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