call to the memcmp library
831 /// function.
832 struct VISIBILITY_HIDDEN memcmpOptimization : public LibCallOptimization {
833   /// @brief Default Constructor
834   memcmpOptimization()
835     : LibCallOptimization("memcmp", "Number of 'memcmp' calls simplified") {}
836   
837   /// @brief Make sure that the "memcmp" function has the right prototype
838   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function *F, SimplifyLibCalls &TD) {
839     Function::const_arg_iterator AI = F->arg_begin();
840     if (F->arg_size() != 3 || !isa<PointerType>(AI->getType())) return false;
841     if (!isa<PointerType>((++AI)->getType())) return false;
842     if (!(++AI)->getType()->isInteger()) return false;
843     if (!F->getReturnType()->isInteger()) return false;
844     return true;
845   }
846   
847   /// Because of alignment and instruction information that we don't have, we
848   /// leave the bulk of this to the code generators.
849   ///
850   /// Note that we could do much more if we could force alignment on otherwise
851   /// small aligned allocas, or if we could indicate that loads have a small
852   /// alignment.
853   virtual bool OptimizeCall(CallInst *CI, SimplifyLibCalls &TD) {
854     Value *LHS = CI->getOperand(1), *RHS = CI->getOperand(2);
855
856     // If the two operands are the same, return zero.
857     if (LHS == RHS) {
858       // memcmp(s,s,x) -> 0
859       return ReplaceCallWith(CI, Constant::getNullValue(CI->getType()));
860     }
861     
862     // Make sure we have a constant length.
863     ConstantInt *LenC = dyn_cast<ConstantInt>(CI->getOperand(3));
864     if (!LenC) return false;
865     uint64_t Len = LenC->getZExtValue();
866       
867     // If the length is zero, this returns 0.
868     switch (Len) {
869     case 0:
870       // memcmp(s1,s2,0) -> 0
871       return ReplaceCallWith(CI, Constant::getNullValue(CI->getType()));
872     case 1: {
873       // memcmp(S1,S2,1) -> *(ubyte*)S1 - *(ubyte*)S2
874       const Type *UCharPtr = PointerType::getUnqual(Type::Int8Ty);
875       CastInst *Op1Cast = CastInst::create(
876           Instruction::BitCast, LHS, UCharPtr, LHS->getName(), CI);
877       CastInst *Op2Cast = CastInst::create(
878           Instruction::BitCast, RHS, UCharPtr, RHS->getName(), CI);
879       Value *S1V = new LoadInst(Op1Cast, LHS->getName()+".val", CI);
880       Value *S2V = new LoadInst(Op2Cast, RHS->getName()+".val", CI);
881       Value *RV = BinaryOperator::createSub(S1V, S2V, CI->getName()+".diff",CI);
882       if (RV->getType() != CI->getType())
883         RV = CastInst::createIntegerCast(RV, CI->getType(), false, 
884                                          RV->getName(), CI);
885       return ReplaceCallWith(CI, RV);
886     }
887     case 2:
888       if (IsOnlyUsedInEqualsZeroComparison(CI)) {
889         // TODO: IF both are aligned, use a short load/compare.
890       
891         // memcmp(S1,S2,2) -> S1[0]-S2[0] | S1[1]-S2[1] iff only ==/!= 0 matters
892         const Type *UCharPtr = PointerType::getUnqual(Type::Int8Ty);
893         CastInst *Op1Cast = CastInst::create(
894             Instruction::BitCast, LHS, UCharPtr, LHS->getName(), CI);
895         CastInst *Op2Cast = CastInst::create(
896             Instruction::BitCast, RHS, UCharPtr, RHS->getName(), CI);
897         Value *S1V1 = new LoadInst(Op1Cast, LHS->getName()+".val1", CI);
898         Value *S2V1 = new LoadInst(Op2Cast, RHS->getName()+".val1", CI);
899         Value *D1 = BinaryOperator::createSub(S1V1, S2V1,
900                                               CI->getName()+".d1", CI);
901         Constant *One = ConstantInt::get(Type::Int32Ty, 1);
902         Value *G1 = new GetElementPtrInst(Op1Cast, One, "next1v", CI);
903         Value *G2 = new GetElementPtrInst(Op2Cast, One, "next2v", CI);
904         Value *S1V2 = new LoadInst(G1, LHS->getName()+".val2", CI);
905         Value *S2V2 = new LoadInst(G2, RHS->getName()+".val2", CI);
906         Value *D2 = BinaryOperator::createSub(S1V2, S2V2,
907                                               CI->getName()+".d1", CI);
908         Value *Or = BinaryOperator::createOr(D1, D2, CI->getName()+".res", CI);
909         if (Or->getType() != CI->getType())
910           Or = CastInst::createIntegerCast(Or, CI->getType(), false /*ZExt*/, 
911                                            Or->getName(), CI);
912         return ReplaceCallWith(CI, Or);
913       }
914       break;
915     default:
916       break;
917     }
918     
919     return false;
920   }
921 } memcmpOptimizer;
922
923 /// This LibCallOptimization will simplify a call to the memcpy library
924 /// function.  It simply converts them into calls to llvm.memcpy.*;
925 /// the resulting call should be optimized later.
926 /// @brief Simplify the memcpy library function.
927 struct VISIBILITY_HIDDEN MemCpyOptimization : public LibCallOptimization {
928 public:
929   MemCpyOptimization() : LibCallOptimization("memcpy",
930       "Number of 'memcpy' calls simplified") {}
931
932   /// @brief Make sure that the "memcpy" function has the right prototype
933   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function *F, SimplifyLibCalls &SLC){
934     const FunctionType *FT = F->getFunctionType();
935     const Type* voidPtr = PointerType::getUnqual(Type::Int8Ty);
936     return FT->getReturnType() == voidPtr && FT->getNumParams() == 3 &&
937            FT->getParamType(0) == voidPtr &&
938            FT->getParamType(1) == voidPtr &&
939            FT->getParamType(2) == SLC.getIntPtrType();
940   }
941
942   /// @brief Perform the memcpy optimization
943   virtual bool OptimizeCall(CallInst *CI, SimplifyLibCalls &SLC) {
944     Value *MemcpyOps[] = {
945       CI->getOperand(1), CI->getOperand(2), CI->getOperand(3),
946       ConstantInt::get(Type::Int32Ty, 1)   // align = 1 always.
947     };
948     new CallInst(SLC.get_memcpy(), MemcpyOps, MemcpyOps + 4, "", CI);
949     // memcpy always returns the destination
950     return ReplaceCallWith(CI, CI->getOperand(1));
951   }
952 } MemCpyOptimizer;
953
954 /// This LibCallOptimization will simplify a call to the memcpy library
955 /// function by expanding it out to a single store of size 0, 1, 2, 4, or 8
956 /// bytes depending on the length of the string and the alignment. Additional
957 /// optimizations are possible in code generation (sequence of immediate store)
958 /// @brief Simplify the memcpy library function.
959 struct VISIBILITY_HIDDEN LLVMMemCpyMoveOptzn : public LibCallOptimization {
960   LLVMMemCpyMoveOptzn(const char* fname, const char* desc)
961   : LibCallOptimization(fname, desc) {}
962
963   /// @brief Make sure that the "memcpy" function has the right prototype
964   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function* f, SimplifyLibCalls& TD) {
965     // Just make sure this has 4 arguments per LLVM spec.
966     return (f->arg_size() == 4);
967   }
968
969   /// Because of alignment and instruction information that we don't have, we
970   /// leave the bulk of this to the code generators. The optimization here just
971   /// deals with a few degenerate cases where the length of the string and the
972   /// alignment match the sizes of our intrinsic types so we can do a load and
973   /// store instead of the memcpy call.
974   /// @brief Perform the memcpy optimization.
975   virtual bool OptimizeCall(CallInst* ci, SimplifyLibCalls& TD) {
976     // Make sure we have constant int values to work with
977     ConstantInt* LEN = dyn_cast<ConstantInt>(ci->getOperand(3));
978     if (!LEN)
979       return false;
980     ConstantInt* ALIGN = dyn_cast<ConstantInt>(ci->getOperand(4));
981     if (!ALIGN)
982       return false;
983
984     // If the length is larger than the alignment, we can't optimize
985     uint64_t len = LEN->getZExtValue();
986     uint64_t alignment = ALIGN->getZExtValue();
987     if (alignment == 0)
988       alignment = 1; // Alignment 0 is identity for alignment 1
989     if (len > alignment)
990       return false;
991
992     // Get the type we will cast to, based on size of the string
993     Value* dest = ci->getOperand(1);
994     Value* src = ci->getOperand(2);
995     const Type* castType = 0;
996     switch (len) {
997       case 0:
998         // memcpy(d,s,0,a) -> d
999         return ReplaceCallWith(ci, 0);
1000       case 1: castType = Type::Int8Ty; break;
1001       case 2: castType = Type::Int16Ty; break;
1002       case 4: castType = Type::Int32Ty; break;
1003       case 8: castType = Type::Int64Ty; break;
1004       default:
1005         return false;
1006     }
1007
1008     // Cast source and dest to the right sized primitive and then load/store
1009     CastInst* SrcCast = CastInst::create(Instruction::BitCast,
1010         src, PointerType::getUnqual(castType), src->getName()+".cast", ci);
1011     CastInst* DestCast = CastInst::create(Instruction::BitCast,
1012         dest, PointerType::getUnqual(castType),dest->getName()+".cast", ci);
1013     LoadInst* LI = new LoadInst(SrcCast,SrcCast->getName()+".val",ci);
1014     new StoreInst(LI, DestCast, ci);
1015     return ReplaceCallWith(ci, 0);
1016   }
1017 };
1018
1019 /// This LibCallOptimization will simplify a call to the memcpy/memmove library
1020 /// functions.
1021 LLVMMemCpyMoveOptzn LLVMMemCpyOptimizer32("llvm.memcpy.i32",
1022                                     "Number of 'llvm.memcpy' calls simplified");
1023 LLVMMemCpyMoveOptzn LLVMMemCpyOptimizer64("llvm.memcpy.i64",
1024                                    "Number of 'llvm.memcpy' calls simplified");
1025 LLVMMemCpyMoveOptzn LLVMMemMoveOptimizer32("llvm.memmove.i32",
1026                                    "Number of 'llvm.memmove' calls simplified");
1027 LLVMMemCpyMoveOptzn LLVMMemMoveOptimizer64("llvm.memmove.i64",
1028                                    "Number of 'llvm.memmove' calls simplified");
1029
1030 /// This LibCallOptimization will simplify a call to the memset library
1031 /// function by expanding it out to a single store of size 0, 1, 2, 4, or 8
1032 /// bytes depending on the length argument.
1033 struct VISIBILITY_HIDDEN LLVMMemSetOptimization : public LibCallOptimization {
1034   /// @brief Default Constructor
1035   LLVMMemSetOptimization(const char *Name) : LibCallOptimization(Name,
1036       "Number of 'llvm.memset' calls simplified") {}
1037
1038   /// @brief Make sure that the "memset" function has the right prototype
1039   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function *F, SimplifyLibCalls &TD) {
1040     // Just make sure this has 3 arguments per LLVM spec.
1041     return F->arg_size() == 4;
1042   }
1043
1044   /// Because of alignment and instruction information that we don't have, we
1045   /// leave the bulk of this to the code generators. The optimization here just
1046   /// deals with a few degenerate cases where the length parameter is constant
1047   /// and the alignment matches the sizes of our intrinsic types so we can do
1048   /// store instead of the memcpy call. Other calls are transformed into the
1049   /// llvm.memset intrinsic.
1050   /// @brief Perform the memset optimization.
1051   virtual bool OptimizeCall(CallInst *ci, SimplifyLibCalls &TD) {
1052     // Make sure we have constant int values to work with
1053     ConstantInt* LEN = dyn_cast<ConstantInt>(ci->getOperand(3));
1054     if (!LEN)
1055       return false;
1056     ConstantInt* ALIGN = dyn_cast<ConstantInt>(ci->getOperand(4));
1057     if (!ALIGN)
1058       return false;
1059
1060     // Extract the length and alignment
1061     uint64_t len = LEN->getZExtValue();
1062     uint64_t alignment = ALIGN->getZExtValue();
1063
1064     // Alignment 0 is identity for alignment 1
1065     if (alignment == 0)
1066       alignment = 1;
1067
1068     // If the length is zero, this is a no-op
1069     if (len == 0) {
1070       // memset(d,c,0,a) -> noop
1071       return ReplaceCallWith(ci, 0);
1072     }
1073
1074     // If the length is larger than the alignment, we can't optimize
1075     if (len > alignment)
1076       return false;
1077
1078     // Make sure we have a constant ubyte to work with so we can extract
1079     // the value to be filled.
1080     ConstantInt* FILL = dyn_cast<ConstantInt>(ci->getOperand(2));
1081     if (!FILL)
1082       return false;
1083     if (FILL->getType() != Type::Int8Ty)
1084       return false;
1085
1086     // memset(s,c,n) -> store s, c (for n=1,2,4,8)
1087
1088     // Extract the fill character
1089     uint64_t fill_char = FILL->getZExtValue();
1090     uint64_t fill_value = fill_char;
1091
1092     // Get the type we will cast to, based on size of memory area to fill, and
1093     // and the value we will store there.
1094     Value* dest = ci->getOperand(1);
1095     const Type* castType = 0;
1096     switch (len) {
1097       case 1:
1098         castType = Type::Int8Ty;
1099         break;
1100       case 2:
1101         castType = Type::Int16Ty;
1102         fill_value |= fill_char << 8;
1103         break;
1104       case 4:
1105         castType = Type::Int32Ty;
1106         fill_value |= fill_char << 8 | fill_char << 16 | fill_char << 24;
1107         break;
1108       case 8:
1109         castType = Type::Int64Ty;
1110         fill_value |= fill_char << 8 | fill_char << 16 | fill_char << 24;
1111         fill_value |= fill_char << 32 | fill_char << 40 | fill_char << 48;
1112         fill_value |= fill_char << 56;
1113         break;
1114       default:
1115         return false;
1116     }
1117
1118     // Cast dest to the right sized primitive and then load/store
1119     CastInst* DestCast = new BitCastInst(dest, PointerType::getUnqual(castType), 
1120                                          dest->getName()+".cast", ci);
1121     new StoreInst(ConstantInt::get(castType,fill_value),DestCast, ci);
1122     return ReplaceCallWith(ci, 0);
1123   }
1124 };
1125
1126 LLVMMemSetOptimization MemSet32Optimizer("llvm.memset.i32");
1127 LLVMMemSetOptimization MemSet64Optimizer("llvm.memset.i64");
1128
1129
1130 /// This LibCallOptimization will simplify calls to the "pow" library
1131 /// function. It looks for cases where the result of pow is well known and
1132 /// substitutes the appropriate value.
1133 /// @brief Simplify the pow library function.
1134 struct VISIBILITY_HIDDEN PowOptimization : public LibCallOptimization {
1135 public:
1136   /// @brief Default Constructor
1137   PowOptimization() : LibCallOptimization("pow",
1138       "Number of 'pow' calls simplified") {}
1139
1140   /// @brief Make sure that the "pow" function has the right prototype
1141   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function* f, SimplifyLibCalls& SLC){
1142     // Just make sure this has 2 arguments
1143     return (f->arg_size() == 2);
1144   }
1145
1146   /// @brief Perform the pow optimization.
1147   virtual bool OptimizeCall(CallInst *ci, SimplifyLibCalls &SLC) {
1148     const Type *Ty = cast<Function>(ci->getOperand(0))->getReturnType();
1149     if (Ty!=Type::FloatTy && Ty!=Type::DoubleTy)
1150       return false;   // FIXME long double not yet supported
1151     Value* base = ci->getOperand(1);
1152     Value* expn = ci->getOperand(2);
1153     if (ConstantFP *Op1 = dyn_cast<ConstantFP>(base)) {
1154       if (Op1->isExactlyValue(1.0)) // pow(1.0,x) -> 1.0
1155         return ReplaceCallWith(ci, ConstantFP::get(Ty, 
1156           Ty==Type::FloatTy ? APFloat(1.0f) : APFloat(1.0)));
1157     }  else if (ConstantFP* Op2 = dyn_cast<ConstantFP>(expn)) {
1158       if (Op2->getValueAPF().isZero()) {
1159         // pow(x,0.0) -> 1.0
1160         return ReplaceCallWith(ci, ConstantFP::get(Ty,
1161             Ty==Type::FloatTy ? APFloat(1.0f) : APFloat(1.0)));
1162       } else if (Op2->isExactlyValue(0.5)) {
1163         // pow(x,0.5) -> sqrt(x)
1164         CallInst* sqrt_inst = new CallInst(SLC.get_sqrt(), base,
1165             ci->getName()+".pow",ci);
1166         return ReplaceCallWith(ci, sqrt_inst);
1167       } else if (Op2->isExactlyValue(1.0)) {
1168         // pow(x,1.0) -> x
1169         return ReplaceCallWith(ci, base);
1170       } else if (Op2->isExactlyValue(-1.0)) {
1171         // pow(x,-1.0)    -> 1.0/x
1172         Value *div_inst = 
1173           BinaryOperator::createFDiv(ConstantFP::get(Ty,
1174             Ty==Type::FloatTy ? APFloat(1.0f) : APFloat(1.0)), 
1175             base, ci->getName()+".pow", ci);
1176         return ReplaceCallWith(ci, div_inst);
1177       }
1178     }
1179     return false; // opt failed
1180   }
1181 } PowOptimizer;
1182
1183 /// This LibCallOptimization will simplify calls to the "printf" library
1184 /// function. It looks for cases where the result of printf is not used and the
1185 /// operation can be reduced to something simpler.
1186 /// @brief Simplify the printf library function.
1187 struct VISIBILITY_HIDDEN PrintfOptimization : public LibCallOptimization {
1188 public:
1189   /// @brief Default Constructor
1190   PrintfOptimization() : LibCallOptimization("printf",
1191       "Number of 'printf' calls simplified") {}
1192
1193   /// @brief Make sure that the "printf" function has the right prototype
1194   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function *F, SimplifyLibCalls &SLC){
1195     // Just make sure this has at least 1 argument and returns an integer or
1196     // void type.
1197     const FunctionType *FT = F->getFunctionType();
1198     return FT->getNumParams() >= 1 &&
1199           (isa<IntegerType>(FT->getReturnType()) ||
1200            FT->getReturnType() == Type::VoidTy);
1201   }
1202
1203   /// @brief Perform the printf optimization.
1204   virtual bool OptimizeCall(CallInst *CI, SimplifyLibCalls &SLC) {
1205     // All the optimizations depend on the length of the first argument and the
1206     // fact that it is a constant string array. Check that now
1207     std::string FormatStr;
1208     if (!GetConstantStringInfo(CI->getOperand(1), FormatStr))
1209       return false;
1210     
1211     // If this is a simple constant string with no format specifiers that ends
1212     // with a \n, turn it into a puts call.
1213     if (FormatStr.empty()) {
1214       // Tolerate printf's declared void.
1215       if (CI->use_empty()) return ReplaceCallWith(CI, 0);
1216       return ReplaceCallWith(CI, ConstantInt::get(CI->getType(), 0));
1217     }
1218     
1219     if (FormatStr.size() == 1) {
1220       // Turn this into a putchar call, even if it is a %.
1221       Value *V = ConstantInt::get(Type::Int32Ty, FormatStr[0]);
1222       new CallInst(SLC.get_putchar(), V, "", CI);
1223       if (CI->use_empty()) return ReplaceCallWith(CI, 0);
1224       return ReplaceCallWith(CI, ConstantInt::get(CI->getType(), 1));
1225     }
1226
1227     // Check to see if the format str is something like "foo\n", in which case
1228     // we convert it to a puts call.  We don't allow it to contain any format
1229     // characters.
1230     if (FormatStr[FormatStr.size()-1] == '\n' &&
1231         FormatStr.find('%') == std::string::npos) {
1232       // Create a string literal with no \n on it.  We expect the constant merge
1233       // pass to be run after this pass, to merge duplicate strings.
1234       FormatStr.erase(FormatStr.end()-1);
1235       Constant *Init = ConstantArray::get(FormatStr, true);
1236       Constant *GV = new GlobalVariable(Init->getType(), true,
1237                                         GlobalVariable::InternalLinkage,
1238                                         Init, "str",
1239                                      CI->getParent()->getParent()->getParent());
1240       // Cast GV to be a pointer to char.
1241       GV = ConstantExpr::getBitCast(GV, PointerType::getUnqual(Type::Int8Ty));
1242       new CallInst(SLC.get_puts(), GV, "", CI);
1243
1244       if (CI->use_empty()) return ReplaceCallWith(CI, 0);
1245       // The return value from printf includes the \n we just removed, so +1.
1246       return ReplaceCallWith(CI,
1247                              ConstantInt::get(CI->getType(), 
1248                                               FormatStr.size()+1));
1249     }
1250     
1251     
1252     // Only support %c or "%s\n" for now.
1253     if (FormatStr.size() < 2 || FormatStr[0] != '%')
1254       return false;
1255
1256     // Get the second character and switch on its value
1257     switch (FormatStr[1]) {
1258     default:  return false;
1259     case 's':
1260       if (FormatStr != "%s\n" || CI->getNumOperands() < 3 ||
1261           // TODO: could insert strlen call to compute string length.
1262           !CI->use_empty())
1263         return false;
1264
1265       // printf("%s\n",str) -> puts(str)
1266       new CallInst(SLC.get_puts(), CastToCStr(CI->getOperand(2), CI),
1267                    CI->getName(), CI);
1268       return ReplaceCallWith(CI, 0);
1269     case 'c': {
1270       // printf("%c",c) -> putchar(c)
1271       if (FormatStr.size() != 2 || CI->getNumOperands() < 3)
1272         return false;
1273       
1274       Value *V = CI->getOperand(2);
1275       if (!isa<IntegerType>(V->getType()) ||
1276           cast<IntegerType>(V->getType())->getBitWidth() > 32)
1277         return false;
1278
1279       V = CastInst::createZExtOrBitCast(V, Type::Int32Ty, CI->getName()+".int",
1280                                         CI);
1281       new CallInst(SLC.get_putchar(), V, "", CI);
1282       return ReplaceCallWith(CI, ConstantInt::get(CI->getType(), 1));
1283     }
1284     }
1285   }
1286 } PrintfOptimizer;
1287
1288 /// This LibCallOptimization will simplify calls to the "fprintf" library
1289 /// function. It looks for cases where the result of fprintf is not used and the
1290 /// operation can be reduced to something simpler.
1291 /// @brief Simplify the fprintf library function.
1292 struct VISIBILITY_HIDDEN FPrintFOptimization : public LibCallOptimization {
1293 public:
1294   /// @brief Default Constructor
1295   FPrintFOptimization() : LibCallOptimization("fprintf",
1296       "Number of 'fprintf' calls simplified") {}
1297
1298   /// @brief Make sure that the "fprintf" function has the right prototype
1299   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function *F, SimplifyLibCalls &SLC){
1300     const FunctionType *FT = F->getFunctionType();
1301     return FT->getNumParams() == 2 &&  // two fixed arguments.
1302            FT->getParamType(1) == PointerType::getUnqual(Type::Int8Ty) &&
1303            isa<PointerType>(FT->getParamType(0)) &&
1304            isa<IntegerType>(FT->getReturnType());
1305   }
1306
1307   /// @brief Perform the fprintf optimization.
1308   virtual bool OptimizeCall(CallInst *CI, SimplifyLibCalls &SLC) {
1309     // If the call has more than 3 operands, we can't optimize it
1310     if (CI->getNumOperands() != 3 && CI->getNumOperands() != 4)
1311       return false;
1312
1313     // All the optimizations depend on the format string.
1314     std::string FormatStr;
1315     if (!GetConstantStringInfo(CI->getOperand(2), FormatStr))
1316       return false;
1317
1318     // If this is just a format string, turn it into fwrite.
1319     if (CI->getNumOperands() == 3) {
1320       for (unsigned i = 0, e = FormatStr.size(); i != e; ++i)
1321         if (FormatStr[i] == '%')
1322           return false; // we found a format specifier
1323
1324       // fprintf(file,fmt) -> fwrite(fmt,strlen(fmt),file)
1325       const Type *FILEty = CI->getOperand(1)->getType();
1326
1327       Value *FWriteArgs[] = {
1328         CI->getOperand(2),
1329         ConstantInt::get(SLC.getIntPtrType(), FormatStr.size()),
1330         ConstantInt::get(SLC.getIntPtrType(), 1),
1331         CI->getOperand(1)
1332       };
1333       new CallInst(SLC.get_fwrite(FILEty), FWriteArgs, FWriteArgs + 4, CI->getName(), CI);
1334       return ReplaceCallWith(CI, ConstantInt::get(CI->getType(), 
1335                                                   FormatStr.size()));
1336     }
1337     
1338     // The remaining optimizations require the format string to be length 2:
1339     // "%s" or "%c".
1340     if (FormatStr.size() != 2 || FormatStr[0] != '%')
1341       return false;
1342
1343     // Get the second character and switch on its value
1344     switch (FormatStr[1]) {
1345     case 'c': {
1346       // fprintf(file,"%c",c) -> fputc(c,file)
1347       const Type *FILETy = CI->getOperand(1)->getType();
1348       Value *C = CastInst::createZExtOrBitCast(CI->getOperand(3), Type::Int32Ty,
1349                                                CI->getName()+".int", CI);
1350       SmallVector<Value *, 2> Args;
1351       Args.push_back(C);
1352       Args.push_back(CI->getOperand(1));
1353       new CallInst(SLC.get_fputc(FILETy), Args.begin(), Args.end(), "", CI);
1354       return ReplaceCallWith(CI, ConstantInt::get(CI->getType(), 1));
1355     }
1356     case 's': {
1357       const Type *FILETy = CI->getOperand(1)->getType();
1358       
1359       // If the result of the fprintf call is used, we can't do this.
1360       // TODO: we should insert a strlen call.
1361       if (!CI->use_empty())
1362         return false;
1363       
1364       // fprintf(file,"%s",str) -> fputs(str,file)
1365       SmallVector<Value *, 2> Args;
1366       Args.push_back(CastToCStr(CI->getOperand(3), CI));
1367       Args.push_back(CI->getOperand(1));
1368       new CallInst(SLC.get_fputs(FILETy), Args.begin(),
1369                    Args.end(), CI->getName(), CI);
1370       return ReplaceCallWith(CI, 0);
1371     }
1372     default:
1373       return false;
1374     }
1375   }
1376 } FPrintFOptimizer;
1377
1378 /// This LibCallOptimization will simplify calls to the "sprintf" library
1379 /// function. It looks for cases where the result of sprintf is not used and the
1380 /// operation can be reduced to something simpler.
1381 /// @brief Simplify the sprintf library function.
1382 struct VISIBILITY_HIDDEN SPrintFOptimization : public LibCallOptimization {
1383 public:
1384   /// @brief Default Constructor
1385   SPrintFOptimization() : LibCallOptimization("sprintf",
1386       "Number of 'sprintf' calls simplified") {}
1387
1388   /// @brief Make sure that the "sprintf" function has the right prototype
1389   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function *F, SimplifyLibCalls &SLC){
1390     const FunctionType *FT = F->getFunctionType();
1391     return FT->getNumParams() == 2 &&  // two fixed arguments.
1392            FT->getParamType(1) == PointerType::getUnqual(Type::Int8Ty) &&
1393            FT->getParamType(0) == FT->getParamType(1) &&
1394            isa<IntegerType>(FT->getReturnType());
1395   }
1396
1397   /// @brief Perform the sprintf optimization.
1398   virtual bool OptimizeCall(CallInst *CI, SimplifyLibCalls &SLC) {
1399     // If the call has more than 3 operands, we can't optimize it
1400     if (CI->getNumOperands() != 3 && CI->getNumOperands() != 4)
1401       return false;
1402
1403     std::string FormatStr;
1404     if (!GetConstantStringInfo(CI->getOperand(2), FormatStr))
1405       return false;
1406     
1407     if (CI->getNumOperands() == 3) {
1408       // Make sure there's no % in the constant array
1409       for (unsigned i = 0, e = FormatStr.size(); i != e; ++i)
1410         if (FormatStr[i] == '%')
1411           return false; // we found a format specifier
1412       
1413       // sprintf(str,fmt) -> llvm.memcpy(str,fmt,strlen(fmt),1)
1414       Value *MemCpyArgs[] = {
1415         CI->getOperand(1), CI->getOperand(2),
1416         ConstantInt::get(SLC.getIntPtrType(), 
1417                          FormatStr.size()+1), // Copy the nul byte.
1418         ConstantInt::get(Type::Int32Ty, 1)
1419       };
1420       new CallInst(SLC.get_memcpy(), MemCpyArgs, MemCpyArgs + 4, "", CI);
1421       return ReplaceCallWith(CI, ConstantInt::get(CI->getType(), 
1422                                                   FormatStr.size()));
1423     }
1424
1425     // The remaining optimizations require the format string to be "%s" or "%c".
1426     if (FormatStr.size() != 2 || FormatStr[0] != '%')
1427       return false;
1428
1429     // Get the second character and switch on its value
1430     switch (FormatStr[1]) {
1431     case 'c': {
1432       // sprintf(dest,"%c",chr) -> store chr, dest
1433       Value *V = CastInst::createTruncOrBitCast(CI->getOperand(3),
1434                                                 Type::Int8Ty, "char", CI);
1435       new StoreInst(V, CI->getOperand(1), CI);
1436       Value *Ptr = new GetElementPtrInst(CI->getOperand(1),
1437                                          ConstantInt::get(Type::Int32Ty, 1),
1438                                          CI->getOperand(1)->getName()+".end",
1439                                          CI);
1440       new StoreInst(ConstantInt::get(Type::Int8Ty,0), Ptr, CI);
1441       return ReplaceCallWith(CI, ConstantInt::get(Type::Int32Ty, 1));
1442     }
1443     case 's': {
1444       // sprintf(dest,"%s",str) -> llvm.memcpy(dest, str, strlen(str)+1, 1)
1445       Value *Len = new CallInst(SLC.get_strlen(),
1446                                 CastToCStr(CI->getOperand(3), CI),
1447                                 CI->getOperand(3)->getName()+".len", CI);
1448       Value *UnincLen = Len;
1449       Len = BinaryOperator::createAdd(Len, ConstantInt::get(Len->getType(), 1),
1450                                       Len->getName()+"1", CI);
1451       Value *MemcpyArgs[4] = {
1452         CI->getOperand(1),
1453         CastToCStr(CI->getOperand(3), CI),
1454         Len,
1455         ConstantInt::get(Type::Int32Ty, 1)
1456       };
1457       new CallInst(SLC.get_memcpy(), MemcpyArgs, MemcpyArgs + 4, "", CI);
1458       
1459       // The strlen result is the unincremented number of bytes in the string.
1460       if (!CI->use_empty()) {
1461         if (UnincLen->getType() != CI->getType())
1462           UnincLen = CastInst::createIntegerCast(UnincLen, CI->getType(), false, 
1463                                                  Len->getName(), CI);
1464         CI->replaceAllUsesWith(UnincLen);
1465       }
1466       return ReplaceCallWith(CI, 0);
1467     }
1468     }
1469     return false;
1470   }
1471 } SPrintFOptimizer;
1472
1473 /// This LibCallOptimization will simplify calls to the "fputs" library
1474 /// function. It looks for cases where the result of fputs is not used and the
1475 /// operation can be reduced to something simpler.
1476 /// @brief Simplify the fputs library function.
1477 struct VISIBILITY_HIDDEN FPutsOptimization : public LibCallOptimization {
1478 public:
1479   /// @brief Default Constructor
1480   FPutsOptimization() : LibCallOptimization("fputs",
1481       "Number of 'fputs' calls simplified") {}
1482
1483   /// @brief Make sure that the "fputs" function has the right prototype
1484   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function *F, SimplifyLibCalls &SLC){
1485     // Just make sure this has 2 arguments
1486     return F->arg_size() == 2;
1487   }
1488
1489   /// @brief Perform the fputs optimization.
1490   virtual bool OptimizeCall(CallInst *CI, SimplifyLibCalls &SLC) {
1491     // If the result is used, none of these optimizations work.
1492     if (!CI->use_empty())
1493       return false;
1494
1495     // All the optimizations depend on the length of the first argument and the
1496     // fact that it is a constant string array. Check that now
1497     std::string Str;
1498     if (!GetConstantStringInfo(CI->getOperand(1), Str))
1499       return false;
1500
1501     const Type *FILETy = CI->getOperand(2)->getType();
1502     // fputs(s,F)  -> fwrite(s,1,len,F) (if s is constant and strlen(s) > 1)
1503     Value *FWriteParms[4] = {
1504       CI->getOperand(1),
1505       ConstantInt::get(SLC.getIntPtrType(), Str.size()),
1506       ConstantInt::get(SLC.getIntPtrType(), 1),
1507       CI->getOperand(2)
1508     };
1509     new CallInst(SLC.get_fwrite(FILETy), FWriteParms, FWriteParms + 4, "", CI);
1510     return ReplaceCallWith(CI, 0);  // Known to have no uses (see above).
1511   }
1512 } FPutsOptimizer;
1513
1514 /// This LibCallOptimization will simplify calls to the "fwrite" function.
1515 struct VISIBILITY_HIDDEN FWriteOptimization : public LibCallOptimization {
1516 public:
1517   /// @brief Default Constructor
1518   FWriteOptimization() : LibCallOptimization("fwrite",
1519                                        "Number of 'fwrite' calls simplified") {}
1520   
1521   /// @brief Make sure that the "fputs" function has the right prototype
1522   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function *F, SimplifyLibCalls &SLC){
1523     const FunctionType *FT = F->getFunctionType();
1524     return FT->getNumParams() == 4 && 
1525            FT->getParamType(0) == PointerType::getUnqual(Type::Int8Ty) &&
1526            FT->getParamType(1) == FT->getParamType(2) &&
1527            isa<IntegerType>(FT->getParamType(1)) &&
1528            isa<PointerType>(FT->getParamType(3)) &&
1529            isa<IntegerType>(FT->getReturnType());
1530   }
1531   
1532   virtual bool OptimizeCall(CallInst *CI, SimplifyLibCalls &SLC) {
1533     // Get the element size and count.
1534     uint64_t EltSize, EltCount;
1535     if (ConstantInt *C = dyn_cast<ConstantInt>(CI->getOperand(2)))
1536       EltSize = C->getZExtValue();
1537     else
1538       return false;
1539     if (ConstantInt *C = dyn_cast<ConstantInt>(CI->getOperand(3)))
1540       EltCount = C->getZExtValue();
1541     else
1542       return false;
1543     
1544     // If this is writing zero records, remove the call (it's a noop).
1545     if (EltSize * EltCount == 0)
1546       return ReplaceCallWith(CI, ConstantInt::get(CI->getType(), 0));
1547     
1548     // If this is writing one byte, turn it into fputc.
1549     if (EltSize == 1 && EltCount == 1) {
1550       SmallVector<Value *, 2> Args;
1551       // fwrite(s,1,1,F) -> fputc(s[0],F)
1552       Value *Ptr = CI->getOperand(1);
1553       Value *Val = new LoadInst(Ptr, Ptr->getName()+".byte", CI);
1554       Args.push_back(new ZExtInst(Val, Type::Int32Ty, Val->getName()+".int", CI));
1555       Args.push_back(CI->getOperand(4));
1556       const Type *FILETy = CI->getOperand(4)->getType();
1557       new CallInst(SLC.get_fputc(FILETy), Args.begin(), Args.end(), "", CI);
1558       return ReplaceCallWith(CI, ConstantInt::get(CI->getType(), 1));
1559     }
1560     return false;
1561   }
1562 } FWriteOptimizer;
1563
1564 /// This LibCallOptimization will simplify calls to the "isdigit" library
1565 /// function. It simply does range checks the parameter explicitly.
1566 /// @brief Simplify the isdigit library function.
1567 struct VISIBILITY_HIDDEN isdigitOptimization : public LibCallOptimization {
1568 public:
1569   isdigitOptimization() : LibCallOptimization("isdigit",
1570       "Number of 'isdigit' calls simplified") {}
1571
1572   /// @brief Make sure that the "isdigit" function has the right prototype
1573   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function* f, SimplifyLibCalls& SLC){
1574     // Just make sure this has 1 argument
1575     return (f->arg_size() == 1);
1576   }
1577
1578   /// @brief Perform the toascii optimization.
1579   virtual bool OptimizeCall(CallInst *ci, SimplifyLibCalls &SLC) {
1580     if (ConstantInt* CI = dyn_cast<ConstantInt>(ci->getOperand(1))) {
1581       // isdigit(c)   -> 0 or 1, if 'c' is constant
1582       uint64_t val = CI->getZExtValue();
1583       if (val >= '0' && val <= '9')
1584         return ReplaceCallWith(ci, ConstantInt::get(Type::Int32Ty, 1));
1585       else
1586         return ReplaceCallWith(ci, ConstantInt::get(Type::Int32Ty, 0));
1587     }
1588
1589     // isdigit(c)   -> (unsigned)c - '0' <= 9
1590     CastInst* cast = CastInst::createIntegerCast(ci->getOperand(1),
1591         Type::Int32Ty, false/*ZExt*/, ci->getOperand(1)->getName()+".uint", ci);
1592     BinaryOperator* sub_inst = BinaryOperator::createSub(cast,
1593         ConstantInt::get(Type::Int32Ty,0x30),
1594         ci->getOperand(1)->getName()+".sub",ci);
1595     ICmpInst* setcond_inst = new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_ULE,sub_inst,
1596         ConstantInt::get(Type::Int32Ty,9),
1597         ci->getOperand(1)->getName()+".cmp",ci);
1598     CastInst* c2 = new ZExtInst(setcond_inst, Type::Int32Ty, 
1599         ci->getOperand(1)->getName()+".isdigit", ci);
1600     return ReplaceCallWith(ci, c2);
1601   }
1602 } isdigitOptimizer;
1603
1604 struct VISIBILITY_HIDDEN isasciiOptimization : public LibCallOptimization {
1605 public:
1606   isasciiOptimization()
1607     : LibCallOptimization("isascii", "Number of 'isascii' calls simplified") {}
1608   
1609   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function *F, SimplifyLibCalls &SLC){
1610     return F->arg_size() == 1 && F->arg_begin()->getType()->isInteger() && 
1611            F->getReturnType()->isInteger();
1612   }
1613   
1614   /// @brief Perform the isascii optimization.
1615   virtual bool OptimizeCall(CallInst *CI, SimplifyLibCalls &SLC) {
1616     // isascii(c)   -> (unsigned)c < 128
1617     Value *V = CI->getOperand(1);
1618     Value *Cmp = new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_ULT, V, 
1619                               ConstantInt::get(V->getType(), 128), 
1620                               V->getName()+".isascii", CI);
1621     if (Cmp->getType() != CI->getType())
1622       Cmp = new ZExtInst(Cmp, CI->getType(), Cmp->getName(), CI);
1623     return ReplaceCallWith(CI, Cmp);
1624   }
1625 } isasciiOptimizer;
1626
1627
1628 /// This LibCallOptimization will simplify calls to the "toascii" library
1629 /// function. It simply does the corresponding and operation to restrict the
1630 /// range of values to the ASCII character set (0-127).
1631 /// @brief Simplify the toascii library function.
1632 struct VISIBILITY_HIDDEN ToAsciiOptimization : public LibCallOptimization {
1633 public:
1634   /// @brief Default Constructor
1635   ToAsciiOptimization() : LibCallOptimization("toascii",
1636       "Number of 'toascii' calls simplified") {}
1637
1638   /// @brief Make sure that the "fputs" function has the right prototype
1639   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function* f, SimplifyLibCalls& SLC){
1640     // Just make sure this has 2 arguments
1641     return (f->arg_size() == 1);
1642   }
1643
1644   /// @brief Perform the toascii optimization.
1645   virtual bool OptimizeCall(CallInst *ci, SimplifyLibCalls &SLC) {
1646     // toascii(c)   -> (c & 0x7f)
1647     Value *chr = ci->getOperand(1);
1648     Value *and_inst = BinaryOperator::createAnd(chr,
1649         ConstantInt::get(chr->getType(),0x7F),ci->getName()+".toascii",ci);
1650     return ReplaceCallWith(ci, and_inst);
1651   }
1652 } ToAsciiOptimizer;
1653
1654 /// This LibCallOptimization will simplify calls to the "ffs" library
1655 /// calls which find the first set bit in an int, long, or long long. The
1656 /// optimization is to compute the result at compile time if the argument is
1657 /// a constant.
1658 /// @brief Simplify the ffs library function.
1659 struct VISIBILITY_HIDDEN FFSOptimization : public LibCallOptimization {
1660 protected:
1661   /// @brief Subclass Constructor
1662   FFSOptimization(const char* funcName, const char* description)
1663     : LibCallOptimization(funcName, description) {}
1664
1665 public:
1666   /// @brief Default Constructor
1667   FFSOptimization() : LibCallOptimization("ffs",
1668       "Number of 'ffs' calls simplified") {}
1669
1670   /// @brief Make sure that the "ffs" function has the right prototype
1671   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function *F, SimplifyLibCalls &SLC){
1672     // Just make sure this has 2 arguments
1673     return F->arg_size() == 1 && F->getReturnType() == Type::Int32Ty;
1674   }
1675
1676   /// @brief Perform the ffs optimization.
1677   virtual bool OptimizeCall(CallInst *TheCall, SimplifyLibCalls &SLC) {
1678     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(TheCall->getOperand(1))) {
1679       // ffs(cnst)  -> bit#
1680       // ffsl(cnst) -> bit#
1681       // ffsll(cnst) -> bit#
1682       uint64_t val = CI->getZExtValue();
1683       int result = 0;
1684       if (val) {
1685         ++result;
1686         while ((val & 1) == 0) {
1687           ++result;
1688           val >>= 1;
1689         }
1690       }
1691       return ReplaceCallWith(TheCall, ConstantInt::get(Type::Int32Ty, result));
1692     }
1693
1694     // ffs(x)   -> x == 0 ? 0 : llvm.cttz(x)+1
1695     // ffsl(x)  -> x == 0 ? 0 : llvm.cttz(x)+1
1696     // ffsll(x) -> x == 0 ? 0 : llvm.cttz(x)+1
1697     const Type *ArgType = TheCall->getOperand(1)->getType();
1698     const char *CTTZName;
1699     assert(ArgType->getTypeID() == Type::IntegerTyID &&
1700            "llvm.cttz argument is not an integer?");
1701     unsigned BitWidth = cast<IntegerType>(ArgType)->getBitWidth();
1702     if (BitWidth == 8)
1703       CTTZName = "llvm.cttz.i8";
1704     else if (BitWidth == 16)
1705       CTTZName = "llvm.cttz.i16"; 
1706     else if (BitWidth == 32)
1707       CTTZName = "llvm.cttz.i32";
1708     else {
1709       assert(BitWidth == 64 && "Unknown bitwidth");
1710       CTTZName = "llvm.cttz.i64";
1711     }
1712     
1713     Constant *F = SLC.getModule()->getOrInsertFunction(CTTZName, ArgType,
1714                                                        ArgType, NULL);
1715     Value *V = CastInst::createIntegerCast(TheCall->getOperand(1), ArgType, 
1716                                            false/*ZExt*/, "tmp", TheCall);
1717     Value *V2 = new CallInst(F, V, "tmp", TheCall);
1718     V2 = CastInst::createIntegerCast(V2, Type::Int32Ty, false/*ZExt*/, 
1719                                      "tmp", TheCall);
1720     V2 = BinaryOperator::createAdd(V2, ConstantInt::get(Type::Int32Ty, 1),
1721                                    "tmp", TheCall);
1722     Value *Cond = new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_EQ, V, 
1723                                Constant::getNullValue(V->getType()), "tmp", 
1724                                TheCall);
1725     V2 = new SelectInst(Cond, ConstantInt::get(Type::Int32Ty, 0), V2,
1726                         TheCall->getName(), TheCall);
1727     return ReplaceCallWith(TheCall, V2);
1728   }
1729 } FFSOptimizer;
1730
1731 /// This LibCallOptimization will simplify calls to the "ffsl" library
1732 /// calls. It simply uses FFSOptimization for which the transformation is
1733 /// identical.
1734 /// @brief Simplify the ffsl library function.
1735 struct VISIBILITY_HIDDEN FFSLOptimization : public FFSOptimization {
1736 public:
1737   /// @brief Default Constructor
1738   FFSLOptimization() : FFSOptimization("ffsl",
1739       "Number of 'ffsl' calls simplified") {}
1740
1741 } FFSLOptimizer;
1742
1743 /// This LibCallOptimization will simplify calls to the "ffsll" library
1744 /// calls. It simply uses FFSOptimization for which the transformation is
1745 /// identical.
1746 /// @brief Simplify the ffsl library function.
1747 struct VISIBILITY_HIDDEN FFSLLOptimization : public FFSOptimization {
1748 public:
1749   /// @brief Default Constructor
1750   FFSLLOptimization() : FFSOptimization("ffsll",
1751       "Number of 'ffsll' calls simplified") {}
1752
1753 } FFSLLOptimizer;
1754
1755 /// This optimizes unary functions that take and return doubles.
1756 struct UnaryDoubleFPOptimizer : public LibCallOptimization {
1757   UnaryDoubleFPOptimizer(const char *Fn, const char *Desc)
1758   : LibCallOptimization(Fn, Desc) {}
1759   
1760   // Make sure that this function has the right prototype
1761   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function *F, SimplifyLibCalls &SLC){
1762     return F->arg_size() == 1 && F->arg_begin()->getType() == Type::DoubleTy &&
1763            F->getReturnType() == Type::DoubleTy;
1764   }
1765
1766   /// ShrinkFunctionToFloatVersion - If the input to this function is really a
1767   /// float, strength reduce this to a float version of the function,
1768   /// e.g. floor((double)FLT) -> (double)floorf(FLT).  This can only be called
1769   /// when the target supports the destination function and where there can be
1770   /// no precision loss.
1771   static bool ShrinkFunctionToFloatVersion(CallInst *CI, SimplifyLibCalls &SLC,
1772                                            Constant *(SimplifyLibCalls::*FP)()){
1773     if (FPExtInst *Cast = dyn_cast<FPExtInst>(CI->getOperand(1)))
1774       if (Cast->getOperand(0)->getType() == Type::FloatTy) {
1775         Value *New = new CallInst((SLC.*FP)(), Cast->getOperand(0),
1776                                   CI->getName(), CI);
1777         New = new FPExtInst(New, Type::DoubleTy, CI->getName(), CI);
1778         CI->replaceAllUsesWith(New);
1779         CI->eraseFromParent();
1780         if (Cast->use_empty())
1781           Cast->eraseFromParent();
1782         return true;
1783       }
1784     return false;
1785   }
1786 };
1787
1788
1789 struct VISIBILITY_HIDDEN FloorOptimization : public UnaryDoubleFPOptimizer {
1790   FloorOptimization()
1791     : UnaryDoubleFPOptimizer("floor", "Number of 'floor' calls simplified") {}
1792   
1793   virtual bool OptimizeCall(CallInst *CI, SimplifyLibCalls &SLC) {
1794 #ifdef HAVE_FLOORF
1795     // If this is a float argument passed in, convert to floorf.
1796     if (ShrinkFunctionToFloatVersion(CI, SLC, &SimplifyLibCalls::get_floorf))
1797       return true;
1798 #endif
1799     return false; // opt failed
1800   }
1801 } FloorOptimizer;
1802
1803 struct VISIBILITY_HIDDEN CeilOptimization : public UnaryDoubleFPOptimizer {
1804   CeilOptimization()
1805   : UnaryDoubleFPOptimizer("ceil", "Number of 'ceil' calls simplified") {}
1806   
1807   virtual bool OptimizeCall(CallInst *CI, SimplifyLibCalls &SLC) {
1808 #ifdef HAVE_CEILF
1809     // If this is a float argument passed in, convert to ceilf.
1810     if (ShrinkFunctionToFloatVersion(CI, SLC, &SimplifyLibCalls::get_ceilf))
1811       return true;
1812 #endif
1813     return false; // opt failed
1814   }
1815 } CeilOptimizer;
1816
1817 struct VISIBILITY_HIDDEN RoundOptimization : public UnaryDoubleFPOptimizer {
1818   RoundOptimization()
1819   : UnaryDoubleFPOptimizer("round", "Number of 'round' calls simplified") {}
1820   
1821   virtual bool OptimizeCall(CallInst *CI, SimplifyLibCalls &SLC) {
1822 #ifdef HAVE_ROUNDF
1823     // If this is a float argument passed in, convert to roundf.
1824     if (ShrinkFunctionToFloatVersion(CI, SLC, &SimplifyLibCalls::get_roundf))
1825       return true;
1826 #endif
1827     return false; // opt failed
1828   }
1829 } RoundOptimizer;
1830
1831 struct VISIBILITY_HIDDEN RintOptimization : public UnaryDoubleFPOptimizer {
1832   RintOptimization()
1833   : UnaryDoubleFPOptimizer("rint", "Number of 'rint' calls simplified") {}
1834   
1835   virtual bool OptimizeCall(CallInst *CI, SimplifyLibCalls &SLC) {
1836 #ifdef HAVE_RINTF
1837     // If this is a float argument passed in, convert to rintf.
1838     if (ShrinkFunctionToFloatVersion(CI, SLC, &SimplifyLibCalls::get_rintf))
1839       return true;
1840 #endif
1841     return false; // opt failed
1842   }
1843 } RintOptimizer;
1844
1845 struct VISIBILITY_HIDDEN NearByIntOptimization : public UnaryDoubleFPOptimizer {
1846   NearByIntOptimization()
1847   : UnaryDoubleFPOptimizer("nearbyint",
1848                            "Number of 'nearbyint' calls simplified") {}
1849   
1850   virtual bool OptimizeCall(CallInst *CI, SimplifyLibCalls &SLC) {
1851 #ifdef HAVE_NEARBYINTF
1852     // If this is a float argument passed in, convert to nearbyintf.
1853     if (ShrinkFunctionToFloatVersion(CI, SLC,&SimplifyLibCalls::get_nearbyintf))
1854       return true;
1855 #endif
1856     return false; // opt failed
1857   }
1858 } NearByIntOptimizer;
1859
1860 /// GetConstantStringInfo - This function computes the length of a
1861 /// null-terminated constant array of integers.  This function can't rely on the
1862 /// size of the constant array because there could be a null terminator in the
1863 /// middle of the array.
1864 ///
1865 /// We also have to bail out if we find a non-integer constant initializer
1866 /// of one of the elements or if there is no null-terminator. The logic
1867 /// below checks each of these conditions and will return true only if all
1868 /// conditions are met.  If the conditions aren't met, this returns false.
1869 ///
1870 /// If successful, the \p Array param is set to the constant array being
1871 /// indexed, the \p Length parameter is set to the length of the null-terminated
1872 /// string pointed to by V, the \p StartIdx value is set to the first
1873 /// element of the Array that V points to, and true is returned.
1874 static bool GetConstantStringInfo(Value *V, std::string &Str) {
1875   // Look through noop bitcast instructions.
1876   if (BitCastInst *BCI = dyn_cast<BitCastInst>(V)) {
1877     if (BCI->getType() == BCI->getOperand(0)->getType())
1878       return GetConstantStringInfo(BCI->getOperand(0), Str);
1879     return false;
1880   }
1881   
1882   // If the value is not a GEP instruction nor a constant expression with a
1883   // GEP instruction, then return false because ConstantArray can't occur
1884   // any other way
1885   User *GEP = 0;
1886   if (GetElementPtrInst *GEPI = dyn_cast<GetElementPtrInst>(V)) {
1887     GEP = GEPI;
1888   } else if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(V)) {
1889     if (CE->getOpcode() != Instruction::GetElementPtr)
1890       return false;
1891     GEP = CE;
1892   } else {
1893     return false;
1894   }
1895
1896   // Make sure the GEP has exactly three arguments.
1897   if (GEP->getNumOperands() != 3)
1898     return false;
1899
1900   // Check to make sure that the first operand of the GEP is an integer and
1901   // has value 0 so that we are sure we're indexing into the initializer.
1902   if (ConstantInt *Idx = dyn_cast<ConstantInt>(GEP->getOperand(1))) {
1903     if (!Idx->isZero())
1904       return false;
1905   } else
1906     return false;
1907
1908   // If the second index isn't a ConstantInt, then this is a variable index
1909   // into the array.  If this occurs, we can't say anything meaningful about
1910   // the string.
1911   uint64_t StartIdx = 0;
1912   if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(GEP->getOperand(2)))
1913     StartIdx = CI->getZExtValue();
1914   else
1915     return false;
1916
1917   // The GEP instruction, constant or instruction, must reference a global
1918   // variable that is a constant and is initialized. The referenced constant
1919   // initializer is the array that we'll use for optimization.
1920   GlobalVariable* GV = dyn_cast<GlobalVariable>(GEP->getOperand(0));
1921   if (!GV || !GV->isConstant() || !GV->hasInitializer())
1922     return false;
1923   Constant *GlobalInit = GV->getInitializer();
1924
1925   // Handle the ConstantAggregateZero case
1926   if (isa<ConstantAggregateZero>(GlobalInit)) {
1927     // This is a degenerate case. The initializer is constant zero so the
1928     // length of the string must be zero.
1929     Str.clear();
1930     return true;
1931   }
1932
1933   // Must be a Constant Array
1934   ConstantArray *Array = dyn_cast<ConstantArray>(GlobalInit);
1935   if (!Array) return false;
1936
1937   // Get the number of elements in the array
1938   uint64_t NumElts = Array->getType()->getNumElements();
1939
1940   // Traverse the constant array from StartIdx (derived above) which is
1941   // the place the GEP refers to in the array.
1942   for (unsigned i = StartIdx; i < NumElts; ++i) {
1943     Constant *Elt = Array->getOperand(i);
1944     ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(Elt);
1945     if (!CI) // This array isn't suitable, non-int initializer.
1946       return false;
1947     if (CI->isZero())
1948       return true; // we found end of string, success!
1949     Str += (char)CI->getZExtValue();
1950   }
1951   
1952   return false; // The array isn't null terminated.
1953 }
1954
1955 /// CastToCStr - Return V if it is an sbyte*, otherwise cast it to sbyte*,
1956 /// inserting the cast before IP, and return the cast.
1957 /// @brief Cast a value to a "C" string.
1958 static Value *CastToCStr(Value *V, Instruction *IP) {
1959   assert(isa<PointerType>(V->getType()) && 
1960          "Can't cast non-pointer type to C string type");
1961   const Type *SBPTy = PointerType::getUnqual(Type::Int8Ty);
1962   if (V->getType() != SBPTy)
1963     return new BitCastInst(V, SBPTy, V->getName(), IP);
1964   return V;
1965 }
1966
1967 // TODO:
1968 //   Additional cases that we need to add to this file:
1969 //
1970 // cbrt:
1971 //   * cbrt(expN(X))  -> expN(x/3)
1972 //   * cbrt(sqrt(x))  -> pow(x,1/6)
1973 //   * cbrt(sqrt(x))  -> pow(x,1/9)
1974 //
1975 // cos, cosf, cosl:
1976 //   * cos(-x)  -> cos(x)
1977 //
1978 // exp, expf, expl:
1979 //   * exp(log(x))  -> x
1980 //
1981 // log, logf, logl:
1982 //   * log(exp(x))   -> x
1983 //   * log(x**y)     -> y*log(x)
1984 //   * log(exp(y))   -> y*log(e)
1985 //   * log(exp2(y))  -> y*log(2)
1986 //   * log(exp10(y)) -> y*log(10)
1987 //   * log(sqrt(x))  -> 0.5*log(x)
1988 //   * log(pow(x,y)) -> y*log(x)
1989 //
1990 // lround, lroundf, lroundl:
1991 //   * lround(cnst) -> cnst'
1992 //
1993 // memcmp:
1994 //   * memcmp(x,y,l)   -> cnst
1995 //      (if all arguments are constant and strlen(x) <= l and strlen(y) <= l)
1996 //
1997 // memmove:
1998 //   * memmove(d,s,l,a) -> memcpy(d,s,l,a)
1999 //       (if s is a global constant array)
2000 //
2001 // pow, powf, powl:
2002 //   * pow(exp(x),y)  -> exp(x*y)
2003 //   * pow(sqrt(x),y) -> pow(x,y*0.5)
2004 //   * pow(pow(x,y),z)-> pow(x,y*z)
2005 //
2006 // puts:
2007 //   * puts("") -> putchar("\n")
2008 //
2009 // round, roundf, roundl:
2010 //   * round(cnst) -> cnst'
2011 //
2012 // signbit:
2013 //   * signbit(cnst) -> cnst'
2014 //   * signbit(nncst) -> 0 (if pstv is a non-negative constant)
2015 //
2016 // sqrt, sqrtf, sqrtl:
2017 //   * sqrt(expN(x))  -> expN(x*0.5)
2018 //   * sqrt(Nroot(x)) -> pow(x,1/(2*N))
2019 //   * sqrt(pow(x,y)) -> pow(|x|,y*0.5)
2020 //
2021 // stpcpy:
2022 //   * stpcpy(str, "literal") ->
2023 //           llvm.memcpy(str,"literal",strlen("literal")+1,1)
2024 // strrchr:
2025 //   * strrchr(s,c) -> reverse_offset_of_in(c,s)
2026 //      (if c is a constant integer and s is a constant string)
2027 //   * strrchr(s1,0) -> strchr(s1,0)
2028 //
2029 // strncat:
2030 //   * strncat(x,y,0) -> x
2031 //   * strncat(x,y,0) -> x (if strlen(y) = 0)
2032 //   * strncat(x,y,l) -> strcat(x,y) (if y and l are constants an l > strlen(y))
2033 //
2034 // strncpy:
2035 //   * strncpy(d,s,0) -> d
2036 //   * strncpy(d,s,l) -> memcpy(d,s,l,1)
2037 //      (if s and l are constants)
2038 //
2039 // strpbrk:
2040 //   * strpbrk(s,a) -> offset_in_for(s,a)
2041 //      (if s and a are both constant strings)
2042 //   * strpbrk(s,"") -> 0
2043 //   * strpbrk(s,a) -> strchr(s,a[0]) (if a is constant string of length 1)
2044 //
2045 // strspn, strcspn:
2046 //   * strspn(s,a)   -> const_int (if both args are constant)
2047 //   * strspn("",a)  -> 0
2048 //   * strspn(s,"")  -> 0
2049 //   * strcspn(s,a)  -> const_int (if both args are constant)
2050 //   * strcspn("",a) -> 0
2051 //   * strcspn(s,"") -> strlen(a)
2052 //
2053 // strstr:
2054 //   * strstr(x,x)  -> x
2055 //   * strstr(s1,s2) -> offset_of_s2_in(s1)
2056 //       (if s1 and s2 are constant strings)
2057 //
2058 // tan, tanf, tanl:
2059 //   * tan(atan(x)) -> x
2060 //
2061 // trunc, truncf, truncl:
2062 //   * trunc(cnst) -> cnst'
2063 //
2064 //
2065 }