rename getConstantStringLength -> GetConstantStringInfo. Make it return
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / IPO / SimplifyLibCalls.cpp
1 //===- SimplifyLibCalls.cpp - Optimize specific well-known library calls --===//
2 //
3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
4 //
5 // This file was developed by Reid Spencer and is distributed under the
6 // University of Illinois Open Source License. See LICENSE.TXT for details.
7 //
8 //===----------------------------------------------------------------------===//
9 //
10 // This file implements a module pass that applies a variety of small
11 // optimizations for calls to specific well-known function calls (e.g. runtime
12 // library functions). For example, a call to the function "exit(3)" that
13 // occurs within the main() function can be transformed into a simple "return 3"
14 // instruction. Any optimization that takes this form (replace call to library
15 // function with simpler code that provides the same result) belongs in this
16 // file.
17 //
18 //===----------------------------------------------------------------------===//
19
20 #define DEBUG_TYPE "simplify-libcalls"
21 #include "llvm/Constants.h"
22 #include "llvm/DerivedTypes.h"
23 #include "llvm/Instructions.h"
24 #include "llvm/Module.h"
25 #include "llvm/Pass.h"
26 #include "llvm/ADT/hash_map"
27 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
28 #include "llvm/Config/config.h"
29 #include "llvm/Support/Compiler.h"
30 #include "llvm/Support/Debug.h"
31 #include "llvm/Target/TargetData.h"
32 #include "llvm/Transforms/IPO.h"
33 using namespace llvm;
34
35 /// This statistic keeps track of the total number of library calls that have
36 /// been simplified regardless of which call it is.
37 STATISTIC(SimplifiedLibCalls, "Number of library calls simplified");
38
39 namespace {
40   // Forward declarations
41   class LibCallOptimization;
42   class SimplifyLibCalls;
43   
44 /// This list is populated by the constructor for LibCallOptimization class.
45 /// Therefore all subclasses are registered here at static initialization time
46 /// and this list is what the SimplifyLibCalls pass uses to apply the individual
47 /// optimizations to the call sites.
48 /// @brief The list of optimizations deriving from LibCallOptimization
49 static LibCallOptimization *OptList = 0;
50
51 /// This class is the abstract base class for the set of optimizations that
52 /// corresponds to one library call. The SimplifyLibCalls pass will call the
53 /// ValidateCalledFunction method to ask the optimization if a given Function
54 /// is the kind that the optimization can handle. If the subclass returns true,
55 /// then SImplifyLibCalls will also call the OptimizeCall method to perform,
56 /// or attempt to perform, the optimization(s) for the library call. Otherwise,
57 /// OptimizeCall won't be called. Subclasses are responsible for providing the
58 /// name of the library call (strlen, strcpy, etc.) to the LibCallOptimization
59 /// constructor. This is used to efficiently select which call instructions to
60 /// optimize. The criteria for a "lib call" is "anything with well known
61 /// semantics", typically a library function that is defined by an international
62 /// standard. Because the semantics are well known, the optimizations can
63 /// generally short-circuit actually calling the function if there's a simpler
64 /// way (e.g. strlen(X) can be reduced to a constant if X is a constant global).
65 /// @brief Base class for library call optimizations
66 class VISIBILITY_HIDDEN LibCallOptimization {
67   LibCallOptimization **Prev, *Next;
68   const char *FunctionName; ///< Name of the library call we optimize
69 #ifndef NDEBUG
70   Statistic occurrences; ///< debug statistic (-debug-only=simplify-libcalls)
71 #endif
72 public:
73   /// The \p fname argument must be the name of the library function being
74   /// optimized by the subclass.
75   /// @brief Constructor that registers the optimization.
76   LibCallOptimization(const char *FName, const char *Description)
77     : FunctionName(FName) {
78       
79 #ifndef NDEBUG
80     occurrences.construct("simplify-libcalls", Description);
81 #endif
82     // Register this optimizer in the list of optimizations.
83     Next = OptList;
84     OptList = this;
85     Prev = &OptList;
86     if (Next) Next->Prev = &Next;
87   }
88   
89   /// getNext - All libcall optimizations are chained together into a list,
90   /// return the next one in the list.
91   LibCallOptimization *getNext() { return Next; }
92
93   /// @brief Deregister from the optlist
94   virtual ~LibCallOptimization() {
95     *Prev = Next;
96     if (Next) Next->Prev = Prev;
97   }
98
99   /// The implementation of this function in subclasses should determine if
100   /// \p F is suitable for the optimization. This method is called by
101   /// SimplifyLibCalls::runOnModule to short circuit visiting all the call
102   /// sites of such a function if that function is not suitable in the first
103   /// place.  If the called function is suitabe, this method should return true;
104   /// false, otherwise. This function should also perform any lazy
105   /// initialization that the LibCallOptimization needs to do, if its to return
106   /// true. This avoids doing initialization until the optimizer is actually
107   /// going to be called upon to do some optimization.
108   /// @brief Determine if the function is suitable for optimization
109   virtual bool ValidateCalledFunction(
110     const Function* F,    ///< The function that is the target of call sites
111     SimplifyLibCalls& SLC ///< The pass object invoking us
112   ) = 0;
113
114   /// The implementations of this function in subclasses is the heart of the
115   /// SimplifyLibCalls algorithm. Sublcasses of this class implement
116   /// OptimizeCall to determine if (a) the conditions are right for optimizing
117   /// the call and (b) to perform the optimization. If an action is taken
118   /// against ci, the subclass is responsible for returning true and ensuring
119   /// that ci is erased from its parent.
120   /// @brief Optimize a call, if possible.
121   virtual bool OptimizeCall(
122     CallInst* ci,          ///< The call instruction that should be optimized.
123     SimplifyLibCalls& SLC  ///< The pass object invoking us
124   ) = 0;
125
126   /// @brief Get the name of the library call being optimized
127   const char *getFunctionName() const { return FunctionName; }
128
129   /// @brief Called by SimplifyLibCalls to update the occurrences statistic.
130   void succeeded() {
131 #ifndef NDEBUG
132     DEBUG(++occurrences);
133 #endif
134   }
135 };
136
137 /// This class is an LLVM Pass that applies each of the LibCallOptimization
138 /// instances to all the call sites in a module, relatively efficiently. The
139 /// purpose of this pass is to provide optimizations for calls to well-known
140 /// functions with well-known semantics, such as those in the c library. The
141 /// class provides the basic infrastructure for handling runOnModule.  Whenever
142 /// this pass finds a function call, it asks the appropriate optimizer to
143 /// validate the call (ValidateLibraryCall). If it is validated, then
144 /// the OptimizeCall method is also called.
145 /// @brief A ModulePass for optimizing well-known function calls.
146 class VISIBILITY_HIDDEN SimplifyLibCalls : public ModulePass {
147 public:
148   /// We need some target data for accurate signature details that are
149   /// target dependent. So we require target data in our AnalysisUsage.
150   /// @brief Require TargetData from AnalysisUsage.
151   virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage& Info) const {
152     // Ask that the TargetData analysis be performed before us so we can use
153     // the target data.
154     Info.addRequired<TargetData>();
155   }
156
157   /// For this pass, process all of the function calls in the module, calling
158   /// ValidateLibraryCall and OptimizeCall as appropriate.
159   /// @brief Run all the lib call optimizations on a Module.
160   virtual bool runOnModule(Module &M) {
161     reset(M);
162
163     bool result = false;
164     hash_map<std::string, LibCallOptimization*> OptznMap;
165     for (LibCallOptimization *Optzn = OptList; Optzn; Optzn = Optzn->getNext())
166       OptznMap[Optzn->getFunctionName()] = Optzn;
167
168     // The call optimizations can be recursive. That is, the optimization might
169     // generate a call to another function which can also be optimized. This way
170     // we make the LibCallOptimization instances very specific to the case they
171     // handle. It also means we need to keep running over the function calls in
172     // the module until we don't get any more optimizations possible.
173     bool found_optimization = false;
174     do {
175       found_optimization = false;
176       for (Module::iterator FI = M.begin(), FE = M.end(); FI != FE; ++FI) {
177         // All the "well-known" functions are external and have external linkage
178         // because they live in a runtime library somewhere and were (probably)
179         // not compiled by LLVM.  So, we only act on external functions that
180         // have external or dllimport linkage and non-empty uses.
181         if (!FI->isDeclaration() ||
182             !(FI->hasExternalLinkage() || FI->hasDLLImportLinkage()) ||
183             FI->use_empty())
184           continue;
185
186         // Get the optimization class that pertains to this function
187         hash_map<std::string, LibCallOptimization*>::iterator OMI =
188           OptznMap.find(FI->getName());
189         if (OMI == OptznMap.end()) continue;
190         
191         LibCallOptimization *CO = OMI->second;
192
193         // Make sure the called function is suitable for the optimization
194         if (!CO->ValidateCalledFunction(FI, *this))
195           continue;
196
197         // Loop over each of the uses of the function
198         for (Value::use_iterator UI = FI->use_begin(), UE = FI->use_end();
199              UI != UE ; ) {
200           // If the use of the function is a call instruction
201           if (CallInst* CI = dyn_cast<CallInst>(*UI++)) {
202             // Do the optimization on the LibCallOptimization.
203             if (CO->OptimizeCall(CI, *this)) {
204               ++SimplifiedLibCalls;
205               found_optimization = result = true;
206               CO->succeeded();
207             }
208           }
209         }
210       }
211     } while (found_optimization);
212     
213     return result;
214   }
215
216   /// @brief Return the *current* module we're working on.
217   Module* getModule() const { return M; }
218
219   /// @brief Return the *current* target data for the module we're working on.
220   TargetData* getTargetData() const { return TD; }
221
222   /// @brief Return the size_t type -- syntactic shortcut
223   const Type* getIntPtrType() const { return TD->getIntPtrType(); }
224
225   /// @brief Return a Function* for the putchar libcall
226   Constant *get_putchar() {
227     if (!putchar_func)
228       putchar_func = 
229         M->getOrInsertFunction("putchar", Type::Int32Ty, Type::Int32Ty, NULL);
230     return putchar_func;
231   }
232
233   /// @brief Return a Function* for the puts libcall
234   Constant *get_puts() {
235     if (!puts_func)
236       puts_func = M->getOrInsertFunction("puts", Type::Int32Ty,
237                                          PointerType::get(Type::Int8Ty),
238                                          NULL);
239     return puts_func;
240   }
241
242   /// @brief Return a Function* for the fputc libcall
243   Constant *get_fputc(const Type* FILEptr_type) {
244     if (!fputc_func)
245       fputc_func = M->getOrInsertFunction("fputc", Type::Int32Ty, Type::Int32Ty,
246                                           FILEptr_type, NULL);
247     return fputc_func;
248   }
249
250   /// @brief Return a Function* for the fputs libcall
251   Constant *get_fputs(const Type* FILEptr_type) {
252     if (!fputs_func)
253       fputs_func = M->getOrInsertFunction("fputs", Type::Int32Ty,
254                                           PointerType::get(Type::Int8Ty),
255                                           FILEptr_type, NULL);
256     return fputs_func;
257   }
258
259   /// @brief Return a Function* for the fwrite libcall
260   Constant *get_fwrite(const Type* FILEptr_type) {
261     if (!fwrite_func)
262       fwrite_func = M->getOrInsertFunction("fwrite", TD->getIntPtrType(),
263                                            PointerType::get(Type::Int8Ty),
264                                            TD->getIntPtrType(),
265                                            TD->getIntPtrType(),
266                                            FILEptr_type, NULL);
267     return fwrite_func;
268   }
269
270   /// @brief Return a Function* for the sqrt libcall
271   Constant *get_sqrt() {
272     if (!sqrt_func)
273       sqrt_func = M->getOrInsertFunction("sqrt", Type::DoubleTy, 
274                                          Type::DoubleTy, NULL);
275     return sqrt_func;
276   }
277
278   /// @brief Return a Function* for the strcpy libcall
279   Constant *get_strcpy() {
280     if (!strcpy_func)
281       strcpy_func = M->getOrInsertFunction("strcpy",
282                                            PointerType::get(Type::Int8Ty),
283                                            PointerType::get(Type::Int8Ty),
284                                            PointerType::get(Type::Int8Ty),
285                                            NULL);
286     return strcpy_func;
287   }
288
289   /// @brief Return a Function* for the strlen libcall
290   Constant *get_strlen() {
291     if (!strlen_func)
292       strlen_func = M->getOrInsertFunction("strlen", TD->getIntPtrType(),
293                                            PointerType::get(Type::Int8Ty),
294                                            NULL);
295     return strlen_func;
296   }
297
298   /// @brief Return a Function* for the memchr libcall
299   Constant *get_memchr() {
300     if (!memchr_func)
301       memchr_func = M->getOrInsertFunction("memchr",
302                                            PointerType::get(Type::Int8Ty),
303                                            PointerType::get(Type::Int8Ty),
304                                            Type::Int32Ty, TD->getIntPtrType(),
305                                            NULL);
306     return memchr_func;
307   }
308
309   /// @brief Return a Function* for the memcpy libcall
310   Constant *get_memcpy() {
311     if (!memcpy_func) {
312       const Type *SBP = PointerType::get(Type::Int8Ty);
313       const char *N = TD->getIntPtrType() == Type::Int32Ty ?
314                             "llvm.memcpy.i32" : "llvm.memcpy.i64";
315       memcpy_func = M->getOrInsertFunction(N, Type::VoidTy, SBP, SBP,
316                                            TD->getIntPtrType(), Type::Int32Ty,
317                                            NULL);
318     }
319     return memcpy_func;
320   }
321
322   Constant *getUnaryFloatFunction(const char *Name, Constant *&Cache) {
323     if (!Cache)
324       Cache = M->getOrInsertFunction(Name, Type::FloatTy, Type::FloatTy, NULL);
325     return Cache;
326   }
327   
328   Constant *get_floorf() { return getUnaryFloatFunction("floorf", floorf_func);}
329   Constant *get_ceilf()  { return getUnaryFloatFunction( "ceilf",  ceilf_func);}
330   Constant *get_roundf() { return getUnaryFloatFunction("roundf", roundf_func);}
331   Constant *get_rintf()  { return getUnaryFloatFunction( "rintf",  rintf_func);}
332   Constant *get_nearbyintf() { return getUnaryFloatFunction("nearbyintf",
333                                                             nearbyintf_func); }
334 private:
335   /// @brief Reset our cached data for a new Module
336   void reset(Module& mod) {
337     M = &mod;
338     TD = &getAnalysis<TargetData>();
339     putchar_func = 0;
340     puts_func = 0;
341     fputc_func = 0;
342     fputs_func = 0;
343     fwrite_func = 0;
344     memcpy_func = 0;
345     memchr_func = 0;
346     sqrt_func   = 0;
347     strcpy_func = 0;
348     strlen_func = 0;
349     floorf_func = 0;
350     ceilf_func = 0;
351     roundf_func = 0;
352     rintf_func = 0;
353     nearbyintf_func = 0;
354   }
355
356 private:
357   /// Caches for function pointers.
358   Constant *putchar_func, *puts_func;
359   Constant *fputc_func, *fputs_func, *fwrite_func;
360   Constant *memcpy_func, *memchr_func;
361   Constant *sqrt_func;
362   Constant *strcpy_func, *strlen_func;
363   Constant *floorf_func, *ceilf_func, *roundf_func;
364   Constant *rintf_func, *nearbyintf_func;
365   Module *M;             ///< Cached Module
366   TargetData *TD;        ///< Cached TargetData
367 };
368
369 // Register the pass
370 RegisterPass<SimplifyLibCalls>
371 X("simplify-libcalls", "Simplify well-known library calls");
372
373 } // anonymous namespace
374
375 // The only public symbol in this file which just instantiates the pass object
376 ModulePass *llvm::createSimplifyLibCallsPass() {
377   return new SimplifyLibCalls();
378 }
379
380 // Classes below here, in the anonymous namespace, are all subclasses of the
381 // LibCallOptimization class, each implementing all optimizations possible for a
382 // single well-known library call. Each has a static singleton instance that
383 // auto registers it into the "optlist" global above.
384 namespace {
385
386 // Forward declare utility functions.
387 static bool GetConstantStringInfo(Value *V, ConstantArray *&Array,
388                                   uint64_t &Length, uint64_t &StartIdx);
389 static Value *CastToCStr(Value *V, Instruction &IP);
390
391 /// This LibCallOptimization will find instances of a call to "exit" that occurs
392 /// within the "main" function and change it to a simple "ret" instruction with
393 /// the same value passed to the exit function. When this is done, it splits the
394 /// basic block at the exit(3) call and deletes the call instruction.
395 /// @brief Replace calls to exit in main with a simple return
396 struct VISIBILITY_HIDDEN ExitInMainOptimization : public LibCallOptimization {
397   ExitInMainOptimization() : LibCallOptimization("exit",
398       "Number of 'exit' calls simplified") {}
399
400   // Make sure the called function looks like exit (int argument, int return
401   // type, external linkage, not varargs).
402   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function *F, SimplifyLibCalls &SLC){
403     return F->arg_size() >= 1 && F->arg_begin()->getType()->isInteger();
404   }
405
406   virtual bool OptimizeCall(CallInst* ci, SimplifyLibCalls& SLC) {
407     // To be careful, we check that the call to exit is coming from "main", that
408     // main has external linkage, and the return type of main and the argument
409     // to exit have the same type.
410     Function *from = ci->getParent()->getParent();
411     if (from->hasExternalLinkage())
412       if (from->getReturnType() == ci->getOperand(1)->getType())
413         if (from->getName() == "main") {
414           // Okay, time to actually do the optimization. First, get the basic
415           // block of the call instruction
416           BasicBlock* bb = ci->getParent();
417
418           // Create a return instruction that we'll replace the call with.
419           // Note that the argument of the return is the argument of the call
420           // instruction.
421           new ReturnInst(ci->getOperand(1), ci);
422
423           // Split the block at the call instruction which places it in a new
424           // basic block.
425           bb->splitBasicBlock(ci);
426
427           // The block split caused a branch instruction to be inserted into
428           // the end of the original block, right after the return instruction
429           // that we put there. That's not a valid block, so delete the branch
430           // instruction.
431           bb->getInstList().pop_back();
432
433           // Now we can finally get rid of the call instruction which now lives
434           // in the new basic block.
435           ci->eraseFromParent();
436
437           // Optimization succeeded, return true.
438           return true;
439         }
440     // We didn't pass the criteria for this optimization so return false
441     return false;
442   }
443 } ExitInMainOptimizer;
444
445 /// This LibCallOptimization will simplify a call to the strcat library
446 /// function. The simplification is possible only if the string being
447 /// concatenated is a constant array or a constant expression that results in
448 /// a constant string. In this case we can replace it with strlen + llvm.memcpy
449 /// of the constant string. Both of these calls are further reduced, if possible
450 /// on subsequent passes.
451 /// @brief Simplify the strcat library function.
452 struct VISIBILITY_HIDDEN StrCatOptimization : public LibCallOptimization {
453 public:
454   /// @brief Default constructor
455   StrCatOptimization() : LibCallOptimization("strcat",
456       "Number of 'strcat' calls simplified") {}
457
458 public:
459
460   /// @brief Make sure that the "strcat" function has the right prototype
461   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function* f, SimplifyLibCalls& SLC){
462     if (f->getReturnType() == PointerType::get(Type::Int8Ty))
463       if (f->arg_size() == 2)
464       {
465         Function::const_arg_iterator AI = f->arg_begin();
466         if (AI++->getType() == PointerType::get(Type::Int8Ty))
467           if (AI->getType() == PointerType::get(Type::Int8Ty))
468           {
469             // Indicate this is a suitable call type.
470             return true;
471           }
472       }
473     return false;
474   }
475
476   /// @brief Optimize the strcat library function
477   virtual bool OptimizeCall(CallInst* ci, SimplifyLibCalls& SLC) {
478     // Extract some information from the instruction
479     Value* dest = ci->getOperand(1);
480     Value* src  = ci->getOperand(2);
481
482     // Extract the initializer (while making numerous checks) from the
483     // source operand of the call to strcat. If we get null back, one of
484     // a variety of checks in get_GVInitializer failed
485     uint64_t len, StartIdx;
486     ConstantArray *Arr;
487     if (!GetConstantStringInfo(src, Arr, len, StartIdx))
488       return false;
489
490     // Handle the simple, do-nothing case
491     if (len == 0) {
492       ci->replaceAllUsesWith(dest);
493       ci->eraseFromParent();
494       return true;
495     }
496
497     // Increment the length because we actually want to memcpy the null
498     // terminator as well.
499     len++;
500
501     // We need to find the end of the destination string.  That's where the
502     // memory is to be moved to. We just generate a call to strlen (further
503     // optimized in another pass).  Note that the SLC.get_strlen() call
504     // caches the Function* for us.
505     CallInst* strlen_inst =
506       new CallInst(SLC.get_strlen(), dest, dest->getName()+".len",ci);
507
508     // Now that we have the destination's length, we must index into the
509     // destination's pointer to get the actual memcpy destination (end of
510     // the string .. we're concatenating).
511     GetElementPtrInst* gep =
512       new GetElementPtrInst(dest, strlen_inst, dest->getName()+".indexed", ci);
513
514     // We have enough information to now generate the memcpy call to
515     // do the concatenation for us.
516     Value *vals[4];
517     vals[0] = gep; // destination
518     vals[1] = ci->getOperand(2); // source
519     vals[2] = ConstantInt::get(SLC.getIntPtrType(),len); // length
520     vals[3] = ConstantInt::get(Type::Int32Ty,1); // alignment
521     new CallInst(SLC.get_memcpy(), vals, 4, "", ci);
522
523     // Finally, substitute the first operand of the strcat call for the
524     // strcat call itself since strcat returns its first operand; and,
525     // kill the strcat CallInst.
526     ci->replaceAllUsesWith(dest);
527     ci->eraseFromParent();
528     return true;
529   }
530 } StrCatOptimizer;
531
532 /// This LibCallOptimization will simplify a call to the strchr library
533 /// function.  It optimizes out cases where the arguments are both constant
534 /// and the result can be determined statically.
535 /// @brief Simplify the strcmp library function.
536 struct VISIBILITY_HIDDEN StrChrOptimization : public LibCallOptimization {
537 public:
538   StrChrOptimization() : LibCallOptimization("strchr",
539       "Number of 'strchr' calls simplified") {}
540
541   /// @brief Make sure that the "strchr" function has the right prototype
542   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function* f, SimplifyLibCalls& SLC){
543     if (f->getReturnType() == PointerType::get(Type::Int8Ty) &&
544         f->arg_size() == 2)
545       return true;
546     return false;
547   }
548
549   /// @brief Perform the strchr optimizations
550   virtual bool OptimizeCall(CallInst *ci, SimplifyLibCalls &SLC) {
551     // If there aren't three operands, bail
552     if (ci->getNumOperands() != 3)
553       return false;
554
555     // Check that the first argument to strchr is a constant array of sbyte.
556     // If it is, get the length and data, otherwise return false.
557     uint64_t len, StartIdx;
558     ConstantArray* CA = 0;
559     if (!GetConstantStringInfo(ci->getOperand(1), CA, len, StartIdx))
560       return false;
561
562     // Check that the second argument to strchr is a constant int. If it isn't
563     // a constant integer, we can try an alternate optimization
564     ConstantInt* CSI = dyn_cast<ConstantInt>(ci->getOperand(2));
565     if (!CSI) {
566       // The second operand is not constant just lower this to 
567       // memchr since we know the length of the string since it is constant.
568       Constant *f = SLC.get_memchr();
569       Value* args[3] = {
570         ci->getOperand(1),
571         ci->getOperand(2),
572         ConstantInt::get(SLC.getIntPtrType(), len)
573       };
574       ci->replaceAllUsesWith(new CallInst(f, args, 3, ci->getName(), ci));
575       ci->eraseFromParent();
576       return true;
577     }
578
579     // Get the character we're looking for
580     int64_t chr = CSI->getSExtValue();
581
582     // Compute the offset
583     uint64_t offset = 0;
584     bool char_found = false;
585     for (uint64_t i = 0; i < len; ++i) {
586       if (ConstantInt* CI = dyn_cast<ConstantInt>(CA->getOperand(i))) {
587         // Check for the null terminator
588         if (CI->isZero())
589           break; // we found end of string
590         else if (CI->getSExtValue() == chr) {
591           char_found = true;
592           offset = i;
593           break;
594         }
595       }
596     }
597
598     // strchr(s,c)  -> offset_of_in(c,s)
599     //    (if c is a constant integer and s is a constant string)
600     if (char_found) {
601       Value* Idx = ConstantInt::get(Type::Int64Ty,offset);
602       GetElementPtrInst* GEP = new GetElementPtrInst(ci->getOperand(1), Idx, 
603           ci->getOperand(1)->getName()+".strchr",ci);
604       ci->replaceAllUsesWith(GEP);
605     } else {
606       ci->replaceAllUsesWith(
607           ConstantPointerNull::get(PointerType::get(Type::Int8Ty)));
608     }
609     ci->eraseFromParent();
610     return true;
611   }
612 } StrChrOptimizer;
613
614 /// This LibCallOptimization will simplify a call to the strcmp library
615 /// function.  It optimizes out cases where one or both arguments are constant
616 /// and the result can be determined statically.
617 /// @brief Simplify the strcmp library function.
618 struct VISIBILITY_HIDDEN StrCmpOptimization : public LibCallOptimization {
619 public:
620   StrCmpOptimization() : LibCallOptimization("strcmp",
621       "Number of 'strcmp' calls simplified") {}
622
623   /// @brief Make sure that the "strcmp" function has the right prototype
624   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function *F, SimplifyLibCalls &SLC){
625     return F->getReturnType() == Type::Int32Ty && F->arg_size() == 2;
626   }
627
628   /// @brief Perform the strcmp optimization
629   virtual bool OptimizeCall(CallInst* ci, SimplifyLibCalls& SLC) {
630     // First, check to see if src and destination are the same. If they are,
631     // then the optimization is to replace the CallInst with a constant 0
632     // because the call is a no-op.
633     Value* s1 = ci->getOperand(1);
634     Value* s2 = ci->getOperand(2);
635     if (s1 == s2) {
636       // strcmp(x,x)  -> 0
637       ci->replaceAllUsesWith(ConstantInt::get(Type::Int32Ty,0));
638       ci->eraseFromParent();
639       return true;
640     }
641
642     bool isstr_1 = false;
643     uint64_t len_1 = 0, StartIdx;
644     ConstantArray *A1;
645     if (GetConstantStringInfo(s1, A1, len_1, StartIdx)) {
646       isstr_1 = true;
647       if (len_1 == 0) {
648         // strcmp("",x) -> *x
649         LoadInst* load =
650           new LoadInst(CastToCStr(s2,*ci), ci->getName()+".load",ci);
651         CastInst* cast =
652           CastInst::create(Instruction::SExt, load, Type::Int32Ty, 
653                            ci->getName()+".int", ci);
654         ci->replaceAllUsesWith(cast);
655         ci->eraseFromParent();
656         return true;
657       }
658     }
659
660     bool isstr_2 = false;
661     uint64_t len_2;
662     ConstantArray* A2;
663     if (GetConstantStringInfo(s2, A2, len_2, StartIdx)) {
664       isstr_2 = true;
665       if (len_2 == 0) {
666         // strcmp(x,"") -> *x
667         LoadInst* load =
668           new LoadInst(CastToCStr(s1,*ci),ci->getName()+".val",ci);
669         CastInst* cast =
670           CastInst::create(Instruction::SExt, load, Type::Int32Ty, 
671                            ci->getName()+".int", ci);
672         ci->replaceAllUsesWith(cast);
673         ci->eraseFromParent();
674         return true;
675       }
676     }
677
678     if (isstr_1 && isstr_2) {
679       // strcmp(x,y)  -> cnst  (if both x and y are constant strings)
680       std::string str1 = A1->getAsString();
681       std::string str2 = A2->getAsString();
682       int result = strcmp(str1.c_str(), str2.c_str());
683       ci->replaceAllUsesWith(ConstantInt::get(Type::Int32Ty,result));
684       ci->eraseFromParent();
685       return true;
686     }
687     return false;
688   }
689 } StrCmpOptimizer;
690
691 /// This LibCallOptimization will simplify a call to the strncmp library
692 /// function.  It optimizes out cases where one or both arguments are constant
693 /// and the result can be determined statically.
694 /// @brief Simplify the strncmp library function.
695 struct VISIBILITY_HIDDEN StrNCmpOptimization : public LibCallOptimization {
696 public:
697   StrNCmpOptimization() : LibCallOptimization("strncmp",
698       "Number of 'strncmp' calls simplified") {}
699
700   /// @brief Make sure that the "strncmp" function has the right prototype
701   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function* f, SimplifyLibCalls& SLC){
702     if (f->getReturnType() == Type::Int32Ty && f->arg_size() == 3)
703       return true;
704     return false;
705   }
706
707   /// @brief Perform the strncpy optimization
708   virtual bool OptimizeCall(CallInst *ci, SimplifyLibCalls &SLC) {
709     // First, check to see if src and destination are the same. If they are,
710     // then the optimization is to replace the CallInst with a constant 0
711     // because the call is a no-op.
712     Value* s1 = ci->getOperand(1);
713     Value* s2 = ci->getOperand(2);
714     if (s1 == s2) {
715       // strncmp(x,x,l)  -> 0
716       ci->replaceAllUsesWith(ConstantInt::get(Type::Int32Ty,0));
717       ci->eraseFromParent();
718       return true;
719     }
720
721     // Check the length argument, if it is Constant zero then the strings are
722     // considered equal.
723     uint64_t len_arg = 0;
724     bool len_arg_is_const = false;
725     if (ConstantInt* len_CI = dyn_cast<ConstantInt>(ci->getOperand(3))) {
726       len_arg_is_const = true;
727       len_arg = len_CI->getZExtValue();
728       if (len_arg == 0) {
729         // strncmp(x,y,0)   -> 0
730         ci->replaceAllUsesWith(ConstantInt::get(Type::Int32Ty,0));
731         ci->eraseFromParent();
732         return true;
733       }
734     }
735
736     bool isstr_1 = false;
737     uint64_t len_1 = 0, StartIdx;
738     ConstantArray* A1;
739     if (GetConstantStringInfo(s1, A1, len_1, StartIdx)) {
740       isstr_1 = true;
741       if (len_1 == 0) {
742         // strncmp("",x) -> *x
743         LoadInst* load = new LoadInst(s1,ci->getName()+".load",ci);
744         CastInst* cast =
745           CastInst::create(Instruction::SExt, load, Type::Int32Ty, 
746                            ci->getName()+".int", ci);
747         ci->replaceAllUsesWith(cast);
748         ci->eraseFromParent();
749         return true;
750       }
751     }
752
753     bool isstr_2 = false;
754     uint64_t len_2 = 0;
755     ConstantArray* A2;
756     if (GetConstantStringInfo(s2, A2, len_2, StartIdx)) {
757       isstr_2 = true;
758       if (len_2 == 0) {
759         // strncmp(x,"") -> *x
760         LoadInst* load = new LoadInst(s2,ci->getName()+".val",ci);
761         CastInst* cast =
762           CastInst::create(Instruction::SExt, load, Type::Int32Ty, 
763                            ci->getName()+".int", ci);
764         ci->replaceAllUsesWith(cast);
765         ci->eraseFromParent();
766         return true;
767       }
768     }
769
770     if (isstr_1 && isstr_2 && len_arg_is_const) {
771       // strncmp(x,y,const) -> constant
772       std::string str1 = A1->getAsString();
773       std::string str2 = A2->getAsString();
774       int result = strncmp(str1.c_str(), str2.c_str(), len_arg);
775       ci->replaceAllUsesWith(ConstantInt::get(Type::Int32Ty,result));
776       ci->eraseFromParent();
777       return true;
778     }
779     return false;
780   }
781 } StrNCmpOptimizer;
782
783 /// This LibCallOptimization will simplify a call to the strcpy library
784 /// function.  Two optimizations are possible:
785 /// (1) If src and dest are the same and not volatile, just return dest
786 /// (2) If the src is a constant then we can convert to llvm.memmove
787 /// @brief Simplify the strcpy library function.
788 struct VISIBILITY_HIDDEN StrCpyOptimization : public LibCallOptimization {
789 public:
790   StrCpyOptimization() : LibCallOptimization("strcpy",
791       "Number of 'strcpy' calls simplified") {}
792
793   /// @brief Make sure that the "strcpy" function has the right prototype
794   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function* f, SimplifyLibCalls& SLC){
795     if (f->getReturnType() == PointerType::get(Type::Int8Ty))
796       if (f->arg_size() == 2) {
797         Function::const_arg_iterator AI = f->arg_begin();
798         if (AI++->getType() == PointerType::get(Type::Int8Ty))
799           if (AI->getType() == PointerType::get(Type::Int8Ty)) {
800             // Indicate this is a suitable call type.
801             return true;
802           }
803       }
804     return false;
805   }
806
807   /// @brief Perform the strcpy optimization
808   virtual bool OptimizeCall(CallInst* ci, SimplifyLibCalls& SLC) {
809     // First, check to see if src and destination are the same. If they are,
810     // then the optimization is to replace the CallInst with the destination
811     // because the call is a no-op. Note that this corresponds to the
812     // degenerate strcpy(X,X) case which should have "undefined" results
813     // according to the C specification. However, it occurs sometimes and
814     // we optimize it as a no-op.
815     Value* dest = ci->getOperand(1);
816     Value* src = ci->getOperand(2);
817     if (dest == src) {
818       ci->replaceAllUsesWith(dest);
819       ci->eraseFromParent();
820       return true;
821     }
822
823     // Get the length of the constant string referenced by the second operand,
824     // the "src" parameter. Fail the optimization if we can't get the length
825     // (note that GetConstantStringInfo does lots of checks to make sure this
826     // is valid).
827     uint64_t len, StartIdx;
828     ConstantArray *A;
829     if (!GetConstantStringInfo(ci->getOperand(2), A, len, StartIdx))
830       return false;
831
832     // If the constant string's length is zero we can optimize this by just
833     // doing a store of 0 at the first byte of the destination
834     if (len == 0) {
835       new StoreInst(ConstantInt::get(Type::Int8Ty,0),ci->getOperand(1),ci);
836       ci->replaceAllUsesWith(dest);
837       ci->eraseFromParent();
838       return true;
839     }
840
841     // Increment the length because we actually want to memcpy the null
842     // terminator as well.
843     len++;
844
845     // We have enough information to now generate the memcpy call to
846     // do the concatenation for us.
847     Value *vals[4] = {
848       dest, src,
849       ConstantInt::get(SLC.getIntPtrType(),len), // length
850       ConstantInt::get(Type::Int32Ty, 1) // alignment
851     };
852     new CallInst(SLC.get_memcpy(), vals, 4, "", ci);
853
854     // Finally, substitute the first operand of the strcat call for the
855     // strcat call itself since strcat returns its first operand; and,
856     // kill the strcat CallInst.
857     ci->replaceAllUsesWith(dest);
858     ci->eraseFromParent();
859     return true;
860   }
861 } StrCpyOptimizer;
862
863 /// This LibCallOptimization will simplify a call to the strlen library
864 /// function by replacing it with a constant value if the string provided to
865 /// it is a constant array.
866 /// @brief Simplify the strlen library function.
867 struct VISIBILITY_HIDDEN StrLenOptimization : public LibCallOptimization {
868   StrLenOptimization() : LibCallOptimization("strlen",
869       "Number of 'strlen' calls simplified") {}
870
871   /// @brief Make sure that the "strlen" function has the right prototype
872   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function* f, SimplifyLibCalls& SLC)
873   {
874     if (f->getReturnType() == SLC.getTargetData()->getIntPtrType())
875       if (f->arg_size() == 1)
876         if (Function::const_arg_iterator AI = f->arg_begin())
877           if (AI->getType() == PointerType::get(Type::Int8Ty))
878             return true;
879     return false;
880   }
881
882   /// @brief Perform the strlen optimization
883   virtual bool OptimizeCall(CallInst* ci, SimplifyLibCalls& SLC)
884   {
885     // Make sure we're dealing with an sbyte* here.
886     Value* str = ci->getOperand(1);
887     if (str->getType() != PointerType::get(Type::Int8Ty))
888       return false;
889
890     // Does the call to strlen have exactly one use?
891     if (ci->hasOneUse())
892       // Is that single use a icmp operator?
893       if (ICmpInst* bop = dyn_cast<ICmpInst>(ci->use_back()))
894         // Is it compared against a constant integer?
895         if (ConstantInt* CI = dyn_cast<ConstantInt>(bop->getOperand(1)))
896         {
897           // Get the value the strlen result is compared to
898           uint64_t val = CI->getZExtValue();
899
900           // If its compared against length 0 with == or !=
901           if (val == 0 &&
902               (bop->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_EQ ||
903                bop->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_NE))
904           {
905             // strlen(x) != 0 -> *x != 0
906             // strlen(x) == 0 -> *x == 0
907             LoadInst* load = new LoadInst(str,str->getName()+".first",ci);
908             ICmpInst* rbop = new ICmpInst(bop->getPredicate(), load, 
909                                           ConstantInt::get(Type::Int8Ty,0),
910                                           bop->getName()+".strlen", ci);
911             bop->replaceAllUsesWith(rbop);
912             bop->eraseFromParent();
913             ci->eraseFromParent();
914             return true;
915           }
916         }
917
918     // Get the length of the constant string operand
919     uint64_t len = 0, StartIdx;
920     ConstantArray *A;
921     if (!GetConstantStringInfo(ci->getOperand(1), A, len, StartIdx))
922       return false;
923
924     // strlen("xyz") -> 3 (for example)
925     const Type *Ty = SLC.getTargetData()->getIntPtrType();
926     ci->replaceAllUsesWith(ConstantInt::get(Ty, len));
927      
928     ci->eraseFromParent();
929     return true;
930   }
931 } StrLenOptimizer;
932
933 /// IsOnlyUsedInEqualsComparison - Return true if it only matters that the value
934 /// is equal or not-equal to zero. 
935 static bool IsOnlyUsedInEqualsZeroComparison(Instruction *I) {
936   for (Value::use_iterator UI = I->use_begin(), E = I->use_end();
937        UI != E; ++UI) {
938     Instruction *User = cast<Instruction>(*UI);
939     if (ICmpInst *IC = dyn_cast<ICmpInst>(User)) {
940       if ((IC->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_NE ||
941            IC->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_EQ) &&
942           isa<Constant>(IC->getOperand(1)) &&
943           cast<Constant>(IC->getOperand(1))->isNullValue())
944         continue;
945     } else if (CastInst *CI = dyn_cast<CastInst>(User))
946       if (CI->getType() == Type::Int1Ty)
947         continue;
948     // Unknown instruction.
949     return false;
950   }
951   return true;
952 }
953
954 /// This memcmpOptimization will simplify a call to the memcmp library
955 /// function.
956 struct VISIBILITY_HIDDEN memcmpOptimization : public LibCallOptimization {
957   /// @brief Default Constructor
958   memcmpOptimization()
959     : LibCallOptimization("memcmp", "Number of 'memcmp' calls simplified") {}
960   
961   /// @brief Make sure that the "memcmp" function has the right prototype
962   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function *F, SimplifyLibCalls &TD) {
963     Function::const_arg_iterator AI = F->arg_begin();
964     if (F->arg_size() != 3 || !isa<PointerType>(AI->getType())) return false;
965     if (!isa<PointerType>((++AI)->getType())) return false;
966     if (!(++AI)->getType()->isInteger()) return false;
967     if (!F->getReturnType()->isInteger()) return false;
968     return true;
969   }
970   
971   /// Because of alignment and instruction information that we don't have, we
972   /// leave the bulk of this to the code generators.
973   ///
974   /// Note that we could do much more if we could force alignment on otherwise
975   /// small aligned allocas, or if we could indicate that loads have a small
976   /// alignment.
977   virtual bool OptimizeCall(CallInst *CI, SimplifyLibCalls &TD) {
978     Value *LHS = CI->getOperand(1), *RHS = CI->getOperand(2);
979
980     // If the two operands are the same, return zero.
981     if (LHS == RHS) {
982       // memcmp(s,s,x) -> 0
983       CI->replaceAllUsesWith(Constant::getNullValue(CI->getType()));
984       CI->eraseFromParent();
985       return true;
986     }
987     
988     // Make sure we have a constant length.
989     ConstantInt *LenC = dyn_cast<ConstantInt>(CI->getOperand(3));
990     if (!LenC) return false;
991     uint64_t Len = LenC->getZExtValue();
992       
993     // If the length is zero, this returns 0.
994     switch (Len) {
995     case 0:
996       // memcmp(s1,s2,0) -> 0
997       CI->replaceAllUsesWith(Constant::getNullValue(CI->getType()));
998       CI->eraseFromParent();
999       return true;
1000     case 1: {
1001       // memcmp(S1,S2,1) -> *(ubyte*)S1 - *(ubyte*)S2
1002       const Type *UCharPtr = PointerType::get(Type::Int8Ty);
1003       CastInst *Op1Cast = CastInst::create(
1004           Instruction::BitCast, LHS, UCharPtr, LHS->getName(), CI);
1005       CastInst *Op2Cast = CastInst::create(
1006           Instruction::BitCast, RHS, UCharPtr, RHS->getName(), CI);
1007       Value *S1V = new LoadInst(Op1Cast, LHS->getName()+".val", CI);
1008       Value *S2V = new LoadInst(Op2Cast, RHS->getName()+".val", CI);
1009       Value *RV = BinaryOperator::createSub(S1V, S2V, CI->getName()+".diff",CI);
1010       if (RV->getType() != CI->getType())
1011         RV = CastInst::createIntegerCast(RV, CI->getType(), false, 
1012                                          RV->getName(), CI);
1013       CI->replaceAllUsesWith(RV);
1014       CI->eraseFromParent();
1015       return true;
1016     }
1017     case 2:
1018       if (IsOnlyUsedInEqualsZeroComparison(CI)) {
1019         // TODO: IF both are aligned, use a short load/compare.
1020       
1021         // memcmp(S1,S2,2) -> S1[0]-S2[0] | S1[1]-S2[1] iff only ==/!= 0 matters
1022         const Type *UCharPtr = PointerType::get(Type::Int8Ty);
1023         CastInst *Op1Cast = CastInst::create(
1024             Instruction::BitCast, LHS, UCharPtr, LHS->getName(), CI);
1025         CastInst *Op2Cast = CastInst::create(
1026             Instruction::BitCast, RHS, UCharPtr, RHS->getName(), CI);
1027         Value *S1V1 = new LoadInst(Op1Cast, LHS->getName()+".val1", CI);
1028         Value *S2V1 = new LoadInst(Op2Cast, RHS->getName()+".val1", CI);
1029         Value *D1 = BinaryOperator::createSub(S1V1, S2V1,
1030                                               CI->getName()+".d1", CI);
1031         Constant *One = ConstantInt::get(Type::Int32Ty, 1);
1032         Value *G1 = new GetElementPtrInst(Op1Cast, One, "next1v", CI);
1033         Value *G2 = new GetElementPtrInst(Op2Cast, One, "next2v", CI);
1034         Value *S1V2 = new LoadInst(G1, LHS->getName()+".val2", CI);
1035         Value *S2V2 = new LoadInst(G2, RHS->getName()+".val2", CI);
1036         Value *D2 = BinaryOperator::createSub(S1V2, S2V2,
1037                                               CI->getName()+".d1", CI);
1038         Value *Or = BinaryOperator::createOr(D1, D2, CI->getName()+".res", CI);
1039         if (Or->getType() != CI->getType())
1040           Or = CastInst::createIntegerCast(Or, CI->getType(), false /*ZExt*/, 
1041                                            Or->getName(), CI);
1042         CI->replaceAllUsesWith(Or);
1043         CI->eraseFromParent();
1044         return true;
1045       }
1046       break;
1047     default:
1048       break;
1049     }
1050     
1051     return false;
1052   }
1053 } memcmpOptimizer;
1054
1055
1056 /// This LibCallOptimization will simplify a call to the memcpy library
1057 /// function by expanding it out to a single store of size 0, 1, 2, 4, or 8
1058 /// bytes depending on the length of the string and the alignment. Additional
1059 /// optimizations are possible in code generation (sequence of immediate store)
1060 /// @brief Simplify the memcpy library function.
1061 struct VISIBILITY_HIDDEN LLVMMemCpyMoveOptzn : public LibCallOptimization {
1062   LLVMMemCpyMoveOptzn(const char* fname, const char* desc)
1063   : LibCallOptimization(fname, desc) {}
1064
1065   /// @brief Make sure that the "memcpy" function has the right prototype
1066   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function* f, SimplifyLibCalls& TD) {
1067     // Just make sure this has 4 arguments per LLVM spec.
1068     return (f->arg_size() == 4);
1069   }
1070
1071   /// Because of alignment and instruction information that we don't have, we
1072   /// leave the bulk of this to the code generators. The optimization here just
1073   /// deals with a few degenerate cases where the length of the string and the
1074   /// alignment match the sizes of our intrinsic types so we can do a load and
1075   /// store instead of the memcpy call.
1076   /// @brief Perform the memcpy optimization.
1077   virtual bool OptimizeCall(CallInst* ci, SimplifyLibCalls& TD) {
1078     // Make sure we have constant int values to work with
1079     ConstantInt* LEN = dyn_cast<ConstantInt>(ci->getOperand(3));
1080     if (!LEN)
1081       return false;
1082     ConstantInt* ALIGN = dyn_cast<ConstantInt>(ci->getOperand(4));
1083     if (!ALIGN)
1084       return false;
1085
1086     // If the length is larger than the alignment, we can't optimize
1087     uint64_t len = LEN->getZExtValue();
1088     uint64_t alignment = ALIGN->getZExtValue();
1089     if (alignment == 0)
1090       alignment = 1; // Alignment 0 is identity for alignment 1
1091     if (len > alignment)
1092       return false;
1093
1094     // Get the type we will cast to, based on size of the string
1095     Value* dest = ci->getOperand(1);
1096     Value* src = ci->getOperand(2);
1097     const Type* castType = 0;
1098     switch (len)
1099     {
1100       case 0:
1101         // memcpy(d,s,0,a) -> noop
1102         ci->eraseFromParent();
1103         return true;
1104       case 1: castType = Type::Int8Ty; break;
1105       case 2: castType = Type::Int16Ty; break;
1106       case 4: castType = Type::Int32Ty; break;
1107       case 8: castType = Type::Int64Ty; break;
1108       default:
1109         return false;
1110     }
1111
1112     // Cast source and dest to the right sized primitive and then load/store
1113     CastInst* SrcCast = CastInst::create(Instruction::BitCast,
1114         src, PointerType::get(castType), src->getName()+".cast", ci);
1115     CastInst* DestCast = CastInst::create(Instruction::BitCast,
1116         dest, PointerType::get(castType),dest->getName()+".cast", ci);
1117     LoadInst* LI = new LoadInst(SrcCast,SrcCast->getName()+".val",ci);
1118     new StoreInst(LI, DestCast, ci);
1119     ci->eraseFromParent();
1120     return true;
1121   }
1122 };
1123
1124 /// This LibCallOptimization will simplify a call to the memcpy/memmove library
1125 /// functions.
1126 LLVMMemCpyMoveOptzn LLVMMemCpyOptimizer32("llvm.memcpy.i32",
1127                                     "Number of 'llvm.memcpy' calls simplified");
1128 LLVMMemCpyMoveOptzn LLVMMemCpyOptimizer64("llvm.memcpy.i64",
1129                                    "Number of 'llvm.memcpy' calls simplified");
1130 LLVMMemCpyMoveOptzn LLVMMemMoveOptimizer32("llvm.memmove.i32",
1131                                    "Number of 'llvm.memmove' calls simplified");
1132 LLVMMemCpyMoveOptzn LLVMMemMoveOptimizer64("llvm.memmove.i64",
1133                                    "Number of 'llvm.memmove' calls simplified");
1134
1135 /// This LibCallOptimization will simplify a call to the memset library
1136 /// function by expanding it out to a single store of size 0, 1, 2, 4, or 8
1137 /// bytes depending on the length argument.
1138 struct VISIBILITY_HIDDEN LLVMMemSetOptimization : public LibCallOptimization {
1139   /// @brief Default Constructor
1140   LLVMMemSetOptimization(const char *Name) : LibCallOptimization(Name,
1141       "Number of 'llvm.memset' calls simplified") {}
1142
1143   /// @brief Make sure that the "memset" function has the right prototype
1144   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function *F, SimplifyLibCalls &TD) {
1145     // Just make sure this has 3 arguments per LLVM spec.
1146     return F->arg_size() == 4;
1147   }
1148
1149   /// Because of alignment and instruction information that we don't have, we
1150   /// leave the bulk of this to the code generators. The optimization here just
1151   /// deals with a few degenerate cases where the length parameter is constant
1152   /// and the alignment matches the sizes of our intrinsic types so we can do
1153   /// store instead of the memcpy call. Other calls are transformed into the
1154   /// llvm.memset intrinsic.
1155   /// @brief Perform the memset optimization.
1156   virtual bool OptimizeCall(CallInst *ci, SimplifyLibCalls &TD) {
1157     // Make sure we have constant int values to work with
1158     ConstantInt* LEN = dyn_cast<ConstantInt>(ci->getOperand(3));
1159     if (!LEN)
1160       return false;
1161     ConstantInt* ALIGN = dyn_cast<ConstantInt>(ci->getOperand(4));
1162     if (!ALIGN)
1163       return false;
1164
1165     // Extract the length and alignment
1166     uint64_t len = LEN->getZExtValue();
1167     uint64_t alignment = ALIGN->getZExtValue();
1168
1169     // Alignment 0 is identity for alignment 1
1170     if (alignment == 0)
1171       alignment = 1;
1172
1173     // If the length is zero, this is a no-op
1174     if (len == 0) {
1175       // memset(d,c,0,a) -> noop
1176       ci->eraseFromParent();
1177       return true;
1178     }
1179
1180     // If the length is larger than the alignment, we can't optimize
1181     if (len > alignment)
1182       return false;
1183
1184     // Make sure we have a constant ubyte to work with so we can extract
1185     // the value to be filled.
1186     ConstantInt* FILL = dyn_cast<ConstantInt>(ci->getOperand(2));
1187     if (!FILL)
1188       return false;
1189     if (FILL->getType() != Type::Int8Ty)
1190       return false;
1191
1192     // memset(s,c,n) -> store s, c (for n=1,2,4,8)
1193
1194     // Extract the fill character
1195     uint64_t fill_char = FILL->getZExtValue();
1196     uint64_t fill_value = fill_char;
1197
1198     // Get the type we will cast to, based on size of memory area to fill, and
1199     // and the value we will store there.
1200     Value* dest = ci->getOperand(1);
1201     const Type* castType = 0;
1202     switch (len) {
1203       case 1:
1204         castType = Type::Int8Ty;
1205         break;
1206       case 2:
1207         castType = Type::Int16Ty;
1208         fill_value |= fill_char << 8;
1209         break;
1210       case 4:
1211         castType = Type::Int32Ty;
1212         fill_value |= fill_char << 8 | fill_char << 16 | fill_char << 24;
1213         break;
1214       case 8:
1215         castType = Type::Int64Ty;
1216         fill_value |= fill_char << 8 | fill_char << 16 | fill_char << 24;
1217         fill_value |= fill_char << 32 | fill_char << 40 | fill_char << 48;
1218         fill_value |= fill_char << 56;
1219         break;
1220       default:
1221         return false;
1222     }
1223
1224     // Cast dest to the right sized primitive and then load/store
1225     CastInst* DestCast = new BitCastInst(dest, PointerType::get(castType), 
1226                                          dest->getName()+".cast", ci);
1227     new StoreInst(ConstantInt::get(castType,fill_value),DestCast, ci);
1228     ci->eraseFromParent();
1229     return true;
1230   }
1231 };
1232
1233 LLVMMemSetOptimization MemSet32Optimizer("llvm.memset.i32");
1234 LLVMMemSetOptimization MemSet64Optimizer("llvm.memset.i64");
1235
1236
1237 /// This LibCallOptimization will simplify calls to the "pow" library
1238 /// function. It looks for cases where the result of pow is well known and
1239 /// substitutes the appropriate value.
1240 /// @brief Simplify the pow library function.
1241 struct VISIBILITY_HIDDEN PowOptimization : public LibCallOptimization {
1242 public:
1243   /// @brief Default Constructor
1244   PowOptimization() : LibCallOptimization("pow",
1245       "Number of 'pow' calls simplified") {}
1246
1247   /// @brief Make sure that the "pow" function has the right prototype
1248   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function* f, SimplifyLibCalls& SLC){
1249     // Just make sure this has 2 arguments
1250     return (f->arg_size() == 2);
1251   }
1252
1253   /// @brief Perform the pow optimization.
1254   virtual bool OptimizeCall(CallInst *ci, SimplifyLibCalls &SLC) {
1255     const Type *Ty = cast<Function>(ci->getOperand(0))->getReturnType();
1256     Value* base = ci->getOperand(1);
1257     Value* expn = ci->getOperand(2);
1258     if (ConstantFP *Op1 = dyn_cast<ConstantFP>(base)) {
1259       double Op1V = Op1->getValue();
1260       if (Op1V == 1.0) {
1261         // pow(1.0,x) -> 1.0
1262         ci->replaceAllUsesWith(ConstantFP::get(Ty,1.0));
1263         ci->eraseFromParent();
1264         return true;
1265       }
1266     }  else if (ConstantFP* Op2 = dyn_cast<ConstantFP>(expn)) {
1267       double Op2V = Op2->getValue();
1268       if (Op2V == 0.0) {
1269         // pow(x,0.0) -> 1.0
1270         ci->replaceAllUsesWith(ConstantFP::get(Ty,1.0));
1271         ci->eraseFromParent();
1272         return true;
1273       } else if (Op2V == 0.5) {
1274         // pow(x,0.5) -> sqrt(x)
1275         CallInst* sqrt_inst = new CallInst(SLC.get_sqrt(), base,
1276             ci->getName()+".pow",ci);
1277         ci->replaceAllUsesWith(sqrt_inst);
1278         ci->eraseFromParent();
1279         return true;
1280       } else if (Op2V == 1.0) {
1281         // pow(x,1.0) -> x
1282         ci->replaceAllUsesWith(base);
1283         ci->eraseFromParent();
1284         return true;
1285       } else if (Op2V == -1.0) {
1286         // pow(x,-1.0)    -> 1.0/x
1287         BinaryOperator* div_inst= BinaryOperator::createFDiv(
1288           ConstantFP::get(Ty,1.0), base, ci->getName()+".pow", ci);
1289         ci->replaceAllUsesWith(div_inst);
1290         ci->eraseFromParent();
1291         return true;
1292       }
1293     }
1294     return false; // opt failed
1295   }
1296 } PowOptimizer;
1297
1298 /// This LibCallOptimization will simplify calls to the "printf" library
1299 /// function. It looks for cases where the result of printf is not used and the
1300 /// operation can be reduced to something simpler.
1301 /// @brief Simplify the printf library function.
1302 struct VISIBILITY_HIDDEN PrintfOptimization : public LibCallOptimization {
1303 public:
1304   /// @brief Default Constructor
1305   PrintfOptimization() : LibCallOptimization("printf",
1306       "Number of 'printf' calls simplified") {}
1307
1308   /// @brief Make sure that the "printf" function has the right prototype
1309   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function* f, SimplifyLibCalls& SLC){
1310     // Just make sure this has at least 1 arguments
1311     return (f->arg_size() >= 1);
1312   }
1313
1314   /// @brief Perform the printf optimization.
1315   virtual bool OptimizeCall(CallInst* ci, SimplifyLibCalls& SLC) {
1316     // If the call has more than 2 operands, we can't optimize it
1317     if (ci->getNumOperands() > 3 || ci->getNumOperands() <= 2)
1318       return false;
1319
1320     // If the result of the printf call is used, none of these optimizations
1321     // can be made.
1322     if (!ci->use_empty())
1323       return false;
1324
1325     // All the optimizations depend on the length of the first argument and the
1326     // fact that it is a constant string array. Check that now
1327     uint64_t len, StartIdx;
1328     ConstantArray* CA = 0;
1329     if (!GetConstantStringInfo(ci->getOperand(1), CA, len, StartIdx))
1330       return false;
1331
1332     if (len != 2 && len != 3)
1333       return false;
1334
1335     // The first character has to be a %
1336     if (ConstantInt* CI = dyn_cast<ConstantInt>(CA->getOperand(0)))
1337       if (CI->getZExtValue() != '%')
1338         return false;
1339
1340     // Get the second character and switch on its value
1341     ConstantInt* CI = dyn_cast<ConstantInt>(CA->getOperand(1));
1342     switch (CI->getZExtValue()) {
1343       case 's':
1344       {
1345         if (len != 3 ||
1346             dyn_cast<ConstantInt>(CA->getOperand(2))->getZExtValue() != '\n')
1347           return false;
1348
1349         // printf("%s\n",str) -> puts(str)
1350         std::vector<Value*> args;
1351         new CallInst(SLC.get_puts(), CastToCStr(ci->getOperand(2), *ci),
1352                      ci->getName(), ci);
1353         ci->replaceAllUsesWith(ConstantInt::get(Type::Int32Ty, len));
1354         break;
1355       }
1356       case 'c':
1357       {
1358         // printf("%c",c) -> putchar(c)
1359         if (len != 2)
1360           return false;
1361
1362         CastInst *Char = CastInst::createSExtOrBitCast(
1363             ci->getOperand(2), Type::Int32Ty, CI->getName()+".int", ci);
1364         new CallInst(SLC.get_putchar(), Char, "", ci);
1365         ci->replaceAllUsesWith(ConstantInt::get(Type::Int32Ty, 1));
1366         break;
1367       }
1368       default:
1369         return false;
1370     }
1371     ci->eraseFromParent();
1372     return true;
1373   }
1374 } PrintfOptimizer;
1375
1376 /// This LibCallOptimization will simplify calls to the "fprintf" library
1377 /// function. It looks for cases where the result of fprintf is not used and the
1378 /// operation can be reduced to something simpler.
1379 /// @brief Simplify the fprintf library function.
1380 struct VISIBILITY_HIDDEN FPrintFOptimization : public LibCallOptimization {
1381 public:
1382   /// @brief Default Constructor
1383   FPrintFOptimization() : LibCallOptimization("fprintf",
1384       "Number of 'fprintf' calls simplified") {}
1385
1386   /// @brief Make sure that the "fprintf" function has the right prototype
1387   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function* f, SimplifyLibCalls& SLC){
1388     // Just make sure this has at least 2 arguments
1389     return (f->arg_size() >= 2);
1390   }
1391
1392   /// @brief Perform the fprintf optimization.
1393   virtual bool OptimizeCall(CallInst* ci, SimplifyLibCalls& SLC) {
1394     // If the call has more than 3 operands, we can't optimize it
1395     if (ci->getNumOperands() > 4 || ci->getNumOperands() <= 2)
1396       return false;
1397
1398     // If the result of the fprintf call is used, none of these optimizations
1399     // can be made.
1400     if (!ci->use_empty())
1401       return false;
1402
1403     // All the optimizations depend on the length of the second argument and the
1404     // fact that it is a constant string array. Check that now
1405     uint64_t len, StartIdx;
1406     ConstantArray* CA = 0;
1407     if (!GetConstantStringInfo(ci->getOperand(2), CA, len, StartIdx))
1408       return false;
1409
1410     if (ci->getNumOperands() == 3) {
1411       // Make sure there's no % in the constant array
1412       for (unsigned i = 0; i < len; ++i) {
1413         if (ConstantInt* CI = dyn_cast<ConstantInt>(CA->getOperand(i))) {
1414           // Check for the null terminator
1415           if (CI->getZExtValue() == '%')
1416             return false; // we found end of string
1417         } else {
1418           return false;
1419         }
1420       }
1421
1422       // fprintf(file,fmt) -> fwrite(fmt,strlen(fmt),file)
1423       const Type* FILEptr_type = ci->getOperand(1)->getType();
1424
1425       // Make sure that the fprintf() and fwrite() functions both take the
1426       // same type of char pointer.
1427       if (ci->getOperand(2)->getType() != PointerType::get(Type::Int8Ty))
1428         return false;
1429
1430       Value* args[4] = {
1431         ci->getOperand(2),
1432         ConstantInt::get(SLC.getIntPtrType(),len),
1433         ConstantInt::get(SLC.getIntPtrType(),1),
1434         ci->getOperand(1)
1435       };
1436       new CallInst(SLC.get_fwrite(FILEptr_type), args, 4, ci->getName(), ci);
1437       ci->replaceAllUsesWith(ConstantInt::get(Type::Int32Ty,len));
1438       ci->eraseFromParent();
1439       return true;
1440     }
1441
1442     // The remaining optimizations require the format string to be length 2
1443     // "%s" or "%c".
1444     if (len != 2)
1445       return false;
1446
1447     // The first character has to be a %
1448     if (ConstantInt* CI = dyn_cast<ConstantInt>(CA->getOperand(0)))
1449       if (CI->getZExtValue() != '%')
1450         return false;
1451
1452     // Get the second character and switch on its value
1453     ConstantInt* CI = dyn_cast<ConstantInt>(CA->getOperand(1));
1454     switch (CI->getZExtValue()) {
1455       case 's':
1456       {
1457         uint64_t len, StartIdx;
1458         ConstantArray* CA = 0;
1459         if (GetConstantStringInfo(ci->getOperand(3), CA, len, StartIdx)) {
1460           // fprintf(file,"%s",str) -> fwrite(str,strlen(str),1,file)
1461           const Type* FILEptr_type = ci->getOperand(1)->getType();
1462           Value* args[4] = {
1463             CastToCStr(ci->getOperand(3), *ci),
1464             ConstantInt::get(SLC.getIntPtrType(), len),
1465             ConstantInt::get(SLC.getIntPtrType(), 1),
1466             ci->getOperand(1)
1467           };
1468           new CallInst(SLC.get_fwrite(FILEptr_type), args, 4,ci->getName(), ci);
1469           ci->replaceAllUsesWith(ConstantInt::get(Type::Int32Ty, len));
1470         } else {
1471           // fprintf(file,"%s",str) -> fputs(str,file)
1472           const Type* FILEptr_type = ci->getOperand(1)->getType();
1473           new CallInst(SLC.get_fputs(FILEptr_type),
1474                        CastToCStr(ci->getOperand(3), *ci),
1475                        ci->getOperand(1), ci->getName(),ci);
1476           ci->replaceAllUsesWith(ConstantInt::get(Type::Int32Ty,len));
1477         }
1478         break;
1479       }
1480       case 'c':
1481       {
1482         // fprintf(file,"%c",c) -> fputc(c,file)
1483         const Type* FILEptr_type = ci->getOperand(1)->getType();
1484         CastInst* cast = CastInst::createSExtOrBitCast(
1485             ci->getOperand(3), Type::Int32Ty, CI->getName()+".int", ci);
1486         new CallInst(SLC.get_fputc(FILEptr_type), cast,ci->getOperand(1),"",ci);
1487         ci->replaceAllUsesWith(ConstantInt::get(Type::Int32Ty,1));
1488         break;
1489       }
1490       default:
1491         return false;
1492     }
1493     ci->eraseFromParent();
1494     return true;
1495   }
1496 } FPrintFOptimizer;
1497
1498 /// This LibCallOptimization will simplify calls to the "sprintf" library
1499 /// function. It looks for cases where the result of sprintf is not used and the
1500 /// operation can be reduced to something simpler.
1501 /// @brief Simplify the sprintf library function.
1502 struct VISIBILITY_HIDDEN SPrintFOptimization : public LibCallOptimization {
1503 public:
1504   /// @brief Default Constructor
1505   SPrintFOptimization() : LibCallOptimization("sprintf",
1506       "Number of 'sprintf' calls simplified") {}
1507
1508   /// @brief Make sure that the "fprintf" function has the right prototype
1509   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function *f, SimplifyLibCalls &SLC){
1510     // Just make sure this has at least 2 arguments
1511     return (f->getReturnType() == Type::Int32Ty && f->arg_size() >= 2);
1512   }
1513
1514   /// @brief Perform the sprintf optimization.
1515   virtual bool OptimizeCall(CallInst *ci, SimplifyLibCalls &SLC) {
1516     // If the call has more than 3 operands, we can't optimize it
1517     if (ci->getNumOperands() > 4 || ci->getNumOperands() < 3)
1518       return false;
1519
1520     // All the optimizations depend on the length of the second argument and the
1521     // fact that it is a constant string array. Check that now
1522     uint64_t len, StartIdx;
1523     ConstantArray* CA = 0;
1524     if (!GetConstantStringInfo(ci->getOperand(2), CA, len, StartIdx))
1525       return false;
1526
1527     if (ci->getNumOperands() == 3) {
1528       if (len == 0) {
1529         // If the length is 0, we just need to store a null byte
1530         new StoreInst(ConstantInt::get(Type::Int8Ty,0),ci->getOperand(1),ci);
1531         ci->replaceAllUsesWith(ConstantInt::get(Type::Int32Ty,0));
1532         ci->eraseFromParent();
1533         return true;
1534       }
1535
1536       // Make sure there's no % in the constant array
1537       for (unsigned i = 0; i < len; ++i) {
1538         if (ConstantInt* CI = dyn_cast<ConstantInt>(CA->getOperand(i))) {
1539           // Check for the null terminator
1540           if (CI->getZExtValue() == '%')
1541             return false; // we found a %, can't optimize
1542         } else {
1543           return false; // initializer is not constant int, can't optimize
1544         }
1545       }
1546
1547       // Increment length because we want to copy the null byte too
1548       len++;
1549
1550       // sprintf(str,fmt) -> llvm.memcpy(str,fmt,strlen(fmt),1)
1551       Value *args[4] = {
1552         ci->getOperand(1),
1553         ci->getOperand(2),
1554         ConstantInt::get(SLC.getIntPtrType(),len),
1555         ConstantInt::get(Type::Int32Ty, 1)
1556       };
1557       new CallInst(SLC.get_memcpy(), args, 4, "", ci);
1558       ci->replaceAllUsesWith(ConstantInt::get(Type::Int32Ty,len));
1559       ci->eraseFromParent();
1560       return true;
1561     }
1562
1563     // The remaining optimizations require the format string to be length 2
1564     // "%s" or "%c".
1565     if (len != 2)
1566       return false;
1567
1568     // The first character has to be a %
1569     if (ConstantInt* CI = dyn_cast<ConstantInt>(CA->getOperand(0)))
1570       if (CI->getZExtValue() != '%')
1571         return false;
1572
1573     // Get the second character and switch on its value
1574     ConstantInt* CI = dyn_cast<ConstantInt>(CA->getOperand(1));
1575     switch (CI->getZExtValue()) {
1576     case 's': {
1577       // sprintf(dest,"%s",str) -> llvm.memcpy(dest, str, strlen(str)+1, 1)
1578       Value *Len = new CallInst(SLC.get_strlen(),
1579                                 CastToCStr(ci->getOperand(3), *ci),
1580                                 ci->getOperand(3)->getName()+".len", ci);
1581       Value *Len1 = BinaryOperator::createAdd(Len,
1582                                             ConstantInt::get(Len->getType(), 1),
1583                                               Len->getName()+"1", ci);
1584       if (Len1->getType() != SLC.getIntPtrType())
1585         Len1 = CastInst::createIntegerCast(Len1, SLC.getIntPtrType(), false,
1586                                            Len1->getName(), ci);
1587       Value *args[4] = {
1588         CastToCStr(ci->getOperand(1), *ci),
1589         CastToCStr(ci->getOperand(3), *ci),
1590         Len1,
1591         ConstantInt::get(Type::Int32Ty,1)
1592       };
1593       new CallInst(SLC.get_memcpy(), args, 4, "", ci);
1594       
1595       // The strlen result is the unincremented number of bytes in the string.
1596       if (!ci->use_empty()) {
1597         if (Len->getType() != ci->getType())
1598           Len = CastInst::createIntegerCast(Len, ci->getType(), false, 
1599                                             Len->getName(), ci);
1600         ci->replaceAllUsesWith(Len);
1601       }
1602       ci->eraseFromParent();
1603       return true;
1604     }
1605     case 'c': {
1606       // sprintf(dest,"%c",chr) -> store chr, dest
1607       CastInst* cast = CastInst::createTruncOrBitCast(
1608           ci->getOperand(3), Type::Int8Ty, "char", ci);
1609       new StoreInst(cast, ci->getOperand(1), ci);
1610       GetElementPtrInst* gep = new GetElementPtrInst(ci->getOperand(1),
1611         ConstantInt::get(Type::Int32Ty,1),ci->getOperand(1)->getName()+".end",
1612         ci);
1613       new StoreInst(ConstantInt::get(Type::Int8Ty,0),gep,ci);
1614       ci->replaceAllUsesWith(ConstantInt::get(Type::Int32Ty,1));
1615       ci->eraseFromParent();
1616       return true;
1617     }
1618     }
1619     return false;
1620   }
1621 } SPrintFOptimizer;
1622
1623 /// This LibCallOptimization will simplify calls to the "fputs" library
1624 /// function. It looks for cases where the result of fputs is not used and the
1625 /// operation can be reduced to something simpler.
1626 /// @brief Simplify the puts library function.
1627 struct VISIBILITY_HIDDEN PutsOptimization : public LibCallOptimization {
1628 public:
1629   /// @brief Default Constructor
1630   PutsOptimization() : LibCallOptimization("fputs",
1631       "Number of 'fputs' calls simplified") {}
1632
1633   /// @brief Make sure that the "fputs" function has the right prototype
1634   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function *F, SimplifyLibCalls &SLC){
1635     // Just make sure this has 2 arguments
1636     return F->arg_size() == 2;
1637   }
1638
1639   /// @brief Perform the fputs optimization.
1640   virtual bool OptimizeCall(CallInst* ci, SimplifyLibCalls& SLC) {
1641     // If the result is used, none of these optimizations work
1642     if (!ci->use_empty())
1643       return false;
1644
1645     // All the optimizations depend on the length of the first argument and the
1646     // fact that it is a constant string array. Check that now
1647     uint64_t len, StartIdx;
1648     ConstantArray *CA;
1649     if (!GetConstantStringInfo(ci->getOperand(1), CA, len, StartIdx))
1650       return false;
1651
1652     switch (len) {
1653       case 0:
1654         // fputs("",F) -> noop
1655         break;
1656       case 1:
1657       {
1658         // fputs(s,F)  -> fputc(s[0],F)  (if s is constant and strlen(s) == 1)
1659         const Type* FILEptr_type = ci->getOperand(2)->getType();
1660         LoadInst* loadi = new LoadInst(ci->getOperand(1),
1661           ci->getOperand(1)->getName()+".byte",ci);
1662         CastInst* casti = new SExtInst(loadi, Type::Int32Ty, 
1663                                        loadi->getName()+".int", ci);
1664         new CallInst(SLC.get_fputc(FILEptr_type), casti,
1665                      ci->getOperand(2), "", ci);
1666         break;
1667       }
1668       default:
1669       {
1670         // fputs(s,F)  -> fwrite(s,1,len,F) (if s is constant and strlen(s) > 1)
1671         const Type* FILEptr_type = ci->getOperand(2)->getType();
1672         Value *parms[4] = {
1673           ci->getOperand(1),
1674           ConstantInt::get(SLC.getIntPtrType(),len),
1675           ConstantInt::get(SLC.getIntPtrType(),1),
1676           ci->getOperand(2)
1677         };
1678         new CallInst(SLC.get_fwrite(FILEptr_type), parms, 4, "", ci);
1679         break;
1680       }
1681     }
1682     ci->eraseFromParent();
1683     return true; // success
1684   }
1685 } PutsOptimizer;
1686
1687 /// This LibCallOptimization will simplify calls to the "isdigit" library
1688 /// function. It simply does range checks the parameter explicitly.
1689 /// @brief Simplify the isdigit library function.
1690 struct VISIBILITY_HIDDEN isdigitOptimization : public LibCallOptimization {
1691 public:
1692   isdigitOptimization() : LibCallOptimization("isdigit",
1693       "Number of 'isdigit' calls simplified") {}
1694
1695   /// @brief Make sure that the "isdigit" function has the right prototype
1696   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function* f, SimplifyLibCalls& SLC){
1697     // Just make sure this has 1 argument
1698     return (f->arg_size() == 1);
1699   }
1700
1701   /// @brief Perform the toascii optimization.
1702   virtual bool OptimizeCall(CallInst *ci, SimplifyLibCalls &SLC) {
1703     if (ConstantInt* CI = dyn_cast<ConstantInt>(ci->getOperand(1))) {
1704       // isdigit(c)   -> 0 or 1, if 'c' is constant
1705       uint64_t val = CI->getZExtValue();
1706       if (val >= '0' && val <='9')
1707         ci->replaceAllUsesWith(ConstantInt::get(Type::Int32Ty,1));
1708       else
1709         ci->replaceAllUsesWith(ConstantInt::get(Type::Int32Ty,0));
1710       ci->eraseFromParent();
1711       return true;
1712     }
1713
1714     // isdigit(c)   -> (unsigned)c - '0' <= 9
1715     CastInst* cast = CastInst::createIntegerCast(ci->getOperand(1),
1716         Type::Int32Ty, false/*ZExt*/, ci->getOperand(1)->getName()+".uint", ci);
1717     BinaryOperator* sub_inst = BinaryOperator::createSub(cast,
1718         ConstantInt::get(Type::Int32Ty,0x30),
1719         ci->getOperand(1)->getName()+".sub",ci);
1720     ICmpInst* setcond_inst = new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_ULE,sub_inst,
1721         ConstantInt::get(Type::Int32Ty,9),
1722         ci->getOperand(1)->getName()+".cmp",ci);
1723     CastInst* c2 = new ZExtInst(setcond_inst, Type::Int32Ty, 
1724         ci->getOperand(1)->getName()+".isdigit", ci);
1725     ci->replaceAllUsesWith(c2);
1726     ci->eraseFromParent();
1727     return true;
1728   }
1729 } isdigitOptimizer;
1730
1731 struct VISIBILITY_HIDDEN isasciiOptimization : public LibCallOptimization {
1732 public:
1733   isasciiOptimization()
1734     : LibCallOptimization("isascii", "Number of 'isascii' calls simplified") {}
1735   
1736   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function *F, SimplifyLibCalls &SLC){
1737     return F->arg_size() == 1 && F->arg_begin()->getType()->isInteger() && 
1738            F->getReturnType()->isInteger();
1739   }
1740   
1741   /// @brief Perform the isascii optimization.
1742   virtual bool OptimizeCall(CallInst *CI, SimplifyLibCalls &SLC) {
1743     // isascii(c)   -> (unsigned)c < 128
1744     Value *V = CI->getOperand(1);
1745     Value *Cmp = new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_ULT, V, 
1746                               ConstantInt::get(V->getType(), 128), 
1747                               V->getName()+".isascii", CI);
1748     if (Cmp->getType() != CI->getType())
1749       Cmp = new BitCastInst(Cmp, CI->getType(), Cmp->getName(), CI);
1750     CI->replaceAllUsesWith(Cmp);
1751     CI->eraseFromParent();
1752     return true;
1753   }
1754 } isasciiOptimizer;
1755
1756
1757 /// This LibCallOptimization will simplify calls to the "toascii" library
1758 /// function. It simply does the corresponding and operation to restrict the
1759 /// range of values to the ASCII character set (0-127).
1760 /// @brief Simplify the toascii library function.
1761 struct VISIBILITY_HIDDEN ToAsciiOptimization : public LibCallOptimization {
1762 public:
1763   /// @brief Default Constructor
1764   ToAsciiOptimization() : LibCallOptimization("toascii",
1765       "Number of 'toascii' calls simplified") {}
1766
1767   /// @brief Make sure that the "fputs" function has the right prototype
1768   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function* f, SimplifyLibCalls& SLC){
1769     // Just make sure this has 2 arguments
1770     return (f->arg_size() == 1);
1771   }
1772
1773   /// @brief Perform the toascii optimization.
1774   virtual bool OptimizeCall(CallInst *ci, SimplifyLibCalls &SLC) {
1775     // toascii(c)   -> (c & 0x7f)
1776     Value* chr = ci->getOperand(1);
1777     BinaryOperator* and_inst = BinaryOperator::createAnd(chr,
1778         ConstantInt::get(chr->getType(),0x7F),ci->getName()+".toascii",ci);
1779     ci->replaceAllUsesWith(and_inst);
1780     ci->eraseFromParent();
1781     return true;
1782   }
1783 } ToAsciiOptimizer;
1784
1785 /// This LibCallOptimization will simplify calls to the "ffs" library
1786 /// calls which find the first set bit in an int, long, or long long. The
1787 /// optimization is to compute the result at compile time if the argument is
1788 /// a constant.
1789 /// @brief Simplify the ffs library function.
1790 struct VISIBILITY_HIDDEN FFSOptimization : public LibCallOptimization {
1791 protected:
1792   /// @brief Subclass Constructor
1793   FFSOptimization(const char* funcName, const char* description)
1794     : LibCallOptimization(funcName, description) {}
1795
1796 public:
1797   /// @brief Default Constructor
1798   FFSOptimization() : LibCallOptimization("ffs",
1799       "Number of 'ffs' calls simplified") {}
1800
1801   /// @brief Make sure that the "ffs" function has the right prototype
1802   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function *F, SimplifyLibCalls &SLC){
1803     // Just make sure this has 2 arguments
1804     return F->arg_size() == 1 && F->getReturnType() == Type::Int32Ty;
1805   }
1806
1807   /// @brief Perform the ffs optimization.
1808   virtual bool OptimizeCall(CallInst *TheCall, SimplifyLibCalls &SLC) {
1809     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(TheCall->getOperand(1))) {
1810       // ffs(cnst)  -> bit#
1811       // ffsl(cnst) -> bit#
1812       // ffsll(cnst) -> bit#
1813       uint64_t val = CI->getZExtValue();
1814       int result = 0;
1815       if (val) {
1816         ++result;
1817         while ((val & 1) == 0) {
1818           ++result;
1819           val >>= 1;
1820         }
1821       }
1822       TheCall->replaceAllUsesWith(ConstantInt::get(Type::Int32Ty, result));
1823       TheCall->eraseFromParent();
1824       return true;
1825     }
1826
1827     // ffs(x)   -> x == 0 ? 0 : llvm.cttz(x)+1
1828     // ffsl(x)  -> x == 0 ? 0 : llvm.cttz(x)+1
1829     // ffsll(x) -> x == 0 ? 0 : llvm.cttz(x)+1
1830     const Type *ArgType = TheCall->getOperand(1)->getType();
1831     const char *CTTZName;
1832     assert(ArgType->getTypeID() == Type::IntegerTyID &&
1833            "llvm.cttz argument is not an integer?");
1834     unsigned BitWidth = cast<IntegerType>(ArgType)->getBitWidth();
1835     if (BitWidth == 8)
1836       CTTZName = "llvm.cttz.i8";
1837     else if (BitWidth == 16)
1838       CTTZName = "llvm.cttz.i16"; 
1839     else if (BitWidth == 32)
1840       CTTZName = "llvm.cttz.i32";
1841     else {
1842       assert(BitWidth == 64 && "Unknown bitwidth");
1843       CTTZName = "llvm.cttz.i64";
1844     }
1845     
1846     Constant *F = SLC.getModule()->getOrInsertFunction(CTTZName, ArgType,
1847                                                        ArgType, NULL);
1848     Value *V = CastInst::createIntegerCast(TheCall->getOperand(1), ArgType, 
1849                                            false/*ZExt*/, "tmp", TheCall);
1850     Value *V2 = new CallInst(F, V, "tmp", TheCall);
1851     V2 = CastInst::createIntegerCast(V2, Type::Int32Ty, false/*ZExt*/, 
1852                                      "tmp", TheCall);
1853     V2 = BinaryOperator::createAdd(V2, ConstantInt::get(Type::Int32Ty, 1),
1854                                    "tmp", TheCall);
1855     Value *Cond = new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_EQ, V, 
1856                                Constant::getNullValue(V->getType()), "tmp", 
1857                                TheCall);
1858     V2 = new SelectInst(Cond, ConstantInt::get(Type::Int32Ty, 0), V2,
1859                         TheCall->getName(), TheCall);
1860     TheCall->replaceAllUsesWith(V2);
1861     TheCall->eraseFromParent();
1862     return true;
1863   }
1864 } FFSOptimizer;
1865
1866 /// This LibCallOptimization will simplify calls to the "ffsl" library
1867 /// calls. It simply uses FFSOptimization for which the transformation is
1868 /// identical.
1869 /// @brief Simplify the ffsl library function.
1870 struct VISIBILITY_HIDDEN FFSLOptimization : public FFSOptimization {
1871 public:
1872   /// @brief Default Constructor
1873   FFSLOptimization() : FFSOptimization("ffsl",
1874       "Number of 'ffsl' calls simplified") {}
1875
1876 } FFSLOptimizer;
1877
1878 /// This LibCallOptimization will simplify calls to the "ffsll" library
1879 /// calls. It simply uses FFSOptimization for which the transformation is
1880 /// identical.
1881 /// @brief Simplify the ffsl library function.
1882 struct VISIBILITY_HIDDEN FFSLLOptimization : public FFSOptimization {
1883 public:
1884   /// @brief Default Constructor
1885   FFSLLOptimization() : FFSOptimization("ffsll",
1886       "Number of 'ffsll' calls simplified") {}
1887
1888 } FFSLLOptimizer;
1889
1890 /// This optimizes unary functions that take and return doubles.
1891 struct UnaryDoubleFPOptimizer : public LibCallOptimization {
1892   UnaryDoubleFPOptimizer(const char *Fn, const char *Desc)
1893   : LibCallOptimization(Fn, Desc) {}
1894   
1895   // Make sure that this function has the right prototype
1896   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function *F, SimplifyLibCalls &SLC){
1897     return F->arg_size() == 1 && F->arg_begin()->getType() == Type::DoubleTy &&
1898            F->getReturnType() == Type::DoubleTy;
1899   }
1900
1901   /// ShrinkFunctionToFloatVersion - If the input to this function is really a
1902   /// float, strength reduce this to a float version of the function,
1903   /// e.g. floor((double)FLT) -> (double)floorf(FLT).  This can only be called
1904   /// when the target supports the destination function and where there can be
1905   /// no precision loss.
1906   static bool ShrinkFunctionToFloatVersion(CallInst *CI, SimplifyLibCalls &SLC,
1907                                            Constant *(SimplifyLibCalls::*FP)()){
1908     if (CastInst *Cast = dyn_cast<CastInst>(CI->getOperand(1)))
1909       if (Cast->getOperand(0)->getType() == Type::FloatTy) {
1910         Value *New = new CallInst((SLC.*FP)(), Cast->getOperand(0),
1911                                   CI->getName(), CI);
1912         New = new FPExtInst(New, Type::DoubleTy, CI->getName(), CI);
1913         CI->replaceAllUsesWith(New);
1914         CI->eraseFromParent();
1915         if (Cast->use_empty())
1916           Cast->eraseFromParent();
1917         return true;
1918       }
1919     return false;
1920   }
1921 };
1922
1923
1924 struct VISIBILITY_HIDDEN FloorOptimization : public UnaryDoubleFPOptimizer {
1925   FloorOptimization()
1926     : UnaryDoubleFPOptimizer("floor", "Number of 'floor' calls simplified") {}
1927   
1928   virtual bool OptimizeCall(CallInst *CI, SimplifyLibCalls &SLC) {
1929 #ifdef HAVE_FLOORF
1930     // If this is a float argument passed in, convert to floorf.
1931     if (ShrinkFunctionToFloatVersion(CI, SLC, &SimplifyLibCalls::get_floorf))
1932       return true;
1933 #endif
1934     return false; // opt failed
1935   }
1936 } FloorOptimizer;
1937
1938 struct VISIBILITY_HIDDEN CeilOptimization : public UnaryDoubleFPOptimizer {
1939   CeilOptimization()
1940   : UnaryDoubleFPOptimizer("ceil", "Number of 'ceil' calls simplified") {}
1941   
1942   virtual bool OptimizeCall(CallInst *CI, SimplifyLibCalls &SLC) {
1943 #ifdef HAVE_CEILF
1944     // If this is a float argument passed in, convert to ceilf.
1945     if (ShrinkFunctionToFloatVersion(CI, SLC, &SimplifyLibCalls::get_ceilf))
1946       return true;
1947 #endif
1948     return false; // opt failed
1949   }
1950 } CeilOptimizer;
1951
1952 struct VISIBILITY_HIDDEN RoundOptimization : public UnaryDoubleFPOptimizer {
1953   RoundOptimization()
1954   : UnaryDoubleFPOptimizer("round", "Number of 'round' calls simplified") {}
1955   
1956   virtual bool OptimizeCall(CallInst *CI, SimplifyLibCalls &SLC) {
1957 #ifdef HAVE_ROUNDF
1958     // If this is a float argument passed in, convert to roundf.
1959     if (ShrinkFunctionToFloatVersion(CI, SLC, &SimplifyLibCalls::get_roundf))
1960       return true;
1961 #endif
1962     return false; // opt failed
1963   }
1964 } RoundOptimizer;
1965
1966 struct VISIBILITY_HIDDEN RintOptimization : public UnaryDoubleFPOptimizer {
1967   RintOptimization()
1968   : UnaryDoubleFPOptimizer("rint", "Number of 'rint' calls simplified") {}
1969   
1970   virtual bool OptimizeCall(CallInst *CI, SimplifyLibCalls &SLC) {
1971 #ifdef HAVE_RINTF
1972     // If this is a float argument passed in, convert to rintf.
1973     if (ShrinkFunctionToFloatVersion(CI, SLC, &SimplifyLibCalls::get_rintf))
1974       return true;
1975 #endif
1976     return false; // opt failed
1977   }
1978 } RintOptimizer;
1979
1980 struct VISIBILITY_HIDDEN NearByIntOptimization : public UnaryDoubleFPOptimizer {
1981   NearByIntOptimization()
1982   : UnaryDoubleFPOptimizer("nearbyint",
1983                            "Number of 'nearbyint' calls simplified") {}
1984   
1985   virtual bool OptimizeCall(CallInst *CI, SimplifyLibCalls &SLC) {
1986 #ifdef HAVE_NEARBYINTF
1987     // If this is a float argument passed in, convert to nearbyintf.
1988     if (ShrinkFunctionToFloatVersion(CI, SLC,&SimplifyLibCalls::get_nearbyintf))
1989       return true;
1990 #endif
1991     return false; // opt failed
1992   }
1993 } NearByIntOptimizer;
1994
1995 /// GetConstantStringInfo - This function computes the length of a
1996 /// null-terminated constant array of integers.  This function can't rely on the
1997 /// size of the constant array because there could be a null terminator in the
1998 /// middle of the array.
1999 ///
2000 /// We also have to bail out if we find a non-integer constant initializer
2001 /// of one of the elements or if there is no null-terminator. The logic
2002 /// below checks each of these conditions and will return true only if all
2003 /// conditions are met.  If the conditions aren't met, this returns false.
2004 ///
2005 /// If successful, the \p Array param is set to the constant array being
2006 /// indexed, the \p Length parameter is set to the length of the null-terminated
2007 /// string pointed to by V, the \p StartIdx value is set to the first
2008 /// element of the Array that V points to, and true is returned.
2009 static bool GetConstantStringInfo(Value *V, ConstantArray *&Array,
2010                                   uint64_t &Length, uint64_t &StartIdx) {
2011   assert(V != 0 && "Invalid args to GetConstantStringInfo");
2012   // Initialize results.
2013   Length = 0;
2014   StartIdx = 0;
2015   Array = 0;
2016   
2017   User *GEP = 0;
2018   // If the value is not a GEP instruction nor a constant expression with a
2019   // GEP instruction, then return false because ConstantArray can't occur
2020   // any other way
2021   if (GetElementPtrInst *GEPI = dyn_cast<GetElementPtrInst>(V)) {
2022     GEP = GEPI;
2023   } else if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(V)) {
2024     if (CE->getOpcode() != Instruction::GetElementPtr)
2025       return false;
2026     GEP = CE;
2027   } else {
2028     return false;
2029   }
2030
2031   // Make sure the GEP has exactly three arguments.
2032   if (GEP->getNumOperands() != 3)
2033     return false;
2034
2035   // Check to make sure that the first operand of the GEP is an integer and
2036   // has value 0 so that we are sure we're indexing into the initializer.
2037   if (ConstantInt* op1 = dyn_cast<ConstantInt>(GEP->getOperand(1))) {
2038     if (!op1->isZero())
2039       return false;
2040   } else
2041     return false;
2042
2043   // If the second index isn't a ConstantInt, then this is a variable index
2044   // into the array.  If this occurs, we can't say anything meaningful about
2045   // the string.
2046   StartIdx = 0;
2047   if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(GEP->getOperand(2)))
2048     StartIdx = CI->getZExtValue();
2049   else
2050     return false;
2051
2052   // The GEP instruction, constant or instruction, must reference a global
2053   // variable that is a constant and is initialized. The referenced constant
2054   // initializer is the array that we'll use for optimization.
2055   GlobalVariable* GV = dyn_cast<GlobalVariable>(GEP->getOperand(0));
2056   if (!GV || !GV->isConstant() || !GV->hasInitializer())
2057     return false;
2058   Constant *GlobalInit = GV->getInitializer();
2059
2060   // Handle the ConstantAggregateZero case
2061   if (isa<ConstantAggregateZero>(GlobalInit)) {
2062     // This is a degenerate case. The initializer is constant zero so the
2063     // length of the string must be zero.
2064     Length = 0;
2065     return true;
2066   }
2067
2068   // Must be a Constant Array
2069   Array = dyn_cast<ConstantArray>(GlobalInit);
2070   if (!Array) return false;
2071
2072   // Get the number of elements in the array
2073   uint64_t NumElts = Array->getType()->getNumElements();
2074
2075   // Traverse the constant array from start_idx (derived above) which is
2076   // the place the GEP refers to in the array.
2077   Length = StartIdx;
2078   while (1) {
2079     if (Length >= NumElts)
2080       return false; // The array isn't null terminated.
2081     
2082     Constant *Elt = Array->getOperand(Length);
2083     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(Elt)) {
2084       // Check for the null terminator.
2085       if (CI->isZero())
2086         break; // we found end of string
2087     } else
2088       return false; // This array isn't suitable, non-int initializer
2089     ++Length;
2090   }
2091   
2092   // Subtract out the initial value from the length
2093   Length -= StartIdx;
2094   return true; // success!
2095 }
2096
2097 /// CastToCStr - Return V if it is an sbyte*, otherwise cast it to sbyte*,
2098 /// inserting the cast before IP, and return the cast.
2099 /// @brief Cast a value to a "C" string.
2100 static Value *CastToCStr(Value *V, Instruction &IP) {
2101   assert(isa<PointerType>(V->getType()) && 
2102          "Can't cast non-pointer type to C string type");
2103   const Type *SBPTy = PointerType::get(Type::Int8Ty);
2104   if (V->getType() != SBPTy)
2105     return new BitCastInst(V, SBPTy, V->getName(), &IP);
2106   return V;
2107 }
2108
2109 // TODO:
2110 //   Additional cases that we need to add to this file:
2111 //
2112 // cbrt:
2113 //   * cbrt(expN(X))  -> expN(x/3)
2114 //   * cbrt(sqrt(x))  -> pow(x,1/6)
2115 //   * cbrt(sqrt(x))  -> pow(x,1/9)
2116 //
2117 // cos, cosf, cosl:
2118 //   * cos(-x)  -> cos(x)
2119 //
2120 // exp, expf, expl:
2121 //   * exp(log(x))  -> x
2122 //
2123 // log, logf, logl:
2124 //   * log(exp(x))   -> x
2125 //   * log(x**y)     -> y*log(x)
2126 //   * log(exp(y))   -> y*log(e)
2127 //   * log(exp2(y))  -> y*log(2)
2128 //   * log(exp10(y)) -> y*log(10)
2129 //   * log(sqrt(x))  -> 0.5*log(x)
2130 //   * log(pow(x,y)) -> y*log(x)
2131 //
2132 // lround, lroundf, lroundl:
2133 //   * lround(cnst) -> cnst'
2134 //
2135 // memcmp:
2136 //   * memcmp(x,y,l)   -> cnst
2137 //      (if all arguments are constant and strlen(x) <= l and strlen(y) <= l)
2138 //
2139 // memmove:
2140 //   * memmove(d,s,l,a) -> memcpy(d,s,l,a)
2141 //       (if s is a global constant array)
2142 //
2143 // pow, powf, powl:
2144 //   * pow(exp(x),y)  -> exp(x*y)
2145 //   * pow(sqrt(x),y) -> pow(x,y*0.5)
2146 //   * pow(pow(x,y),z)-> pow(x,y*z)
2147 //
2148 // puts:
2149 //   * puts("") -> fputc("\n",stdout) (how do we get "stdout"?)
2150 //
2151 // round, roundf, roundl:
2152 //   * round(cnst) -> cnst'
2153 //
2154 // signbit:
2155 //   * signbit(cnst) -> cnst'
2156 //   * signbit(nncst) -> 0 (if pstv is a non-negative constant)
2157 //
2158 // sqrt, sqrtf, sqrtl:
2159 //   * sqrt(expN(x))  -> expN(x*0.5)
2160 //   * sqrt(Nroot(x)) -> pow(x,1/(2*N))
2161 //   * sqrt(pow(x,y)) -> pow(|x|,y*0.5)
2162 //
2163 // stpcpy:
2164 //   * stpcpy(str, "literal") ->
2165 //           llvm.memcpy(str,"literal",strlen("literal")+1,1)
2166 // strrchr:
2167 //   * strrchr(s,c) -> reverse_offset_of_in(c,s)
2168 //      (if c is a constant integer and s is a constant string)
2169 //   * strrchr(s1,0) -> strchr(s1,0)
2170 //
2171 // strncat:
2172 //   * strncat(x,y,0) -> x
2173 //   * strncat(x,y,0) -> x (if strlen(y) = 0)
2174 //   * strncat(x,y,l) -> strcat(x,y) (if y and l are constants an l > strlen(y))
2175 //
2176 // strncpy:
2177 //   * strncpy(d,s,0) -> d
2178 //   * strncpy(d,s,l) -> memcpy(d,s,l,1)
2179 //      (if s and l are constants)
2180 //
2181 // strpbrk:
2182 //   * strpbrk(s,a) -> offset_in_for(s,a)
2183 //      (if s and a are both constant strings)
2184 //   * strpbrk(s,"") -> 0
2185 //   * strpbrk(s,a) -> strchr(s,a[0]) (if a is constant string of length 1)
2186 //
2187 // strspn, strcspn:
2188 //   * strspn(s,a)   -> const_int (if both args are constant)
2189 //   * strspn("",a)  -> 0
2190 //   * strspn(s,"")  -> 0
2191 //   * strcspn(s,a)  -> const_int (if both args are constant)
2192 //   * strcspn("",a) -> 0
2193 //   * strcspn(s,"") -> strlen(a)
2194 //
2195 // strstr:
2196 //   * strstr(x,x)  -> x
2197 //   * strstr(s1,s2) -> offset_of_s2_in(s1)
2198 //       (if s1 and s2 are constant strings)
2199 //
2200 // tan, tanf, tanl:
2201 //   * tan(atan(x)) -> x
2202 //
2203 // trunc, truncf, truncl:
2204 //   * trunc(cnst) -> cnst'
2205 //
2206 //
2207 }