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