For PR950:
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / IPO / SimplifyLibCalls.cpp
1 //===- SimplifyLibCalls.cpp - Optimize specific well-known library calls --===//
2 //
3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
4 //
5 // This file was developed by Reid Spencer and is distributed under the
6 // University of Illinois Open Source License. See LICENSE.TXT for details.
7 //
8 //===----------------------------------------------------------------------===//
9 //
10 // This file implements a module pass that applies a variety of small
11 // optimizations for calls to specific well-known function calls (e.g. runtime
12 // library functions). For example, a call to the function "exit(3)" that
13 // occurs within the main() function can be transformed into a simple "return 3"
14 // instruction. Any optimization that takes this form (replace call to library
15 // function with simpler code that provides the same result) belongs in this
16 // file.
17 //
18 //===----------------------------------------------------------------------===//
19
20 #define DEBUG_TYPE "simplify-libcalls"
21 #include "llvm/Constants.h"
22 #include "llvm/DerivedTypes.h"
23 #include "llvm/Instructions.h"
24 #include "llvm/Module.h"
25 #include "llvm/Pass.h"
26 #include "llvm/ADT/hash_map"
27 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
28 #include "llvm/Config/config.h"
29 #include "llvm/Support/Debug.h"
30 #include "llvm/Target/TargetData.h"
31 #include "llvm/Transforms/IPO.h"
32 using namespace llvm;
33
34 /// This statistic keeps track of the total number of library calls that have
35 /// been simplified regardless of which call it is.
36 STATISTIC(SimplifiedLibCalls, "Number of library calls simplified");
37
38 namespace {
39   // Forward declarations
40   class LibCallOptimization;
41   class SimplifyLibCalls;
42   
43 /// This list is populated by the constructor for LibCallOptimization class.
44 /// Therefore all subclasses are registered here at static initialization time
45 /// and this list is what the SimplifyLibCalls pass uses to apply the individual
46 /// optimizations to the call sites.
47 /// @brief The list of optimizations deriving from LibCallOptimization
48 static LibCallOptimization *OptList = 0;
49
50 /// This class is the abstract base class for the set of optimizations that
51 /// corresponds to one library call. The SimplifyLibCalls pass will call the
52 /// ValidateCalledFunction method to ask the optimization if a given Function
53 /// is the kind that the optimization can handle. If the subclass returns true,
54 /// then SImplifyLibCalls will also call the OptimizeCall method to perform,
55 /// or attempt to perform, the optimization(s) for the library call. Otherwise,
56 /// OptimizeCall won't be called. Subclasses are responsible for providing the
57 /// name of the library call (strlen, strcpy, etc.) to the LibCallOptimization
58 /// constructor. This is used to efficiently select which call instructions to
59 /// optimize. The criteria for a "lib call" is "anything with well known
60 /// semantics", typically a library function that is defined by an international
61 /// standard. Because the semantics are well known, the optimizations can
62 /// generally short-circuit actually calling the function if there's a simpler
63 /// way (e.g. strlen(X) can be reduced to a constant if X is a constant global).
64 /// @brief Base class for library call optimizations
65 class LibCallOptimization {
66   LibCallOptimization **Prev, *Next;
67   const char *FunctionName; ///< Name of the library call we optimize
68 #ifndef NDEBUG
69   Statistic occurrences; ///< debug statistic (-debug-only=simplify-libcalls)
70 #endif
71 public:
72   /// The \p fname argument must be the name of the library function being
73   /// optimized by the subclass.
74   /// @brief Constructor that registers the optimization.
75   LibCallOptimization(const char *FName, const char *Description)
76     : FunctionName(FName) {
77       
78 #ifndef NDEBUG
79     occurrences.construct("simplify-libcalls", Description);
80 #endif
81     // Register this optimizer in the list of optimizations.
82     Next = OptList;
83     OptList = this;
84     Prev = &OptList;
85     if (Next) Next->Prev = &Next;
86   }
87   
88   /// getNext - All libcall optimizations are chained together into a list,
89   /// return the next one in the list.
90   LibCallOptimization *getNext() { return Next; }
91
92   /// @brief Deregister from the optlist
93   virtual ~LibCallOptimization() {
94     *Prev = Next;
95     if (Next) Next->Prev = Prev;
96   }
97
98   /// The implementation of this function in subclasses should determine if
99   /// \p F is suitable for the optimization. This method is called by
100   /// SimplifyLibCalls::runOnModule to short circuit visiting all the call
101   /// sites of such a function if that function is not suitable in the first
102   /// place.  If the called function is suitabe, this method should return true;
103   /// false, otherwise. This function should also perform any lazy
104   /// initialization that the LibCallOptimization needs to do, if its to return
105   /// true. This avoids doing initialization until the optimizer is actually
106   /// going to be called upon to do some optimization.
107   /// @brief Determine if the function is suitable for optimization
108   virtual bool ValidateCalledFunction(
109     const Function* F,    ///< The function that is the target of call sites
110     SimplifyLibCalls& SLC ///< The pass object invoking us
111   ) = 0;
112
113   /// The implementations of this function in subclasses is the heart of the
114   /// SimplifyLibCalls algorithm. Sublcasses of this class implement
115   /// OptimizeCall to determine if (a) the conditions are right for optimizing
116   /// the call and (b) to perform the optimization. If an action is taken
117   /// against ci, the subclass is responsible for returning true and ensuring
118   /// that ci is erased from its parent.
119   /// @brief Optimize a call, if possible.
120   virtual bool OptimizeCall(
121     CallInst* ci,          ///< The call instruction that should be optimized.
122     SimplifyLibCalls& SLC  ///< The pass object invoking us
123   ) = 0;
124
125   /// @brief Get the name of the library call being optimized
126   const char *getFunctionName() const { return FunctionName; }
127
128   /// @brief Called by SimplifyLibCalls to update the occurrences statistic.
129   void succeeded() {
130 #ifndef NDEBUG
131     DEBUG(++occurrences);
132 #endif
133   }
134 };
135
136 /// This class is an LLVM Pass that applies each of the LibCallOptimization
137 /// instances to all the call sites in a module, relatively efficiently. The
138 /// purpose of this pass is to provide optimizations for calls to well-known
139 /// functions with well-known semantics, such as those in the c library. The
140 /// class provides the basic infrastructure for handling runOnModule.  Whenever
141 /// this pass finds a function call, it asks the appropriate optimizer to
142 /// validate the call (ValidateLibraryCall). If it is validated, then
143 /// the OptimizeCall method is also called.
144 /// @brief A ModulePass for optimizing well-known function calls.
145 class SimplifyLibCalls : public ModulePass {
146 public:
147   /// We need some target data for accurate signature details that are
148   /// target dependent. So we require target data in our AnalysisUsage.
149   /// @brief Require TargetData from AnalysisUsage.
150   virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage& Info) const {
151     // Ask that the TargetData analysis be performed before us so we can use
152     // the target data.
153     Info.addRequired<TargetData>();
154   }
155
156   /// For this pass, process all of the function calls in the module, calling
157   /// ValidateLibraryCall and OptimizeCall as appropriate.
158   /// @brief Run all the lib call optimizations on a Module.
159   virtual bool runOnModule(Module &M) {
160     reset(M);
161
162     bool result = false;
163     hash_map<std::string, LibCallOptimization*> OptznMap;
164     for (LibCallOptimization *Optzn = OptList; Optzn; Optzn = Optzn->getNext())
165       OptznMap[Optzn->getFunctionName()] = Optzn;
166
167     // The call optimizations can be recursive. That is, the optimization might
168     // generate a call to another function which can also be optimized. This way
169     // we make the LibCallOptimization instances very specific to the case they
170     // handle. It also means we need to keep running over the function calls in
171     // the module until we don't get any more optimizations possible.
172     bool found_optimization = false;
173     do {
174       found_optimization = false;
175       for (Module::iterator FI = M.begin(), FE = M.end(); FI != FE; ++FI) {
176         // All the "well-known" functions are external and have external linkage
177         // because they live in a runtime library somewhere and were (probably)
178         // not compiled by LLVM.  So, we only act on external functions that
179         // have external or dllimport linkage and non-empty uses.
180         if (!FI->isExternal() ||
181             !(FI->hasExternalLinkage() || FI->hasDLLImportLinkage()) ||
182             FI->use_empty())
183           continue;
184
185         // Get the optimization class that pertains to this function
186         hash_map<std::string, LibCallOptimization*>::iterator OMI =
187           OptznMap.find(FI->getName());
188         if (OMI == OptznMap.end()) continue;
189         
190         LibCallOptimization *CO = OMI->second;
191
192         // Make sure the called function is suitable for the optimization
193         if (!CO->ValidateCalledFunction(FI, *this))
194           continue;
195
196         // Loop over each of the uses of the function
197         for (Value::use_iterator UI = FI->use_begin(), UE = FI->use_end();
198              UI != UE ; ) {
199           // If the use of the function is a call instruction
200           if (CallInst* CI = dyn_cast<CallInst>(*UI++)) {
201             // Do the optimization on the LibCallOptimization.
202             if (CO->OptimizeCall(CI, *this)) {
203               ++SimplifiedLibCalls;
204               found_optimization = result = true;
205               CO->succeeded();
206             }
207           }
208         }
209       }
210     } while (found_optimization);
211     
212     return result;
213   }
214
215   /// @brief Return the *current* module we're working on.
216   Module* getModule() const { return M; }
217
218   /// @brief Return the *current* target data for the module we're working on.
219   TargetData* getTargetData() const { return TD; }
220
221   /// @brief Return the size_t type -- syntactic shortcut
222   const Type* getIntPtrType() const { return TD->getIntPtrType(); }
223
224   /// @brief Return a Function* for the putchar libcall
225   Function* get_putchar() {
226     if (!putchar_func)
227       putchar_func = M->getOrInsertFunction("putchar", Type::IntTy, Type::IntTy,
228                                             NULL);
229     return putchar_func;
230   }
231
232   /// @brief Return a Function* for the puts libcall
233   Function* get_puts() {
234     if (!puts_func)
235       puts_func = M->getOrInsertFunction("puts", Type::IntTy,
236                                          PointerType::get(Type::SByteTy),
237                                          NULL);
238     return puts_func;
239   }
240
241   /// @brief Return a Function* for the fputc libcall
242   Function* get_fputc(const Type* FILEptr_type) {
243     if (!fputc_func)
244       fputc_func = M->getOrInsertFunction("fputc", Type::IntTy, Type::IntTy,
245                                           FILEptr_type, NULL);
246     return fputc_func;
247   }
248
249   /// @brief Return a Function* for the fputs libcall
250   Function* get_fputs(const Type* FILEptr_type) {
251     if (!fputs_func)
252       fputs_func = M->getOrInsertFunction("fputs", Type::IntTy,
253                                           PointerType::get(Type::SByteTy),
254                                           FILEptr_type, NULL);
255     return fputs_func;
256   }
257
258   /// @brief Return a Function* for the fwrite libcall
259   Function* get_fwrite(const Type* FILEptr_type) {
260     if (!fwrite_func)
261       fwrite_func = M->getOrInsertFunction("fwrite", TD->getIntPtrType(),
262                                            PointerType::get(Type::SByteTy),
263                                            TD->getIntPtrType(),
264                                            TD->getIntPtrType(),
265                                            FILEptr_type, NULL);
266     return fwrite_func;
267   }
268
269   /// @brief Return a Function* for the sqrt libcall
270   Function* get_sqrt() {
271     if (!sqrt_func)
272       sqrt_func = M->getOrInsertFunction("sqrt", Type::DoubleTy, 
273                                          Type::DoubleTy, NULL);
274     return sqrt_func;
275   }
276
277   /// @brief Return a Function* for the strlen libcall
278   Function* get_strcpy() {
279     if (!strcpy_func)
280       strcpy_func = M->getOrInsertFunction("strcpy",
281                                            PointerType::get(Type::SByteTy),
282                                            PointerType::get(Type::SByteTy),
283                                            PointerType::get(Type::SByteTy),
284                                            NULL);
285     return strcpy_func;
286   }
287
288   /// @brief Return a Function* for the strlen libcall
289   Function* get_strlen() {
290     if (!strlen_func)
291       strlen_func = M->getOrInsertFunction("strlen", TD->getIntPtrType(),
292                                            PointerType::get(Type::SByteTy),
293                                            NULL);
294     return strlen_func;
295   }
296
297   /// @brief Return a Function* for the memchr libcall
298   Function* get_memchr() {
299     if (!memchr_func)
300       memchr_func = M->getOrInsertFunction("memchr",
301                                            PointerType::get(Type::SByteTy),
302                                            PointerType::get(Type::SByteTy),
303                                            Type::IntTy, TD->getIntPtrType(),
304                                            NULL);
305     return memchr_func;
306   }
307
308   /// @brief Return a Function* for the memcpy libcall
309   Function* get_memcpy() {
310     if (!memcpy_func) {
311       const Type *SBP = PointerType::get(Type::SByteTy);
312       const char *N = TD->getIntPtrType() == Type::UIntTy ?
313                             "llvm.memcpy.i32" : "llvm.memcpy.i64";
314       memcpy_func = M->getOrInsertFunction(N, Type::VoidTy, SBP, SBP,
315                                            TD->getIntPtrType(), Type::UIntTy,
316                                            NULL);
317     }
318     return memcpy_func;
319   }
320
321   Function *getUnaryFloatFunction(const char *Name, Function *&Cache) {
322     if (!Cache)
323       Cache = M->getOrInsertFunction(Name, Type::FloatTy, Type::FloatTy, NULL);
324     return Cache;
325   }
326   
327   Function *get_floorf() { return getUnaryFloatFunction("floorf", floorf_func);}
328   Function *get_ceilf()  { return getUnaryFloatFunction( "ceilf",  ceilf_func);}
329   Function *get_roundf() { return getUnaryFloatFunction("roundf", roundf_func);}
330   Function *get_rintf()  { return getUnaryFloatFunction( "rintf",  rintf_func);}
331   Function *get_nearbyintf() { return getUnaryFloatFunction("nearbyintf",
332                                                             nearbyintf_func); }
333 private:
334   /// @brief Reset our cached data for a new Module
335   void reset(Module& mod) {
336     M = &mod;
337     TD = &getAnalysis<TargetData>();
338     putchar_func = 0;
339     puts_func = 0;
340     fputc_func = 0;
341     fputs_func = 0;
342     fwrite_func = 0;
343     memcpy_func = 0;
344     memchr_func = 0;
345     sqrt_func   = 0;
346     strcpy_func = 0;
347     strlen_func = 0;
348     floorf_func = 0;
349     ceilf_func = 0;
350     roundf_func = 0;
351     rintf_func = 0;
352     nearbyintf_func = 0;
353   }
354
355 private:
356   /// Caches for function pointers.
357   Function *putchar_func, *puts_func;
358   Function *fputc_func, *fputs_func, *fwrite_func;
359   Function *memcpy_func, *memchr_func;
360   Function* sqrt_func;
361   Function *strcpy_func, *strlen_func;
362   Function *floorf_func, *ceilf_func, *roundf_func;
363   Function *rintf_func, *nearbyintf_func;
364   Module *M;             ///< Cached Module
365   TargetData *TD;        ///< Cached TargetData
366 };
367
368 // Register the pass
369 RegisterPass<SimplifyLibCalls>
370 X("simplify-libcalls", "Simplify well-known library calls");
371
372 } // anonymous namespace
373
374 // The only public symbol in this file which just instantiates the pass object
375 ModulePass *llvm::createSimplifyLibCallsPass() {
376   return new SimplifyLibCalls();
377 }
378
379 // Classes below here, in the anonymous namespace, are all subclasses of the
380 // LibCallOptimization class, each implementing all optimizations possible for a
381 // single well-known library call. Each has a static singleton instance that
382 // auto registers it into the "optlist" global above.
383 namespace {
384
385 // Forward declare utility functions.
386 bool getConstantStringLength(Value* V, uint64_t& len, ConstantArray** A = 0 );
387 Value *CastToCStr(Value *V, Instruction &IP);
388
389 /// This LibCallOptimization will find instances of a call to "exit" that occurs
390 /// within the "main" function and change it to a simple "ret" instruction with
391 /// the same value passed to the exit function. When this is done, it splits the
392 /// basic block at the exit(3) call and deletes the call instruction.
393 /// @brief Replace calls to exit in main with a simple return
394 struct ExitInMainOptimization : public LibCallOptimization {
395   ExitInMainOptimization() : LibCallOptimization("exit",
396       "Number of 'exit' calls simplified") {}
397
398   // Make sure the called function looks like exit (int argument, int return
399   // type, external linkage, not varargs).
400   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function *F, SimplifyLibCalls &SLC){
401     return F->arg_size() >= 1 && F->arg_begin()->getType()->isInteger();
402   }
403
404   virtual bool OptimizeCall(CallInst* ci, SimplifyLibCalls& SLC) {
405     // To be careful, we check that the call to exit is coming from "main", that
406     // main has external linkage, and the return type of main and the argument
407     // to exit have the same type.
408     Function *from = ci->getParent()->getParent();
409     if (from->hasExternalLinkage())
410       if (from->getReturnType() == ci->getOperand(1)->getType())
411         if (from->getName() == "main") {
412           // Okay, time to actually do the optimization. First, get the basic
413           // block of the call instruction
414           BasicBlock* bb = ci->getParent();
415
416           // Create a return instruction that we'll replace the call with.
417           // Note that the argument of the return is the argument of the call
418           // instruction.
419           new ReturnInst(ci->getOperand(1), ci);
420
421           // Split the block at the call instruction which places it in a new
422           // basic block.
423           bb->splitBasicBlock(ci);
424
425           // The block split caused a branch instruction to be inserted into
426           // the end of the original block, right after the return instruction
427           // that we put there. That's not a valid block, so delete the branch
428           // instruction.
429           bb->getInstList().pop_back();
430
431           // Now we can finally get rid of the call instruction which now lives
432           // in the new basic block.
433           ci->eraseFromParent();
434
435           // Optimization succeeded, return true.
436           return true;
437         }
438     // We didn't pass the criteria for this optimization so return false
439     return false;
440   }
441 } ExitInMainOptimizer;
442
443 /// This LibCallOptimization will simplify a call to the strcat library
444 /// function. The simplification is possible only if the string being
445 /// concatenated is a constant array or a constant expression that results in
446 /// a constant string. In this case we can replace it with strlen + llvm.memcpy
447 /// of the constant string. Both of these calls are further reduced, if possible
448 /// on subsequent passes.
449 /// @brief Simplify the strcat library function.
450 struct StrCatOptimization : public LibCallOptimization {
451 public:
452   /// @brief Default constructor
453   StrCatOptimization() : LibCallOptimization("strcat",
454       "Number of 'strcat' calls simplified") {}
455
456 public:
457
458   /// @brief Make sure that the "strcat" function has the right prototype
459   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function* f, SimplifyLibCalls& SLC){
460     if (f->getReturnType() == PointerType::get(Type::SByteTy))
461       if (f->arg_size() == 2)
462       {
463         Function::const_arg_iterator AI = f->arg_begin();
464         if (AI++->getType() == PointerType::get(Type::SByteTy))
465           if (AI->getType() == PointerType::get(Type::SByteTy))
466           {
467             // Indicate this is a suitable call type.
468             return true;
469           }
470       }
471     return false;
472   }
473
474   /// @brief Optimize the strcat library function
475   virtual bool OptimizeCall(CallInst* ci, SimplifyLibCalls& SLC) {
476     // Extract some information from the instruction
477     Value* dest = ci->getOperand(1);
478     Value* src  = ci->getOperand(2);
479
480     // Extract the initializer (while making numerous checks) from the
481     // source operand of the call to strcat. If we get null back, one of
482     // a variety of checks in get_GVInitializer failed
483     uint64_t len = 0;
484     if (!getConstantStringLength(src,len))
485       return false;
486
487     // Handle the simple, do-nothing case
488     if (len == 0) {
489       ci->replaceAllUsesWith(dest);
490       ci->eraseFromParent();
491       return true;
492     }
493
494     // Increment the length because we actually want to memcpy the null
495     // terminator as well.
496     len++;
497
498     // We need to find the end of the destination string.  That's where the
499     // memory is to be moved to. We just generate a call to strlen (further
500     // optimized in another pass).  Note that the SLC.get_strlen() call
501     // caches the Function* for us.
502     CallInst* strlen_inst =
503       new CallInst(SLC.get_strlen(), dest, dest->getName()+".len",ci);
504
505     // Now that we have the destination's length, we must index into the
506     // destination's pointer to get the actual memcpy destination (end of
507     // the string .. we're concatenating).
508     std::vector<Value*> idx;
509     idx.push_back(strlen_inst);
510     GetElementPtrInst* gep =
511       new GetElementPtrInst(dest,idx,dest->getName()+".indexed",ci);
512
513     // We have enough information to now generate the memcpy call to
514     // do the concatenation for us.
515     std::vector<Value*> vals;
516     vals.push_back(gep); // destination
517     vals.push_back(ci->getOperand(2)); // source
518     vals.push_back(ConstantInt::get(SLC.getIntPtrType(),len)); // length
519     vals.push_back(ConstantInt::get(Type::UIntTy,1)); // alignment
520     new CallInst(SLC.get_memcpy(), vals, "", ci);
521
522     // Finally, substitute the first operand of the strcat call for the
523     // strcat call itself since strcat returns its first operand; and,
524     // kill the strcat CallInst.
525     ci->replaceAllUsesWith(dest);
526     ci->eraseFromParent();
527     return true;
528   }
529 } StrCatOptimizer;
530
531 /// This LibCallOptimization will simplify a call to the strchr library
532 /// function.  It optimizes out cases where the arguments are both constant
533 /// and the result can be determined statically.
534 /// @brief Simplify the strcmp library function.
535 struct 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::SByteTy) &&
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 || CSI->getType()->isUnsigned() ) {
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       Function* f = SLC.get_memchr();
568       std::vector<Value*> args;
569       args.push_back(ci->getOperand(1));
570       args.push_back(ci->getOperand(2));
571       args.push_back(ConstantInt::get(SLC.getIntPtrType(),len));
572       ci->replaceAllUsesWith( new CallInst(f,args,ci->getName(),ci));
573       ci->eraseFromParent();
574       return true;
575     }
576
577     // Get the character we're looking for
578     int64_t chr = CSI->getSExtValue();
579
580     // Compute the offset
581     uint64_t offset = 0;
582     bool char_found = false;
583     for (uint64_t i = 0; i < len; ++i) {
584       if (ConstantInt* CI = dyn_cast<ConstantInt>(CA->getOperand(i))) {
585         // Check for the null terminator
586         if (CI->isNullValue())
587           break; // we found end of string
588         else if (CI->getSExtValue() == chr) {
589           char_found = true;
590           offset = i;
591           break;
592         }
593       }
594     }
595
596     // strchr(s,c)  -> offset_of_in(c,s)
597     //    (if c is a constant integer and s is a constant string)
598     if (char_found) {
599       std::vector<Value*> indices;
600       indices.push_back(ConstantInt::get(Type::ULongTy,offset));
601       GetElementPtrInst* GEP = new GetElementPtrInst(ci->getOperand(1),indices,
602           ci->getOperand(1)->getName()+".strchr",ci);
603       ci->replaceAllUsesWith(GEP);
604     } else {
605       ci->replaceAllUsesWith(
606           ConstantPointerNull::get(PointerType::get(Type::SByteTy)));
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 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::IntTy && 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::IntTy,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::IntTy, 
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::IntTy, 
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::IntTy,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 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::IntTy && 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::IntTy,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::IntTy,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::IntTy, 
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::IntTy, 
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::IntTy,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 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::SByteTy))
795       if (f->arg_size() == 2) {
796         Function::const_arg_iterator AI = f->arg_begin();
797         if (AI++->getType() == PointerType::get(Type::SByteTy))
798           if (AI->getType() == PointerType::get(Type::SByteTy)) {
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::SByteTy,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     std::vector<Value*> vals;
846     vals.push_back(dest); // destination
847     vals.push_back(src); // source
848     vals.push_back(ConstantInt::get(SLC.getIntPtrType(),len)); // length
849     vals.push_back(ConstantInt::get(Type::UIntTy,1)); // alignment
850     new CallInst(SLC.get_memcpy(), vals, "", 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 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::SByteTy))
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::SByteTy))
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::SByteTy,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::BoolTy)
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 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::UByteTy);
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::UByteTy);
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::IntTy, 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 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     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::SByteTy; break;
1102       case 2: castType = Type::ShortTy; break;
1103       case 4: castType = Type::IntTy; break;
1104       case 8: castType = Type::LongTy; 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 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::UByteTy)
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     Type* castType = 0;
1199     switch (len) {
1200       case 1:
1201         castType = Type::UByteTy;
1202         break;
1203       case 2:
1204         castType = Type::UShortTy;
1205         fill_value |= fill_char << 8;
1206         break;
1207       case 4:
1208         castType = Type::UIntTy;
1209         fill_value |= fill_char << 8 | fill_char << 16 | fill_char << 24;
1210         break;
1211       case 8:
1212         castType = Type::ULongTy;
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 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 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         Function* puts_func = SLC.get_puts();
1348         if (!puts_func)
1349           return false;
1350         std::vector<Value*> args;
1351         args.push_back(CastToCStr(ci->getOperand(2), *ci));
1352         new CallInst(puts_func,args,ci->getName(),ci);
1353         ci->replaceAllUsesWith(ConstantInt::get(Type::IntTy,len));
1354         break;
1355       }
1356       case 'c':
1357       {
1358         // printf("%c",c) -> putchar(c)
1359         if (len != 2)
1360           return false;
1361
1362         Function* putchar_func = SLC.get_putchar();
1363         if (!putchar_func)
1364           return false;
1365         CastInst* cast = CastInst::createSExtOrBitCast(
1366             ci->getOperand(2), Type::IntTy, CI->getName()+".int", ci);
1367         new CallInst(putchar_func, cast, "", ci);
1368         ci->replaceAllUsesWith(ConstantInt::get(Type::IntTy, 1));
1369         break;
1370       }
1371       default:
1372         return false;
1373     }
1374     ci->eraseFromParent();
1375     return true;
1376   }
1377 } PrintfOptimizer;
1378
1379 /// This LibCallOptimization will simplify calls to the "fprintf" library
1380 /// function. It looks for cases where the result of fprintf is not used and the
1381 /// operation can be reduced to something simpler.
1382 /// @brief Simplify the fprintf library function.
1383 struct FPrintFOptimization : public LibCallOptimization {
1384 public:
1385   /// @brief Default Constructor
1386   FPrintFOptimization() : LibCallOptimization("fprintf",
1387       "Number of 'fprintf' calls simplified") {}
1388
1389   /// @brief Make sure that the "fprintf" function has the right prototype
1390   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function* f, SimplifyLibCalls& SLC){
1391     // Just make sure this has at least 2 arguments
1392     return (f->arg_size() >= 2);
1393   }
1394
1395   /// @brief Perform the fprintf optimization.
1396   virtual bool OptimizeCall(CallInst* ci, SimplifyLibCalls& SLC) {
1397     // If the call has more than 3 operands, we can't optimize it
1398     if (ci->getNumOperands() > 4 || ci->getNumOperands() <= 2)
1399       return false;
1400
1401     // If the result of the fprintf call is used, none of these optimizations
1402     // can be made.
1403     if (!ci->use_empty())
1404       return false;
1405
1406     // All the optimizations depend on the length of the second argument and the
1407     // fact that it is a constant string array. Check that now
1408     uint64_t len = 0;
1409     ConstantArray* CA = 0;
1410     if (!getConstantStringLength(ci->getOperand(2), len, &CA))
1411       return false;
1412
1413     if (ci->getNumOperands() == 3) {
1414       // Make sure there's no % in the constant array
1415       for (unsigned i = 0; i < len; ++i) {
1416         if (ConstantInt* CI = dyn_cast<ConstantInt>(CA->getOperand(i))) {
1417           // Check for the null terminator
1418           if (CI->getZExtValue() == '%')
1419             return false; // we found end of string
1420         } else {
1421           return false;
1422         }
1423       }
1424
1425       // fprintf(file,fmt) -> fwrite(fmt,strlen(fmt),file)
1426       const Type* FILEptr_type = ci->getOperand(1)->getType();
1427       Function* fwrite_func = SLC.get_fwrite(FILEptr_type);
1428       if (!fwrite_func)
1429         return false;
1430
1431       // Make sure that the fprintf() and fwrite() functions both take the
1432       // same type of char pointer.
1433       if (ci->getOperand(2)->getType() !=
1434           fwrite_func->getFunctionType()->getParamType(0))
1435         return false;
1436
1437       std::vector<Value*> args;
1438       args.push_back(ci->getOperand(2));
1439       args.push_back(ConstantInt::get(SLC.getIntPtrType(),len));
1440       args.push_back(ConstantInt::get(SLC.getIntPtrType(),1));
1441       args.push_back(ci->getOperand(1));
1442       new CallInst(fwrite_func,args,ci->getName(),ci);
1443       ci->replaceAllUsesWith(ConstantInt::get(Type::IntTy,len));
1444       ci->eraseFromParent();
1445       return true;
1446     }
1447
1448     // The remaining optimizations require the format string to be length 2
1449     // "%s" or "%c".
1450     if (len != 2)
1451       return false;
1452
1453     // The first character has to be a %
1454     if (ConstantInt* CI = dyn_cast<ConstantInt>(CA->getOperand(0)))
1455       if (CI->getZExtValue() != '%')
1456         return false;
1457
1458     // Get the second character and switch on its value
1459     ConstantInt* CI = dyn_cast<ConstantInt>(CA->getOperand(1));
1460     switch (CI->getZExtValue()) {
1461       case 's':
1462       {
1463         uint64_t len = 0;
1464         ConstantArray* CA = 0;
1465         if (getConstantStringLength(ci->getOperand(3), len, &CA)) {
1466           // fprintf(file,"%s",str) -> fwrite(str,strlen(str),1,file)
1467           const Type* FILEptr_type = ci->getOperand(1)->getType();
1468           Function* fwrite_func = SLC.get_fwrite(FILEptr_type);
1469           if (!fwrite_func)
1470             return false;
1471           std::vector<Value*> args;
1472           args.push_back(CastToCStr(ci->getOperand(3), *ci));
1473           args.push_back(ConstantInt::get(SLC.getIntPtrType(),len));
1474           args.push_back(ConstantInt::get(SLC.getIntPtrType(),1));
1475           args.push_back(ci->getOperand(1));
1476           new CallInst(fwrite_func,args,ci->getName(),ci);
1477           ci->replaceAllUsesWith(ConstantInt::get(Type::IntTy,len));
1478         } else {
1479           // fprintf(file,"%s",str) -> fputs(str,file)
1480           const Type* FILEptr_type = ci->getOperand(1)->getType();
1481           Function* fputs_func = SLC.get_fputs(FILEptr_type);
1482           if (!fputs_func)
1483             return false;
1484           std::vector<Value*> args;
1485           args.push_back(CastToCStr(ci->getOperand(3), *ci));
1486           args.push_back(ci->getOperand(1));
1487           new CallInst(fputs_func,args,ci->getName(),ci);
1488           ci->replaceAllUsesWith(ConstantInt::get(Type::IntTy,len));
1489         }
1490         break;
1491       }
1492       case 'c':
1493       {
1494         // fprintf(file,"%c",c) -> fputc(c,file)
1495         const Type* FILEptr_type = ci->getOperand(1)->getType();
1496         Function* fputc_func = SLC.get_fputc(FILEptr_type);
1497         if (!fputc_func)
1498           return false;
1499         CastInst* cast = CastInst::createSExtOrBitCast(
1500             ci->getOperand(3), Type::IntTy, CI->getName()+".int", ci);
1501         new CallInst(fputc_func,cast,ci->getOperand(1),"",ci);
1502         ci->replaceAllUsesWith(ConstantInt::get(Type::IntTy,1));
1503         break;
1504       }
1505       default:
1506         return false;
1507     }
1508     ci->eraseFromParent();
1509     return true;
1510   }
1511 } FPrintFOptimizer;
1512
1513 /// This LibCallOptimization will simplify calls to the "sprintf" library
1514 /// function. It looks for cases where the result of sprintf is not used and the
1515 /// operation can be reduced to something simpler.
1516 /// @brief Simplify the sprintf library function.
1517 struct SPrintFOptimization : public LibCallOptimization {
1518 public:
1519   /// @brief Default Constructor
1520   SPrintFOptimization() : LibCallOptimization("sprintf",
1521       "Number of 'sprintf' calls simplified") {}
1522
1523   /// @brief Make sure that the "fprintf" function has the right prototype
1524   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function *f, SimplifyLibCalls &SLC){
1525     // Just make sure this has at least 2 arguments
1526     return (f->getReturnType() == Type::IntTy && f->arg_size() >= 2);
1527   }
1528
1529   /// @brief Perform the sprintf optimization.
1530   virtual bool OptimizeCall(CallInst *ci, SimplifyLibCalls &SLC) {
1531     // If the call has more than 3 operands, we can't optimize it
1532     if (ci->getNumOperands() > 4 || ci->getNumOperands() < 3)
1533       return false;
1534
1535     // All the optimizations depend on the length of the second argument and the
1536     // fact that it is a constant string array. Check that now
1537     uint64_t len = 0;
1538     ConstantArray* CA = 0;
1539     if (!getConstantStringLength(ci->getOperand(2), len, &CA))
1540       return false;
1541
1542     if (ci->getNumOperands() == 3) {
1543       if (len == 0) {
1544         // If the length is 0, we just need to store a null byte
1545         new StoreInst(ConstantInt::get(Type::SByteTy,0),ci->getOperand(1),ci);
1546         ci->replaceAllUsesWith(ConstantInt::get(Type::IntTy,0));
1547         ci->eraseFromParent();
1548         return true;
1549       }
1550
1551       // Make sure there's no % in the constant array
1552       for (unsigned i = 0; i < len; ++i) {
1553         if (ConstantInt* CI = dyn_cast<ConstantInt>(CA->getOperand(i))) {
1554           // Check for the null terminator
1555           if (CI->getZExtValue() == '%')
1556             return false; // we found a %, can't optimize
1557         } else {
1558           return false; // initializer is not constant int, can't optimize
1559         }
1560       }
1561
1562       // Increment length because we want to copy the null byte too
1563       len++;
1564
1565       // sprintf(str,fmt) -> llvm.memcpy(str,fmt,strlen(fmt),1)
1566       Function* memcpy_func = SLC.get_memcpy();
1567       if (!memcpy_func)
1568         return false;
1569       std::vector<Value*> args;
1570       args.push_back(ci->getOperand(1));
1571       args.push_back(ci->getOperand(2));
1572       args.push_back(ConstantInt::get(SLC.getIntPtrType(),len));
1573       args.push_back(ConstantInt::get(Type::UIntTy,1));
1574       new CallInst(memcpy_func,args,"",ci);
1575       ci->replaceAllUsesWith(ConstantInt::get(Type::IntTy,len));
1576       ci->eraseFromParent();
1577       return true;
1578     }
1579
1580     // The remaining optimizations require the format string to be length 2
1581     // "%s" or "%c".
1582     if (len != 2)
1583       return false;
1584
1585     // The first character has to be a %
1586     if (ConstantInt* CI = dyn_cast<ConstantInt>(CA->getOperand(0)))
1587       if (CI->getZExtValue() != '%')
1588         return false;
1589
1590     // Get the second character and switch on its value
1591     ConstantInt* CI = dyn_cast<ConstantInt>(CA->getOperand(1));
1592     switch (CI->getZExtValue()) {
1593     case 's': {
1594       // sprintf(dest,"%s",str) -> llvm.memcpy(dest, str, strlen(str)+1, 1)
1595       Function* strlen_func = SLC.get_strlen();
1596       Function* memcpy_func = SLC.get_memcpy();
1597       if (!strlen_func || !memcpy_func)
1598         return false;
1599       
1600       Value *Len = new CallInst(strlen_func, CastToCStr(ci->getOperand(3), *ci),
1601                                 ci->getOperand(3)->getName()+".len", ci);
1602       Value *Len1 = BinaryOperator::createAdd(Len,
1603                                             ConstantInt::get(Len->getType(), 1),
1604                                               Len->getName()+"1", ci);
1605       if (Len1->getType() != SLC.getIntPtrType())
1606         Len1 = CastInst::createIntegerCast(Len1, SLC.getIntPtrType(), false,
1607                                            Len1->getName(), ci);
1608       std::vector<Value*> args;
1609       args.push_back(CastToCStr(ci->getOperand(1), *ci));
1610       args.push_back(CastToCStr(ci->getOperand(3), *ci));
1611       args.push_back(Len1);
1612       args.push_back(ConstantInt::get(Type::UIntTy,1));
1613       new CallInst(memcpy_func, args, "", ci);
1614       
1615       // The strlen result is the unincremented number of bytes in the string.
1616       if (!ci->use_empty()) {
1617         if (Len->getType() != ci->getType())
1618           Len = CastInst::createIntegerCast(Len, ci->getType(), false, 
1619                                             Len->getName(), ci);
1620         ci->replaceAllUsesWith(Len);
1621       }
1622       ci->eraseFromParent();
1623       return true;
1624     }
1625     case 'c': {
1626       // sprintf(dest,"%c",chr) -> store chr, dest
1627       CastInst* cast = CastInst::createTruncOrBitCast(
1628           ci->getOperand(3), Type::SByteTy, "char", ci);
1629       new StoreInst(cast, ci->getOperand(1), ci);
1630       GetElementPtrInst* gep = new GetElementPtrInst(ci->getOperand(1),
1631         ConstantInt::get(Type::UIntTy,1),ci->getOperand(1)->getName()+".end",
1632         ci);
1633       new StoreInst(ConstantInt::get(Type::SByteTy,0),gep,ci);
1634       ci->replaceAllUsesWith(ConstantInt::get(Type::IntTy,1));
1635       ci->eraseFromParent();
1636       return true;
1637     }
1638     }
1639     return false;
1640   }
1641 } SPrintFOptimizer;
1642
1643 /// This LibCallOptimization will simplify calls to the "fputs" library
1644 /// function. It looks for cases where the result of fputs is not used and the
1645 /// operation can be reduced to something simpler.
1646 /// @brief Simplify the puts library function.
1647 struct PutsOptimization : public LibCallOptimization {
1648 public:
1649   /// @brief Default Constructor
1650   PutsOptimization() : LibCallOptimization("fputs",
1651       "Number of 'fputs' calls simplified") {}
1652
1653   /// @brief Make sure that the "fputs" function has the right prototype
1654   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function *F, SimplifyLibCalls &SLC){
1655     // Just make sure this has 2 arguments
1656     return F->arg_size() == 2;
1657   }
1658
1659   /// @brief Perform the fputs optimization.
1660   virtual bool OptimizeCall(CallInst* ci, SimplifyLibCalls& SLC) {
1661     // If the result is used, none of these optimizations work
1662     if (!ci->use_empty())
1663       return false;
1664
1665     // All the optimizations depend on the length of the first argument and the
1666     // fact that it is a constant string array. Check that now
1667     uint64_t len = 0;
1668     if (!getConstantStringLength(ci->getOperand(1), len))
1669       return false;
1670
1671     switch (len) {
1672       case 0:
1673         // fputs("",F) -> noop
1674         break;
1675       case 1:
1676       {
1677         // fputs(s,F)  -> fputc(s[0],F)  (if s is constant and strlen(s) == 1)
1678         const Type* FILEptr_type = ci->getOperand(2)->getType();
1679         Function* fputc_func = SLC.get_fputc(FILEptr_type);
1680         if (!fputc_func)
1681           return false;
1682         LoadInst* loadi = new LoadInst(ci->getOperand(1),
1683           ci->getOperand(1)->getName()+".byte",ci);
1684         CastInst* casti = new SExtInst(loadi, Type::IntTy, 
1685                                        loadi->getName()+".int", ci);
1686         new CallInst(fputc_func,casti,ci->getOperand(2),"",ci);
1687         break;
1688       }
1689       default:
1690       {
1691         // fputs(s,F)  -> fwrite(s,1,len,F) (if s is constant and strlen(s) > 1)
1692         const Type* FILEptr_type = ci->getOperand(2)->getType();
1693         Function* fwrite_func = SLC.get_fwrite(FILEptr_type);
1694         if (!fwrite_func)
1695           return false;
1696         std::vector<Value*> parms;
1697         parms.push_back(ci->getOperand(1));
1698         parms.push_back(ConstantInt::get(SLC.getIntPtrType(),len));
1699         parms.push_back(ConstantInt::get(SLC.getIntPtrType(),1));
1700         parms.push_back(ci->getOperand(2));
1701         new CallInst(fwrite_func,parms,"",ci);
1702         break;
1703       }
1704     }
1705     ci->eraseFromParent();
1706     return true; // success
1707   }
1708 } PutsOptimizer;
1709
1710 /// This LibCallOptimization will simplify calls to the "isdigit" library
1711 /// function. It simply does range checks the parameter explicitly.
1712 /// @brief Simplify the isdigit library function.
1713 struct isdigitOptimization : public LibCallOptimization {
1714 public:
1715   isdigitOptimization() : LibCallOptimization("isdigit",
1716       "Number of 'isdigit' calls simplified") {}
1717
1718   /// @brief Make sure that the "isdigit" function has the right prototype
1719   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function* f, SimplifyLibCalls& SLC){
1720     // Just make sure this has 1 argument
1721     return (f->arg_size() == 1);
1722   }
1723
1724   /// @brief Perform the toascii optimization.
1725   virtual bool OptimizeCall(CallInst *ci, SimplifyLibCalls &SLC) {
1726     if (ConstantInt* CI = dyn_cast<ConstantInt>(ci->getOperand(1))) {
1727       // isdigit(c)   -> 0 or 1, if 'c' is constant
1728       uint64_t val = CI->getZExtValue();
1729       if (val >= '0' && val <='9')
1730         ci->replaceAllUsesWith(ConstantInt::get(Type::IntTy,1));
1731       else
1732         ci->replaceAllUsesWith(ConstantInt::get(Type::IntTy,0));
1733       ci->eraseFromParent();
1734       return true;
1735     }
1736
1737     // isdigit(c)   -> (unsigned)c - '0' <= 9
1738     CastInst* cast = CastInst::createIntegerCast(ci->getOperand(1),
1739         Type::UIntTy, false/*ZExt*/, ci->getOperand(1)->getName()+".uint", ci);
1740     BinaryOperator* sub_inst = BinaryOperator::createSub(cast,
1741         ConstantInt::get(Type::UIntTy,0x30),
1742         ci->getOperand(1)->getName()+".sub",ci);
1743     ICmpInst* setcond_inst = new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_ULE,sub_inst,
1744         ConstantInt::get(Type::UIntTy,9),
1745         ci->getOperand(1)->getName()+".cmp",ci);
1746     CastInst* c2 = new ZExtInst(setcond_inst, Type::IntTy, 
1747         ci->getOperand(1)->getName()+".isdigit", ci);
1748     ci->replaceAllUsesWith(c2);
1749     ci->eraseFromParent();
1750     return true;
1751   }
1752 } isdigitOptimizer;
1753
1754 struct isasciiOptimization : public LibCallOptimization {
1755 public:
1756   isasciiOptimization()
1757     : LibCallOptimization("isascii", "Number of 'isascii' calls simplified") {}
1758   
1759   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function *F, SimplifyLibCalls &SLC){
1760     return F->arg_size() == 1 && F->arg_begin()->getType()->isInteger() && 
1761            F->getReturnType()->isInteger();
1762   }
1763   
1764   /// @brief Perform the isascii optimization.
1765   virtual bool OptimizeCall(CallInst *CI, SimplifyLibCalls &SLC) {
1766     // isascii(c)   -> (unsigned)c < 128
1767     Value *V = CI->getOperand(1);
1768     Value *Cmp = new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_ULT, V, 
1769                               ConstantInt::get(V->getType(), 128), 
1770                               V->getName()+".isascii", CI);
1771     if (Cmp->getType() != CI->getType())
1772       Cmp = new BitCastInst(Cmp, CI->getType(), Cmp->getName(), CI);
1773     CI->replaceAllUsesWith(Cmp);
1774     CI->eraseFromParent();
1775     return true;
1776   }
1777 } isasciiOptimizer;
1778
1779
1780 /// This LibCallOptimization will simplify calls to the "toascii" library
1781 /// function. It simply does the corresponding and operation to restrict the
1782 /// range of values to the ASCII character set (0-127).
1783 /// @brief Simplify the toascii library function.
1784 struct ToAsciiOptimization : public LibCallOptimization {
1785 public:
1786   /// @brief Default Constructor
1787   ToAsciiOptimization() : LibCallOptimization("toascii",
1788       "Number of 'toascii' calls simplified") {}
1789
1790   /// @brief Make sure that the "fputs" function has the right prototype
1791   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function* f, SimplifyLibCalls& SLC){
1792     // Just make sure this has 2 arguments
1793     return (f->arg_size() == 1);
1794   }
1795
1796   /// @brief Perform the toascii optimization.
1797   virtual bool OptimizeCall(CallInst *ci, SimplifyLibCalls &SLC) {
1798     // toascii(c)   -> (c & 0x7f)
1799     Value* chr = ci->getOperand(1);
1800     BinaryOperator* and_inst = BinaryOperator::createAnd(chr,
1801         ConstantInt::get(chr->getType(),0x7F),ci->getName()+".toascii",ci);
1802     ci->replaceAllUsesWith(and_inst);
1803     ci->eraseFromParent();
1804     return true;
1805   }
1806 } ToAsciiOptimizer;
1807
1808 /// This LibCallOptimization will simplify calls to the "ffs" library
1809 /// calls which find the first set bit in an int, long, or long long. The
1810 /// optimization is to compute the result at compile time if the argument is
1811 /// a constant.
1812 /// @brief Simplify the ffs library function.
1813 struct FFSOptimization : public LibCallOptimization {
1814 protected:
1815   /// @brief Subclass Constructor
1816   FFSOptimization(const char* funcName, const char* description)
1817     : LibCallOptimization(funcName, description) {}
1818
1819 public:
1820   /// @brief Default Constructor
1821   FFSOptimization() : LibCallOptimization("ffs",
1822       "Number of 'ffs' calls simplified") {}
1823
1824   /// @brief Make sure that the "ffs" function has the right prototype
1825   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function *F, SimplifyLibCalls &SLC){
1826     // Just make sure this has 2 arguments
1827     return F->arg_size() == 1 && F->getReturnType() == Type::IntTy;
1828   }
1829
1830   /// @brief Perform the ffs optimization.
1831   virtual bool OptimizeCall(CallInst *TheCall, SimplifyLibCalls &SLC) {
1832     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(TheCall->getOperand(1))) {
1833       // ffs(cnst)  -> bit#
1834       // ffsl(cnst) -> bit#
1835       // ffsll(cnst) -> bit#
1836       uint64_t val = CI->getZExtValue();
1837       int result = 0;
1838       if (val) {
1839         ++result;
1840         while ((val & 1) == 0) {
1841           ++result;
1842           val >>= 1;
1843         }
1844       }
1845       TheCall->replaceAllUsesWith(ConstantInt::get(Type::IntTy, result));
1846       TheCall->eraseFromParent();
1847       return true;
1848     }
1849
1850     // ffs(x)   -> x == 0 ? 0 : llvm.cttz(x)+1
1851     // ffsl(x)  -> x == 0 ? 0 : llvm.cttz(x)+1
1852     // ffsll(x) -> x == 0 ? 0 : llvm.cttz(x)+1
1853     const Type *ArgType = TheCall->getOperand(1)->getType();
1854     ArgType = ArgType->getUnsignedVersion();
1855     const char *CTTZName;
1856     switch (ArgType->getTypeID()) {
1857     default: assert(0 && "Unknown unsigned type!");
1858     case Type::UByteTyID : CTTZName = "llvm.cttz.i8" ; break;
1859     case Type::UShortTyID: CTTZName = "llvm.cttz.i16"; break;
1860     case Type::UIntTyID  : CTTZName = "llvm.cttz.i32"; break;
1861     case Type::ULongTyID : CTTZName = "llvm.cttz.i64"; break;
1862     }
1863     
1864     Function *F = SLC.getModule()->getOrInsertFunction(CTTZName, ArgType,
1865                                                        ArgType, NULL);
1866     Value *V = CastInst::createIntegerCast(TheCall->getOperand(1), ArgType, 
1867                                            false/*ZExt*/, "tmp", TheCall);
1868     Value *V2 = new CallInst(F, V, "tmp", TheCall);
1869     V2 = CastInst::createIntegerCast(V2, Type::IntTy, false/*ZExt*/, 
1870                                      "tmp", TheCall);
1871     V2 = BinaryOperator::createAdd(V2, ConstantInt::get(Type::IntTy, 1),
1872                                    "tmp", TheCall);
1873     Value *Cond = new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_EQ, V, 
1874                                Constant::getNullValue(V->getType()), "tmp", 
1875                                TheCall);
1876     V2 = new SelectInst(Cond, ConstantInt::get(Type::IntTy, 0), V2,
1877                         TheCall->getName(), TheCall);
1878     TheCall->replaceAllUsesWith(V2);
1879     TheCall->eraseFromParent();
1880     return true;
1881   }
1882 } FFSOptimizer;
1883
1884 /// This LibCallOptimization will simplify calls to the "ffsl" library
1885 /// calls. It simply uses FFSOptimization for which the transformation is
1886 /// identical.
1887 /// @brief Simplify the ffsl library function.
1888 struct FFSLOptimization : public FFSOptimization {
1889 public:
1890   /// @brief Default Constructor
1891   FFSLOptimization() : FFSOptimization("ffsl",
1892       "Number of 'ffsl' calls simplified") {}
1893
1894 } FFSLOptimizer;
1895
1896 /// This LibCallOptimization will simplify calls to the "ffsll" library
1897 /// calls. It simply uses FFSOptimization for which the transformation is
1898 /// identical.
1899 /// @brief Simplify the ffsl library function.
1900 struct FFSLLOptimization : public FFSOptimization {
1901 public:
1902   /// @brief Default Constructor
1903   FFSLLOptimization() : FFSOptimization("ffsll",
1904       "Number of 'ffsll' calls simplified") {}
1905
1906 } FFSLLOptimizer;
1907
1908 /// This optimizes unary functions that take and return doubles.
1909 struct UnaryDoubleFPOptimizer : public LibCallOptimization {
1910   UnaryDoubleFPOptimizer(const char *Fn, const char *Desc)
1911   : LibCallOptimization(Fn, Desc) {}
1912   
1913   // Make sure that this function has the right prototype
1914   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function *F, SimplifyLibCalls &SLC){
1915     return F->arg_size() == 1 && F->arg_begin()->getType() == Type::DoubleTy &&
1916            F->getReturnType() == Type::DoubleTy;
1917   }
1918
1919   /// ShrinkFunctionToFloatVersion - If the input to this function is really a
1920   /// float, strength reduce this to a float version of the function,
1921   /// e.g. floor((double)FLT) -> (double)floorf(FLT).  This can only be called
1922   /// when the target supports the destination function and where there can be
1923   /// no precision loss.
1924   static bool ShrinkFunctionToFloatVersion(CallInst *CI, SimplifyLibCalls &SLC,
1925                                            Function *(SimplifyLibCalls::*FP)()){
1926     if (CastInst *Cast = dyn_cast<CastInst>(CI->getOperand(1)))
1927       if (Cast->getOperand(0)->getType() == Type::FloatTy) {
1928         Value *New = new CallInst((SLC.*FP)(), Cast->getOperand(0),
1929                                   CI->getName(), CI);
1930         New = new FPExtInst(New, Type::DoubleTy, CI->getName(), CI);
1931         CI->replaceAllUsesWith(New);
1932         CI->eraseFromParent();
1933         if (Cast->use_empty())
1934           Cast->eraseFromParent();
1935         return true;
1936       }
1937     return false;
1938   }
1939 };
1940
1941
1942 struct FloorOptimization : public UnaryDoubleFPOptimizer {
1943   FloorOptimization()
1944     : UnaryDoubleFPOptimizer("floor", "Number of 'floor' calls simplified") {}
1945   
1946   virtual bool OptimizeCall(CallInst *CI, SimplifyLibCalls &SLC) {
1947 #ifdef HAVE_FLOORF
1948     // If this is a float argument passed in, convert to floorf.
1949     if (ShrinkFunctionToFloatVersion(CI, SLC, &SimplifyLibCalls::get_floorf))
1950       return true;
1951 #endif
1952     return false; // opt failed
1953   }
1954 } FloorOptimizer;
1955
1956 struct CeilOptimization : public UnaryDoubleFPOptimizer {
1957   CeilOptimization()
1958   : UnaryDoubleFPOptimizer("ceil", "Number of 'ceil' calls simplified") {}
1959   
1960   virtual bool OptimizeCall(CallInst *CI, SimplifyLibCalls &SLC) {
1961 #ifdef HAVE_CEILF
1962     // If this is a float argument passed in, convert to ceilf.
1963     if (ShrinkFunctionToFloatVersion(CI, SLC, &SimplifyLibCalls::get_ceilf))
1964       return true;
1965 #endif
1966     return false; // opt failed
1967   }
1968 } CeilOptimizer;
1969
1970 struct RoundOptimization : public UnaryDoubleFPOptimizer {
1971   RoundOptimization()
1972   : UnaryDoubleFPOptimizer("round", "Number of 'round' calls simplified") {}
1973   
1974   virtual bool OptimizeCall(CallInst *CI, SimplifyLibCalls &SLC) {
1975 #ifdef HAVE_ROUNDF
1976     // If this is a float argument passed in, convert to roundf.
1977     if (ShrinkFunctionToFloatVersion(CI, SLC, &SimplifyLibCalls::get_roundf))
1978       return true;
1979 #endif
1980     return false; // opt failed
1981   }
1982 } RoundOptimizer;
1983
1984 struct RintOptimization : public UnaryDoubleFPOptimizer {
1985   RintOptimization()
1986   : UnaryDoubleFPOptimizer("rint", "Number of 'rint' calls simplified") {}
1987   
1988   virtual bool OptimizeCall(CallInst *CI, SimplifyLibCalls &SLC) {
1989 #ifdef HAVE_RINTF
1990     // If this is a float argument passed in, convert to rintf.
1991     if (ShrinkFunctionToFloatVersion(CI, SLC, &SimplifyLibCalls::get_rintf))
1992       return true;
1993 #endif
1994     return false; // opt failed
1995   }
1996 } RintOptimizer;
1997
1998 struct NearByIntOptimization : public UnaryDoubleFPOptimizer {
1999   NearByIntOptimization()
2000   : UnaryDoubleFPOptimizer("nearbyint",
2001                            "Number of 'nearbyint' calls simplified") {}
2002   
2003   virtual bool OptimizeCall(CallInst *CI, SimplifyLibCalls &SLC) {
2004 #ifdef HAVE_NEARBYINTF
2005     // If this is a float argument passed in, convert to nearbyintf.
2006     if (ShrinkFunctionToFloatVersion(CI, SLC,&SimplifyLibCalls::get_nearbyintf))
2007       return true;
2008 #endif
2009     return false; // opt failed
2010   }
2011 } NearByIntOptimizer;
2012
2013 /// A function to compute the length of a null-terminated constant array of
2014 /// integers.  This function can't rely on the size of the constant array
2015 /// because there could be a null terminator in the middle of the array.
2016 /// We also have to bail out if we find a non-integer constant initializer
2017 /// of one of the elements or if there is no null-terminator. The logic
2018 /// below checks each of these conditions and will return true only if all
2019 /// conditions are met. In that case, the \p len parameter is set to the length
2020 /// of the null-terminated string. If false is returned, the conditions were
2021 /// not met and len is set to 0.
2022 /// @brief Get the length of a constant string (null-terminated array).
2023 bool getConstantStringLength(Value *V, uint64_t &len, ConstantArray **CA) {
2024   assert(V != 0 && "Invalid args to getConstantStringLength");
2025   len = 0; // make sure we initialize this
2026   User* GEP = 0;
2027   // If the value is not a GEP instruction nor a constant expression with a
2028   // GEP instruction, then return false because ConstantArray can't occur
2029   // any other way
2030   if (GetElementPtrInst* GEPI = dyn_cast<GetElementPtrInst>(V))
2031     GEP = GEPI;
2032   else if (ConstantExpr* CE = dyn_cast<ConstantExpr>(V))
2033     if (CE->getOpcode() == Instruction::GetElementPtr)
2034       GEP = CE;
2035     else
2036       return false;
2037   else
2038     return false;
2039
2040   // Make sure the GEP has exactly three arguments.
2041   if (GEP->getNumOperands() != 3)
2042     return false;
2043
2044   // Check to make sure that the first operand of the GEP is an integer and
2045   // has value 0 so that we are sure we're indexing into the initializer.
2046   if (ConstantInt* op1 = dyn_cast<ConstantInt>(GEP->getOperand(1))) {
2047     if (!op1->isNullValue())
2048       return false;
2049   } else
2050     return false;
2051
2052   // Ensure that the second operand is a ConstantInt. If it isn't then this
2053   // GEP is wonky and we're not really sure what were referencing into and
2054   // better of not optimizing it. While we're at it, get the second index
2055   // value. We'll need this later for indexing the ConstantArray.
2056   uint64_t start_idx = 0;
2057   if (ConstantInt* CI = dyn_cast<ConstantInt>(GEP->getOperand(2)))
2058     start_idx = CI->getZExtValue();
2059   else
2060     return false;
2061
2062   // The GEP instruction, constant or instruction, must reference a global
2063   // variable that is a constant and is initialized. The referenced constant
2064   // initializer is the array that we'll use for optimization.
2065   GlobalVariable* GV = dyn_cast<GlobalVariable>(GEP->getOperand(0));
2066   if (!GV || !GV->isConstant() || !GV->hasInitializer())
2067     return false;
2068
2069   // Get the initializer.
2070   Constant* INTLZR = GV->getInitializer();
2071
2072   // Handle the ConstantAggregateZero case
2073   if (isa<ConstantAggregateZero>(INTLZR)) {
2074     // This is a degenerate case. The initializer is constant zero so the
2075     // length of the string must be zero.
2076     len = 0;
2077     return true;
2078   }
2079
2080   // Must be a Constant Array
2081   ConstantArray* A = dyn_cast<ConstantArray>(INTLZR);
2082   if (!A)
2083     return false;
2084
2085   // Get the number of elements in the array
2086   uint64_t max_elems = A->getType()->getNumElements();
2087
2088   // Traverse the constant array from start_idx (derived above) which is
2089   // the place the GEP refers to in the array.
2090   for (len = start_idx; len < max_elems; len++) {
2091     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(A->getOperand(len))) {
2092       // Check for the null terminator
2093       if (CI->isNullValue())
2094         break; // we found end of string
2095     } else
2096       return false; // This array isn't suitable, non-int initializer
2097   }
2098   
2099   if (len >= max_elems)
2100     return false; // This array isn't null terminated
2101
2102   // Subtract out the initial value from the length
2103   len -= start_idx;
2104   if (CA)
2105     *CA = A;
2106   return true; // success!
2107 }
2108
2109 /// CastToCStr - Return V if it is an sbyte*, otherwise cast it to sbyte*,
2110 /// inserting the cast before IP, and return the cast.
2111 /// @brief Cast a value to a "C" string.
2112 Value *CastToCStr(Value *V, Instruction &IP) {
2113   assert(isa<PointerType>(V->getType()) && 
2114          "Can't cast non-pointer type to C string type");
2115   const Type *SBPTy = PointerType::get(Type::SByteTy);
2116   if (V->getType() != SBPTy)
2117     return new BitCastInst(V, SBPTy, V->getName(), &IP);
2118   return V;
2119 }
2120
2121 // TODO:
2122 //   Additional cases that we need to add to this file:
2123 //
2124 // cbrt:
2125 //   * cbrt(expN(X))  -> expN(x/3)
2126 //   * cbrt(sqrt(x))  -> pow(x,1/6)
2127 //   * cbrt(sqrt(x))  -> pow(x,1/9)
2128 //
2129 // cos, cosf, cosl:
2130 //   * cos(-x)  -> cos(x)
2131 //
2132 // exp, expf, expl:
2133 //   * exp(log(x))  -> x
2134 //
2135 // log, logf, logl:
2136 //   * log(exp(x))   -> x
2137 //   * log(x**y)     -> y*log(x)
2138 //   * log(exp(y))   -> y*log(e)
2139 //   * log(exp2(y))  -> y*log(2)
2140 //   * log(exp10(y)) -> y*log(10)
2141 //   * log(sqrt(x))  -> 0.5*log(x)
2142 //   * log(pow(x,y)) -> y*log(x)
2143 //
2144 // lround, lroundf, lroundl:
2145 //   * lround(cnst) -> cnst'
2146 //
2147 // memcmp:
2148 //   * memcmp(x,y,l)   -> cnst
2149 //      (if all arguments are constant and strlen(x) <= l and strlen(y) <= l)
2150 //
2151 // memmove:
2152 //   * memmove(d,s,l,a) -> memcpy(d,s,l,a)
2153 //       (if s is a global constant array)
2154 //
2155 // pow, powf, powl:
2156 //   * pow(exp(x),y)  -> exp(x*y)
2157 //   * pow(sqrt(x),y) -> pow(x,y*0.5)
2158 //   * pow(pow(x,y),z)-> pow(x,y*z)
2159 //
2160 // puts:
2161 //   * puts("") -> fputc("\n",stdout) (how do we get "stdout"?)
2162 //
2163 // round, roundf, roundl:
2164 //   * round(cnst) -> cnst'
2165 //
2166 // signbit:
2167 //   * signbit(cnst) -> cnst'
2168 //   * signbit(nncst) -> 0 (if pstv is a non-negative constant)
2169 //
2170 // sqrt, sqrtf, sqrtl:
2171 //   * sqrt(expN(x))  -> expN(x*0.5)
2172 //   * sqrt(Nroot(x)) -> pow(x,1/(2*N))
2173 //   * sqrt(pow(x,y)) -> pow(|x|,y*0.5)
2174 //
2175 // stpcpy:
2176 //   * stpcpy(str, "literal") ->
2177 //           llvm.memcpy(str,"literal",strlen("literal")+1,1)
2178 // strrchr:
2179 //   * strrchr(s,c) -> reverse_offset_of_in(c,s)
2180 //      (if c is a constant integer and s is a constant string)
2181 //   * strrchr(s1,0) -> strchr(s1,0)
2182 //
2183 // strncat:
2184 //   * strncat(x,y,0) -> x
2185 //   * strncat(x,y,0) -> x (if strlen(y) = 0)
2186 //   * strncat(x,y,l) -> strcat(x,y) (if y and l are constants an l > strlen(y))
2187 //
2188 // strncpy:
2189 //   * strncpy(d,s,0) -> d
2190 //   * strncpy(d,s,l) -> memcpy(d,s,l,1)
2191 //      (if s and l are constants)
2192 //
2193 // strpbrk:
2194 //   * strpbrk(s,a) -> offset_in_for(s,a)
2195 //      (if s and a are both constant strings)
2196 //   * strpbrk(s,"") -> 0
2197 //   * strpbrk(s,a) -> strchr(s,a[0]) (if a is constant string of length 1)
2198 //
2199 // strspn, strcspn:
2200 //   * strspn(s,a)   -> const_int (if both args are constant)
2201 //   * strspn("",a)  -> 0
2202 //   * strspn(s,"")  -> 0
2203 //   * strcspn(s,a)  -> const_int (if both args are constant)
2204 //   * strcspn("",a) -> 0
2205 //   * strcspn(s,"") -> strlen(a)
2206 //
2207 // strstr:
2208 //   * strstr(x,x)  -> x
2209 //   * strstr(s1,s2) -> offset_of_s2_in(s1)
2210 //       (if s1 and s2 are constant strings)
2211 //
2212 // tan, tanf, tanl:
2213 //   * tan(atan(x)) -> x
2214 //
2215 // trunc, truncf, truncl:
2216 //   * trunc(cnst) -> cnst'
2217 //
2218 //
2219 }