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[C++11] Add range based accessors for the Use-Def chain of a Value.
[opencl/llvm.git] / lib / Transforms / IPO / ArgumentPromotion.cpp
1 //===-- ArgumentPromotion.cpp - Promote by-reference arguments ------------===//
2 //
3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
4 //
5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
6 // License. See LICENSE.TXT for details.
7 //
8 //===----------------------------------------------------------------------===//
9 //
10 // This pass promotes "by reference" arguments to be "by value" arguments.  In
11 // practice, this means looking for internal functions that have pointer
12 // arguments.  If it can prove, through the use of alias analysis, that an
13 // argument is *only* loaded, then it can pass the value into the function
14 // instead of the address of the value.  This can cause recursive simplification
15 // of code and lead to the elimination of allocas (especially in C++ template
16 // code like the STL).
17 //
18 // This pass also handles aggregate arguments that are passed into a function,
19 // scalarizing them if the elements of the aggregate are only loaded.  Note that
20 // by default it refuses to scalarize aggregates which would require passing in
21 // more than three operands to the function, because passing thousands of
22 // operands for a large array or structure is unprofitable! This limit can be
23 // configured or disabled, however.
24 //
25 // Note that this transformation could also be done for arguments that are only
26 // stored to (returning the value instead), but does not currently.  This case
27 // would be best handled when and if LLVM begins supporting multiple return
28 // values from functions.
29 //
30 //===----------------------------------------------------------------------===//
32 #define DEBUG_TYPE "argpromotion"
33 #include "llvm/Transforms/IPO.h"
34 #include "llvm/ADT/DepthFirstIterator.h"
35 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
36 #include "llvm/ADT/StringExtras.h"
37 #include "llvm/Analysis/AliasAnalysis.h"
38 #include "llvm/Analysis/CallGraph.h"
39 #include "llvm/Analysis/CallGraphSCCPass.h"
40 #include "llvm/IR/CFG.h"
41 #include "llvm/IR/CallSite.h"
42 #include "llvm/IR/Constants.h"
43 #include "llvm/IR/DerivedTypes.h"
44 #include "llvm/IR/Instructions.h"
45 #include "llvm/IR/LLVMContext.h"
46 #include "llvm/IR/Module.h"
47 #include "llvm/Support/Debug.h"
48 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
49 #include <set>
50 using namespace llvm;
52 STATISTIC(NumArgumentsPromoted , "Number of pointer arguments promoted");
53 STATISTIC(NumAggregatesPromoted, "Number of aggregate arguments promoted");
54 STATISTIC(NumByValArgsPromoted , "Number of byval arguments promoted");
55 STATISTIC(NumArgumentsDead     , "Number of dead pointer args eliminated");
57 namespace {
58   /// ArgPromotion - The 'by reference' to 'by value' argument promotion pass.
59   ///
60   struct ArgPromotion : public CallGraphSCCPass {
61     void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const override {
62       AU.addRequired<AliasAnalysis>();
63       CallGraphSCCPass::getAnalysisUsage(AU);
64     }
66     bool runOnSCC(CallGraphSCC &SCC) override;
67     static char ID; // Pass identification, replacement for typeid
68     explicit ArgPromotion(unsigned maxElements = 3)
69         : CallGraphSCCPass(ID), maxElements(maxElements) {
70       initializeArgPromotionPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
71     }
73     /// A vector used to hold the indices of a single GEP instruction
74     typedef std::vector<uint64_t> IndicesVector;
76   private:
77     CallGraphNode *PromoteArguments(CallGraphNode *CGN);
78     bool isSafeToPromoteArgument(Argument *Arg, bool isByVal) const;
79     CallGraphNode *DoPromotion(Function *F,
80                                SmallPtrSet<Argument*, 8> &ArgsToPromote,
81                                SmallPtrSet<Argument*, 8> &ByValArgsToTransform);
82     /// The maximum number of elements to expand, or 0 for unlimited.
83     unsigned maxElements;
84   };
85 }
87 char ArgPromotion::ID = 0;
88 INITIALIZE_PASS_BEGIN(ArgPromotion, "argpromotion",
89                 "Promote 'by reference' arguments to scalars", false, false)
90 INITIALIZE_AG_DEPENDENCY(AliasAnalysis)
91 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(CallGraphWrapperPass)
92 INITIALIZE_PASS_END(ArgPromotion, "argpromotion",
93                 "Promote 'by reference' arguments to scalars", false, false)
95 Pass *llvm::createArgumentPromotionPass(unsigned maxElements) {
96   return new ArgPromotion(maxElements);
97 }
99 bool ArgPromotion::runOnSCC(CallGraphSCC &SCC) {
100   bool Changed = false, LocalChange;
102   do {  // Iterate until we stop promoting from this SCC.
103     LocalChange = false;
104     // Attempt to promote arguments from all functions in this SCC.
105     for (CallGraphSCC::iterator I = SCC.begin(), E = SCC.end(); I != E; ++I) {
106       if (CallGraphNode *CGN = PromoteArguments(*I)) {
107         LocalChange = true;
108         SCC.ReplaceNode(*I, CGN);
109       }
110     }
111     Changed |= LocalChange;               // Remember that we changed something.
112   } while (LocalChange);
113   
114   return Changed;
117 /// PromoteArguments - This method checks the specified function to see if there
118 /// are any promotable arguments and if it is safe to promote the function (for
119 /// example, all callers are direct).  If safe to promote some arguments, it
120 /// calls the DoPromotion method.
121 ///
122 CallGraphNode *ArgPromotion::PromoteArguments(CallGraphNode *CGN) {
123   Function *F = CGN->getFunction();
125   // Make sure that it is local to this module.
126   if (!F || !F->hasLocalLinkage()) return 0;
128   // First check: see if there are any pointer arguments!  If not, quick exit.
129   SmallVector<Argument*, 16> PointerArgs;
130   for (Function::arg_iterator I = F->arg_begin(), E = F->arg_end(); I != E; ++I)
131     if (I->getType()->isPointerTy())
132       PointerArgs.push_back(I);
133   if (PointerArgs.empty()) return 0;
135   // Second check: make sure that all callers are direct callers.  We can't
136   // transform functions that have indirect callers.  Also see if the function
137   // is self-recursive.
138   bool isSelfRecursive = false;
139   for (Use &U : F->uses()) {
140     CallSite CS(U.getUser());
141     // Must be a direct call.
142     if (CS.getInstruction() == 0 || !CS.isCallee(&U)) return 0;
143     
144     if (CS.getInstruction()->getParent()->getParent() == F)
145       isSelfRecursive = true;
146   }
147   
148   // Check to see which arguments are promotable.  If an argument is promotable,
149   // add it to ArgsToPromote.
150   SmallPtrSet<Argument*, 8> ArgsToPromote;
151   SmallPtrSet<Argument*, 8> ByValArgsToTransform;
152   for (unsigned i = 0, e = PointerArgs.size(); i != e; ++i) {
153     Argument *PtrArg = PointerArgs[i];
154     Type *AgTy = cast<PointerType>(PtrArg->getType())->getElementType();
156     // If this is a byval argument, and if the aggregate type is small, just
157     // pass the elements, which is always safe.  This does not apply to
158     // inalloca.
159     if (PtrArg->hasByValAttr()) {
160       if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(AgTy)) {
161         if (maxElements > 0 && STy->getNumElements() > maxElements) {
162           DEBUG(dbgs() << "argpromotion disable promoting argument '"
163                 << PtrArg->getName() << "' because it would require adding more"
164                 << " than " << maxElements << " arguments to the function.\n");
165           continue;
166         }
167         
168         // If all the elements are single-value types, we can promote it.
169         bool AllSimple = true;
170         for (unsigned i = 0, e = STy->getNumElements(); i != e; ++i) {
171           if (!STy->getElementType(i)->isSingleValueType()) {
172             AllSimple = false;
173             break;
174           }
175         }
177         // Safe to transform, don't even bother trying to "promote" it.
178         // Passing the elements as a scalar will allow scalarrepl to hack on
179         // the new alloca we introduce.
180         if (AllSimple) {
181           ByValArgsToTransform.insert(PtrArg);
182           continue;
183         }
184       }
185     }
187     // If the argument is a recursive type and we're in a recursive
188     // function, we could end up infinitely peeling the function argument.
189     if (isSelfRecursive) {
190       if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(AgTy)) {
191         bool RecursiveType = false;
192         for (unsigned i = 0, e = STy->getNumElements(); i != e; ++i) {
193           if (STy->getElementType(i) == PtrArg->getType()) {
194             RecursiveType = true;
195             break;
196           }
197         }
198         if (RecursiveType)
199           continue;
200       }
201     }
202     
203     // Otherwise, see if we can promote the pointer to its value.
204     if (isSafeToPromoteArgument(PtrArg, PtrArg->hasByValOrInAllocaAttr()))
205       ArgsToPromote.insert(PtrArg);
206   }
208   // No promotable pointer arguments.
209   if (ArgsToPromote.empty() && ByValArgsToTransform.empty()) 
210     return 0;
212   return DoPromotion(F, ArgsToPromote, ByValArgsToTransform);
215 /// AllCallersPassInValidPointerForArgument - Return true if we can prove that
216 /// all callees pass in a valid pointer for the specified function argument.
217 static bool AllCallersPassInValidPointerForArgument(Argument *Arg) {
218   Function *Callee = Arg->getParent();
220   unsigned ArgNo = Arg->getArgNo();
222   // Look at all call sites of the function.  At this pointer we know we only
223   // have direct callees.
224   for (User *U : Callee->users()) {
225     CallSite CS(U);
226     assert(CS && "Should only have direct calls!");
228     if (!CS.getArgument(ArgNo)->isDereferenceablePointer())
229       return false;
230   }
231   return true;
234 /// Returns true if Prefix is a prefix of longer. That means, Longer has a size
235 /// that is greater than or equal to the size of prefix, and each of the
236 /// elements in Prefix is the same as the corresponding elements in Longer.
237 ///
238 /// This means it also returns true when Prefix and Longer are equal!
239 static bool IsPrefix(const ArgPromotion::IndicesVector &Prefix,
240                      const ArgPromotion::IndicesVector &Longer) {
241   if (Prefix.size() > Longer.size())
242     return false;
243   return std::equal(Prefix.begin(), Prefix.end(), Longer.begin());
247 /// Checks if Indices, or a prefix of Indices, is in Set.
248 static bool PrefixIn(const ArgPromotion::IndicesVector &Indices,
249                      std::set<ArgPromotion::IndicesVector> &Set) {
250     std::set<ArgPromotion::IndicesVector>::iterator Low;
251     Low = Set.upper_bound(Indices);
252     if (Low != Set.begin())
253       Low--;
254     // Low is now the last element smaller than or equal to Indices. This means
255     // it points to a prefix of Indices (possibly Indices itself), if such
256     // prefix exists.
257     //
258     // This load is safe if any prefix of its operands is safe to load.
259     return Low != Set.end() && IsPrefix(*Low, Indices);
262 /// Mark the given indices (ToMark) as safe in the given set of indices
263 /// (Safe). Marking safe usually means adding ToMark to Safe. However, if there
264 /// is already a prefix of Indices in Safe, Indices are implicitely marked safe
265 /// already. Furthermore, any indices that Indices is itself a prefix of, are
266 /// removed from Safe (since they are implicitely safe because of Indices now).
267 static void MarkIndicesSafe(const ArgPromotion::IndicesVector &ToMark,
268                             std::set<ArgPromotion::IndicesVector> &Safe) {
269   std::set<ArgPromotion::IndicesVector>::iterator Low;
270   Low = Safe.upper_bound(ToMark);
271   // Guard against the case where Safe is empty
272   if (Low != Safe.begin())
273     Low--;
274   // Low is now the last element smaller than or equal to Indices. This
275   // means it points to a prefix of Indices (possibly Indices itself), if
276   // such prefix exists.
277   if (Low != Safe.end()) {
278     if (IsPrefix(*Low, ToMark))
279       // If there is already a prefix of these indices (or exactly these
280       // indices) marked a safe, don't bother adding these indices
281       return;
283     // Increment Low, so we can use it as a "insert before" hint
284     ++Low;
285   }
286   // Insert
287   Low = Safe.insert(Low, ToMark);
288   ++Low;
289   // If there we're a prefix of longer index list(s), remove those
290   std::set<ArgPromotion::IndicesVector>::iterator End = Safe.end();
291   while (Low != End && IsPrefix(ToMark, *Low)) {
292     std::set<ArgPromotion::IndicesVector>::iterator Remove = Low;
293     ++Low;
294     Safe.erase(Remove);
295   }
298 /// isSafeToPromoteArgument - As you might guess from the name of this method,
299 /// it checks to see if it is both safe and useful to promote the argument.
300 /// This method limits promotion of aggregates to only promote up to three
301 /// elements of the aggregate in order to avoid exploding the number of
302 /// arguments passed in.
303 bool ArgPromotion::isSafeToPromoteArgument(Argument *Arg,
304                                            bool isByValOrInAlloca) const {
305   typedef std::set<IndicesVector> GEPIndicesSet;
307   // Quick exit for unused arguments
308   if (Arg->use_empty())
309     return true;
311   // We can only promote this argument if all of the uses are loads, or are GEP
312   // instructions (with constant indices) that are subsequently loaded.
313   //
314   // Promoting the argument causes it to be loaded in the caller
315   // unconditionally. This is only safe if we can prove that either the load
316   // would have happened in the callee anyway (ie, there is a load in the entry
317   // block) or the pointer passed in at every call site is guaranteed to be
318   // valid.
319   // In the former case, invalid loads can happen, but would have happened
320   // anyway, in the latter case, invalid loads won't happen. This prevents us
321   // from introducing an invalid load that wouldn't have happened in the
322   // original code.
323   //
324   // This set will contain all sets of indices that are loaded in the entry
325   // block, and thus are safe to unconditionally load in the caller.
326   //
327   // This optimization is also safe for InAlloca parameters, because it verifies
328   // that the address isn't captured.
329   GEPIndicesSet SafeToUnconditionallyLoad;
331   // This set contains all the sets of indices that we are planning to promote.
332   // This makes it possible to limit the number of arguments added.
333   GEPIndicesSet ToPromote;
335   // If the pointer is always valid, any load with first index 0 is valid.
336   if (isByValOrInAlloca || AllCallersPassInValidPointerForArgument(Arg))
337     SafeToUnconditionallyLoad.insert(IndicesVector(1, 0));
339   // First, iterate the entry block and mark loads of (geps of) arguments as
340   // safe.
341   BasicBlock *EntryBlock = Arg->getParent()->begin();
342   // Declare this here so we can reuse it
343   IndicesVector Indices;
344   for (BasicBlock::iterator I = EntryBlock->begin(), E = EntryBlock->end();
345        I != E; ++I)
346     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I)) {
347       Value *V = LI->getPointerOperand();
348       if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(V)) {
349         V = GEP->getPointerOperand();
350         if (V == Arg) {
351           // This load actually loads (part of) Arg? Check the indices then.
352           Indices.reserve(GEP->getNumIndices());
353           for (User::op_iterator II = GEP->idx_begin(), IE = GEP->idx_end();
354                II != IE; ++II)
355             if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(*II))
356               Indices.push_back(CI->getSExtValue());
357             else
358               // We found a non-constant GEP index for this argument? Bail out
359               // right away, can't promote this argument at all.
360               return false;
362           // Indices checked out, mark them as safe
363           MarkIndicesSafe(Indices, SafeToUnconditionallyLoad);
364           Indices.clear();
365         }
366       } else if (V == Arg) {
367         // Direct loads are equivalent to a GEP with a single 0 index.
368         MarkIndicesSafe(IndicesVector(1, 0), SafeToUnconditionallyLoad);
369       }
370     }
372   // Now, iterate all uses of the argument to see if there are any uses that are
373   // not (GEP+)loads, or any (GEP+)loads that are not safe to promote.
374   SmallVector<LoadInst*, 16> Loads;
375   IndicesVector Operands;
376   for (Use &U : Arg->uses()) {
377     User *UR = U.getUser();
378     Operands.clear();
379     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(UR)) {
380       // Don't hack volatile/atomic loads
381       if (!LI->isSimple()) return false;
382       Loads.push_back(LI);
383       // Direct loads are equivalent to a GEP with a zero index and then a load.
384       Operands.push_back(0);
385     } else if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(UR)) {
386       if (GEP->use_empty()) {
387         // Dead GEP's cause trouble later.  Just remove them if we run into
388         // them.
389         getAnalysis<AliasAnalysis>().deleteValue(GEP);
390         GEP->eraseFromParent();
391         // TODO: This runs the above loop over and over again for dead GEPs
392         // Couldn't we just do increment the UI iterator earlier and erase the
393         // use?
394         return isSafeToPromoteArgument(Arg, isByValOrInAlloca);
395       }
397       // Ensure that all of the indices are constants.
398       for (User::op_iterator i = GEP->idx_begin(), e = GEP->idx_end();
399         i != e; ++i)
400         if (ConstantInt *C = dyn_cast<ConstantInt>(*i))
401           Operands.push_back(C->getSExtValue());
402         else
403           return false;  // Not a constant operand GEP!
405       // Ensure that the only users of the GEP are load instructions.
406       for (User *GEPU : GEP->users())
407         if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(GEPU)) {
408           // Don't hack volatile/atomic loads
409           if (!LI->isSimple()) return false;
410           Loads.push_back(LI);
411         } else {
412           // Other uses than load?
413           return false;
414         }
415     } else {
416       return false;  // Not a load or a GEP.
417     }
419     // Now, see if it is safe to promote this load / loads of this GEP. Loading
420     // is safe if Operands, or a prefix of Operands, is marked as safe.
421     if (!PrefixIn(Operands, SafeToUnconditionallyLoad))
422       return false;
424     // See if we are already promoting a load with these indices. If not, check
425     // to make sure that we aren't promoting too many elements.  If so, nothing
426     // to do.
427     if (ToPromote.find(Operands) == ToPromote.end()) {
428       if (maxElements > 0 && ToPromote.size() == maxElements) {
429         DEBUG(dbgs() << "argpromotion not promoting argument '"
430               << Arg->getName() << "' because it would require adding more "
431               << "than " << maxElements << " arguments to the function.\n");
432         // We limit aggregate promotion to only promoting up to a fixed number
433         // of elements of the aggregate.
434         return false;
435       }
436       ToPromote.insert(Operands);
437     }
438   }
440   if (Loads.empty()) return true;  // No users, this is a dead argument.
442   // Okay, now we know that the argument is only used by load instructions and
443   // it is safe to unconditionally perform all of them. Use alias analysis to
444   // check to see if the pointer is guaranteed to not be modified from entry of
445   // the function to each of the load instructions.
447   // Because there could be several/many load instructions, remember which
448   // blocks we know to be transparent to the load.
449   SmallPtrSet<BasicBlock*, 16> TranspBlocks;
451   AliasAnalysis &AA = getAnalysis<AliasAnalysis>();
453   for (unsigned i = 0, e = Loads.size(); i != e; ++i) {
454     // Check to see if the load is invalidated from the start of the block to
455     // the load itself.
456     LoadInst *Load = Loads[i];
457     BasicBlock *BB = Load->getParent();
459     AliasAnalysis::Location Loc = AA.getLocation(Load);
460     if (AA.canInstructionRangeModify(BB->front(), *Load, Loc))
461       return false;  // Pointer is invalidated!
463     // Now check every path from the entry block to the load for transparency.
464     // To do this, we perform a depth first search on the inverse CFG from the
465     // loading block.
466     for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), E = pred_end(BB); PI != E; ++PI) {
467       BasicBlock *P = *PI;
468       for (idf_ext_iterator<BasicBlock*, SmallPtrSet<BasicBlock*, 16> >
469              I = idf_ext_begin(P, TranspBlocks),
470              E = idf_ext_end(P, TranspBlocks); I != E; ++I)
471         if (AA.canBasicBlockModify(**I, Loc))
472           return false;
473     }
474   }
476   // If the path from the entry of the function to each load is free of
477   // instructions that potentially invalidate the load, we can make the
478   // transformation!
479   return true;
482 /// DoPromotion - This method actually performs the promotion of the specified
483 /// arguments, and returns the new function.  At this point, we know that it's
484 /// safe to do so.
485 CallGraphNode *ArgPromotion::DoPromotion(Function *F,
486                                SmallPtrSet<Argument*, 8> &ArgsToPromote,
487                               SmallPtrSet<Argument*, 8> &ByValArgsToTransform) {
489   // Start by computing a new prototype for the function, which is the same as
490   // the old function, but has modified arguments.
491   FunctionType *FTy = F->getFunctionType();
492   std::vector<Type*> Params;
494   typedef std::set<IndicesVector> ScalarizeTable;
496   // ScalarizedElements - If we are promoting a pointer that has elements
497   // accessed out of it, keep track of which elements are accessed so that we
498   // can add one argument for each.
499   //
500   // Arguments that are directly loaded will have a zero element value here, to
501   // handle cases where there are both a direct load and GEP accesses.
502   //
503   std::map<Argument*, ScalarizeTable> ScalarizedElements;
505   // OriginalLoads - Keep track of a representative load instruction from the
506   // original function so that we can tell the alias analysis implementation
507   // what the new GEP/Load instructions we are inserting look like.
508   // We need to keep the original loads for each argument and the elements
509   // of the argument that are accessed.
510   std::map<std::pair<Argument*, IndicesVector>, LoadInst*> OriginalLoads;
512   // Attribute - Keep track of the parameter attributes for the arguments
513   // that we are *not* promoting. For the ones that we do promote, the parameter
514   // attributes are lost
515   SmallVector<AttributeSet, 8> AttributesVec;
516   const AttributeSet &PAL = F->getAttributes();
518   // Add any return attributes.
519   if (PAL.hasAttributes(AttributeSet::ReturnIndex))
520     AttributesVec.push_back(AttributeSet::get(F->getContext(),
521                                               PAL.getRetAttributes()));
523   // First, determine the new argument list
524   unsigned ArgIndex = 1;
525   for (Function::arg_iterator I = F->arg_begin(), E = F->arg_end(); I != E;
526        ++I, ++ArgIndex) {
527     if (ByValArgsToTransform.count(I)) {
528       // Simple byval argument? Just add all the struct element types.
529       Type *AgTy = cast<PointerType>(I->getType())->getElementType();
530       StructType *STy = cast<StructType>(AgTy);
531       for (unsigned i = 0, e = STy->getNumElements(); i != e; ++i)
532         Params.push_back(STy->getElementType(i));
533       ++NumByValArgsPromoted;
534     } else if (!ArgsToPromote.count(I)) {
535       // Unchanged argument
536       Params.push_back(I->getType());
537       AttributeSet attrs = PAL.getParamAttributes(ArgIndex);
538       if (attrs.hasAttributes(ArgIndex)) {
539         AttrBuilder B(attrs, ArgIndex);
540         AttributesVec.
541           push_back(AttributeSet::get(F->getContext(), Params.size(), B));
542       }
543     } else if (I->use_empty()) {
544       // Dead argument (which are always marked as promotable)
545       ++NumArgumentsDead;
546     } else {
547       // Okay, this is being promoted. This means that the only uses are loads
548       // or GEPs which are only used by loads
550       // In this table, we will track which indices are loaded from the argument
551       // (where direct loads are tracked as no indices).
552       ScalarizeTable &ArgIndices = ScalarizedElements[I];
553       for (User *U : I->users()) {
554         Instruction *UI = cast<Instruction>(U);
555         assert(isa<LoadInst>(UI) || isa<GetElementPtrInst>(UI));
556         IndicesVector Indices;
557         Indices.reserve(UI->getNumOperands() - 1);
558         // Since loads will only have a single operand, and GEPs only a single
559         // non-index operand, this will record direct loads without any indices,
560         // and gep+loads with the GEP indices.
561         for (User::op_iterator II = UI->op_begin() + 1, IE = UI->op_end();
562              II != IE; ++II)
563           Indices.push_back(cast<ConstantInt>(*II)->getSExtValue());
564         // GEPs with a single 0 index can be merged with direct loads
565         if (Indices.size() == 1 && Indices.front() == 0)
566           Indices.clear();
567         ArgIndices.insert(Indices);
568         LoadInst *OrigLoad;
569         if (LoadInst *L = dyn_cast<LoadInst>(UI))
570           OrigLoad = L;
571         else
572           // Take any load, we will use it only to update Alias Analysis
573           OrigLoad = cast<LoadInst>(UI->user_back());
574         OriginalLoads[std::make_pair(I, Indices)] = OrigLoad;
575       }
577       // Add a parameter to the function for each element passed in.
578       for (ScalarizeTable::iterator SI = ArgIndices.begin(),
579              E = ArgIndices.end(); SI != E; ++SI) {
580         // not allowed to dereference ->begin() if size() is 0
581         Params.push_back(GetElementPtrInst::getIndexedType(I->getType(), *SI));
582         assert(Params.back());
583       }
585       if (ArgIndices.size() == 1 && ArgIndices.begin()->empty())
586         ++NumArgumentsPromoted;
587       else
588         ++NumAggregatesPromoted;
589     }
590   }
592   // Add any function attributes.
593   if (PAL.hasAttributes(AttributeSet::FunctionIndex))
594     AttributesVec.push_back(AttributeSet::get(FTy->getContext(),
595                                               PAL.getFnAttributes()));
597   Type *RetTy = FTy->getReturnType();
599   // Construct the new function type using the new arguments.
600   FunctionType *NFTy = FunctionType::get(RetTy, Params, FTy->isVarArg());
602   // Create the new function body and insert it into the module.
603   Function *NF = Function::Create(NFTy, F->getLinkage(), F->getName());
604   NF->copyAttributesFrom(F);
606   
607   DEBUG(dbgs() << "ARG PROMOTION:  Promoting to:" << *NF << "\n"
608         << "From: " << *F);
609   
610   // Recompute the parameter attributes list based on the new arguments for
611   // the function.
612   NF->setAttributes(AttributeSet::get(F->getContext(), AttributesVec));
613   AttributesVec.clear();
615   F->getParent()->getFunctionList().insert(F, NF);
616   NF->takeName(F);
618   // Get the alias analysis information that we need to update to reflect our
619   // changes.
620   AliasAnalysis &AA = getAnalysis<AliasAnalysis>();
622   // Get the callgraph information that we need to update to reflect our
623   // changes.
624   CallGraph &CG = getAnalysis<CallGraphWrapperPass>().getCallGraph();
626   // Get a new callgraph node for NF.
627   CallGraphNode *NF_CGN = CG.getOrInsertFunction(NF);
629   // Loop over all of the callers of the function, transforming the call sites
630   // to pass in the loaded pointers.
631   //
632   SmallVector<Value*, 16> Args;
633   while (!F->use_empty()) {
634     CallSite CS(F->user_back());
635     assert(CS.getCalledFunction() == F);
636     Instruction *Call = CS.getInstruction();
637     const AttributeSet &CallPAL = CS.getAttributes();
639     // Add any return attributes.
640     if (CallPAL.hasAttributes(AttributeSet::ReturnIndex))
641       AttributesVec.push_back(AttributeSet::get(F->getContext(),
642                                                 CallPAL.getRetAttributes()));
644     // Loop over the operands, inserting GEP and loads in the caller as
645     // appropriate.
646     CallSite::arg_iterator AI = CS.arg_begin();
647     ArgIndex = 1;
648     for (Function::arg_iterator I = F->arg_begin(), E = F->arg_end();
649          I != E; ++I, ++AI, ++ArgIndex)
650       if (!ArgsToPromote.count(I) && !ByValArgsToTransform.count(I)) {
651         Args.push_back(*AI);          // Unmodified argument
653         if (CallPAL.hasAttributes(ArgIndex)) {
654           AttrBuilder B(CallPAL, ArgIndex);
655           AttributesVec.
656             push_back(AttributeSet::get(F->getContext(), Args.size(), B));
657         }
658       } else if (ByValArgsToTransform.count(I)) {
659         // Emit a GEP and load for each element of the struct.
660         Type *AgTy = cast<PointerType>(I->getType())->getElementType();
661         StructType *STy = cast<StructType>(AgTy);
662         Value *Idxs[2] = {
663               ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(F->getContext()), 0), 0 };
664         for (unsigned i = 0, e = STy->getNumElements(); i != e; ++i) {
665           Idxs[1] = ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(F->getContext()), i);
666           Value *Idx = GetElementPtrInst::Create(*AI, Idxs,
667                                                  (*AI)->getName()+"."+utostr(i),
668                                                  Call);
669           // TODO: Tell AA about the new values?
670           Args.push_back(new LoadInst(Idx, Idx->getName()+".val", Call));
671         }
672       } else if (!I->use_empty()) {
673         // Non-dead argument: insert GEPs and loads as appropriate.
674         ScalarizeTable &ArgIndices = ScalarizedElements[I];
675         // Store the Value* version of the indices in here, but declare it now
676         // for reuse.
677         std::vector<Value*> Ops;
678         for (ScalarizeTable::iterator SI = ArgIndices.begin(),
679                E = ArgIndices.end(); SI != E; ++SI) {
680           Value *V = *AI;
681           LoadInst *OrigLoad = OriginalLoads[std::make_pair(I, *SI)];
682           if (!SI->empty()) {
683             Ops.reserve(SI->size());
684             Type *ElTy = V->getType();
685             for (IndicesVector::const_iterator II = SI->begin(),
686                  IE = SI->end(); II != IE; ++II) {
687               // Use i32 to index structs, and i64 for others (pointers/arrays).
688               // This satisfies GEP constraints.
689               Type *IdxTy = (ElTy->isStructTy() ?
690                     Type::getInt32Ty(F->getContext()) : 
691                     Type::getInt64Ty(F->getContext()));
692               Ops.push_back(ConstantInt::get(IdxTy, *II));
693               // Keep track of the type we're currently indexing.
694               ElTy = cast<CompositeType>(ElTy)->getTypeAtIndex(*II);
695             }
696             // And create a GEP to extract those indices.
697             V = GetElementPtrInst::Create(V, Ops, V->getName()+".idx", Call);
698             Ops.clear();
699             AA.copyValue(OrigLoad->getOperand(0), V);
700           }
701           // Since we're replacing a load make sure we take the alignment
702           // of the previous load.
703           LoadInst *newLoad = new LoadInst(V, V->getName()+".val", Call);
704           newLoad->setAlignment(OrigLoad->getAlignment());
705           // Transfer the TBAA info too.
706           newLoad->setMetadata(LLVMContext::MD_tbaa,
707                                OrigLoad->getMetadata(LLVMContext::MD_tbaa));
708           Args.push_back(newLoad);
709           AA.copyValue(OrigLoad, Args.back());
710         }
711       }
713     // Push any varargs arguments on the list.
714     for (; AI != CS.arg_end(); ++AI, ++ArgIndex) {
715       Args.push_back(*AI);
716       if (CallPAL.hasAttributes(ArgIndex)) {
717         AttrBuilder B(CallPAL, ArgIndex);
718         AttributesVec.
719           push_back(AttributeSet::get(F->getContext(), Args.size(), B));
720       }
721     }
723     // Add any function attributes.
724     if (CallPAL.hasAttributes(AttributeSet::FunctionIndex))
725       AttributesVec.push_back(AttributeSet::get(Call->getContext(),
726                                                 CallPAL.getFnAttributes()));
728     Instruction *New;
729     if (InvokeInst *II = dyn_cast<InvokeInst>(Call)) {
730       New = InvokeInst::Create(NF, II->getNormalDest(), II->getUnwindDest(),
731                                Args, "", Call);
732       cast<InvokeInst>(New)->setCallingConv(CS.getCallingConv());
733       cast<InvokeInst>(New)->setAttributes(AttributeSet::get(II->getContext(),
734                                                             AttributesVec));
735     } else {
736       New = CallInst::Create(NF, Args, "", Call);
737       cast<CallInst>(New)->setCallingConv(CS.getCallingConv());
738       cast<CallInst>(New)->setAttributes(AttributeSet::get(New->getContext(),
739                                                           AttributesVec));
740       if (cast<CallInst>(Call)->isTailCall())
741         cast<CallInst>(New)->setTailCall();
742     }
743     Args.clear();
744     AttributesVec.clear();
746     // Update the alias analysis implementation to know that we are replacing
747     // the old call with a new one.
748     AA.replaceWithNewValue(Call, New);
750     // Update the callgraph to know that the callsite has been transformed.
751     CallGraphNode *CalleeNode = CG[Call->getParent()->getParent()];
752     CalleeNode->replaceCallEdge(Call, New, NF_CGN);
754     if (!Call->use_empty()) {
755       Call->replaceAllUsesWith(New);
756       New->takeName(Call);
757     }
759     // Finally, remove the old call from the program, reducing the use-count of
760     // F.
761     Call->eraseFromParent();
762   }
764   // Since we have now created the new function, splice the body of the old
765   // function right into the new function, leaving the old rotting hulk of the
766   // function empty.
767   NF->getBasicBlockList().splice(NF->begin(), F->getBasicBlockList());
769   // Loop over the argument list, transferring uses of the old arguments over to
770   // the new arguments, also transferring over the names as well.
771   //
772   for (Function::arg_iterator I = F->arg_begin(), E = F->arg_end(),
773        I2 = NF->arg_begin(); I != E; ++I) {
774     if (!ArgsToPromote.count(I) && !ByValArgsToTransform.count(I)) {
775       // If this is an unmodified argument, move the name and users over to the
776       // new version.
777       I->replaceAllUsesWith(I2);
778       I2->takeName(I);
779       AA.replaceWithNewValue(I, I2);
780       ++I2;
781       continue;
782     }
784     if (ByValArgsToTransform.count(I)) {
785       // In the callee, we create an alloca, and store each of the new incoming
786       // arguments into the alloca.
787       Instruction *InsertPt = NF->begin()->begin();
789       // Just add all the struct element types.
790       Type *AgTy = cast<PointerType>(I->getType())->getElementType();
791       Value *TheAlloca = new AllocaInst(AgTy, 0, "", InsertPt);
792       StructType *STy = cast<StructType>(AgTy);
793       Value *Idxs[2] = {
794             ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(F->getContext()), 0), 0 };
796       for (unsigned i = 0, e = STy->getNumElements(); i != e; ++i) {
797         Idxs[1] = ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(F->getContext()), i);
798         Value *Idx = 
799           GetElementPtrInst::Create(TheAlloca, Idxs,
800                                     TheAlloca->getName()+"."+Twine(i), 
801                                     InsertPt);
802         I2->setName(I->getName()+"."+Twine(i));
803         new StoreInst(I2++, Idx, InsertPt);
804       }
806       // Anything that used the arg should now use the alloca.
807       I->replaceAllUsesWith(TheAlloca);
808       TheAlloca->takeName(I);
809       AA.replaceWithNewValue(I, TheAlloca);
811       // If the alloca is used in a call, we must clear the tail flag since
812       // the callee now uses an alloca from the caller.
813       for (User *U : TheAlloca->users()) {
814         CallInst *Call = dyn_cast<CallInst>(U);
815         if (!Call)
816           continue;
817         Call->setTailCall(false);
818       }
819       continue;
820     }
822     if (I->use_empty()) {
823       AA.deleteValue(I);
824       continue;
825     }
827     // Otherwise, if we promoted this argument, then all users are load
828     // instructions (or GEPs with only load users), and all loads should be
829     // using the new argument that we added.
830     ScalarizeTable &ArgIndices = ScalarizedElements[I];
832     while (!I->use_empty()) {
833       if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I->user_back())) {
834         assert(ArgIndices.begin()->empty() &&
835                "Load element should sort to front!");
836         I2->setName(I->getName()+".val");
837         LI->replaceAllUsesWith(I2);
838         AA.replaceWithNewValue(LI, I2);
839         LI->eraseFromParent();
840         DEBUG(dbgs() << "*** Promoted load of argument '" << I->getName()
841               << "' in function '" << F->getName() << "'\n");
842       } else {
843         GetElementPtrInst *GEP = cast<GetElementPtrInst>(I->user_back());
844         IndicesVector Operands;
845         Operands.reserve(GEP->getNumIndices());
846         for (User::op_iterator II = GEP->idx_begin(), IE = GEP->idx_end();
847              II != IE; ++II)
848           Operands.push_back(cast<ConstantInt>(*II)->getSExtValue());
850         // GEPs with a single 0 index can be merged with direct loads
851         if (Operands.size() == 1 && Operands.front() == 0)
852           Operands.clear();
854         Function::arg_iterator TheArg = I2;
855         for (ScalarizeTable::iterator It = ArgIndices.begin();
856              *It != Operands; ++It, ++TheArg) {
857           assert(It != ArgIndices.end() && "GEP not handled??");
858         }
860         std::string NewName = I->getName();
861         for (unsigned i = 0, e = Operands.size(); i != e; ++i) {
862             NewName += "." + utostr(Operands[i]);
863         }
864         NewName += ".val";
865         TheArg->setName(NewName);
867         DEBUG(dbgs() << "*** Promoted agg argument '" << TheArg->getName()
868               << "' of function '" << NF->getName() << "'\n");
870         // All of the uses must be load instructions.  Replace them all with
871         // the argument specified by ArgNo.
872         while (!GEP->use_empty()) {
873           LoadInst *L = cast<LoadInst>(GEP->user_back());
874           L->replaceAllUsesWith(TheArg);
875           AA.replaceWithNewValue(L, TheArg);
876           L->eraseFromParent();
877         }
878         AA.deleteValue(GEP);
879         GEP->eraseFromParent();
880       }
881     }
883     // Increment I2 past all of the arguments added for this promoted pointer.
884     std::advance(I2, ArgIndices.size());
885   }
887   // Tell the alias analysis that the old function is about to disappear.
888   AA.replaceWithNewValue(F, NF);
890   
891   NF_CGN->stealCalledFunctionsFrom(CG[F]);
892   
893   // Now that the old function is dead, delete it.  If there is a dangling
894   // reference to the CallgraphNode, just leave the dead function around for
895   // someone else to nuke.
896   CallGraphNode *CGN = CG[F];
897   if (CGN->getNumReferences() == 0)
898     delete CG.removeFunctionFromModule(CGN);
899   else
900     F->setLinkage(Function::ExternalLinkage);
901   
902   return NF_CGN;