[asan] add -asan-coverage=3: instrument all blocks and critical edges.
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / IPO / DeadArgumentElimination.cpp
1 //===-- DeadArgumentElimination.cpp - Eliminate dead 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 deletes dead arguments from internal functions.  Dead argument
11 // elimination removes arguments which are directly dead, as well as arguments
12 // only passed into function calls as dead arguments of other functions.  This
13 // pass also deletes dead return values in a similar way.
14 //
15 // This pass is often useful as a cleanup pass to run after aggressive
16 // interprocedural passes, which add possibly-dead arguments or return values.
17 //
18 //===----------------------------------------------------------------------===//
19
20 #include "llvm/Transforms/IPO.h"
21 #include "llvm/ADT/DenseMap.h"
22 #include "llvm/ADT/SmallVector.h"
23 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
24 #include "llvm/ADT/StringExtras.h"
25 #include "llvm/IR/CallSite.h"
26 #include "llvm/IR/CallingConv.h"
27 #include "llvm/IR/Constant.h"
28 #include "llvm/IR/DIBuilder.h"
29 #include "llvm/IR/DebugInfo.h"
30 #include "llvm/IR/DerivedTypes.h"
31 #include "llvm/IR/Instructions.h"
32 #include "llvm/IR/IntrinsicInst.h"
33 #include "llvm/IR/LLVMContext.h"
34 #include "llvm/IR/Module.h"
35 #include "llvm/Pass.h"
36 #include "llvm/Support/Debug.h"
37 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
38 #include <map>
39 #include <set>
40 #include <tuple>
41 using namespace llvm;
42
43 #define DEBUG_TYPE "deadargelim"
44
45 STATISTIC(NumArgumentsEliminated, "Number of unread args removed");
46 STATISTIC(NumRetValsEliminated  , "Number of unused return values removed");
47 STATISTIC(NumArgumentsReplacedWithUndef, 
48           "Number of unread args replaced with undef");
49 namespace {
50   /// DAE - The dead argument elimination pass.
51   ///
52   class DAE : public ModulePass {
53   public:
54
55     /// Struct that represents (part of) either a return value or a function
56     /// argument.  Used so that arguments and return values can be used
57     /// interchangeably.
58     struct RetOrArg {
59       RetOrArg(const Function *F, unsigned Idx, bool IsArg) : F(F), Idx(Idx),
60                IsArg(IsArg) {}
61       const Function *F;
62       unsigned Idx;
63       bool IsArg;
64
65       /// Make RetOrArg comparable, so we can put it into a map.
66       bool operator<(const RetOrArg &O) const {
67         return std::tie(F, Idx, IsArg) < std::tie(O.F, O.Idx, O.IsArg);
68       }
69
70       /// Make RetOrArg comparable, so we can easily iterate the multimap.
71       bool operator==(const RetOrArg &O) const {
72         return F == O.F && Idx == O.Idx && IsArg == O.IsArg;
73       }
74
75       std::string getDescription() const {
76         return std::string((IsArg ? "Argument #" : "Return value #"))
77                + utostr(Idx) + " of function " + F->getName().str();
78       }
79     };
80
81     /// Liveness enum - During our initial pass over the program, we determine
82     /// that things are either alive or maybe alive. We don't mark anything
83     /// explicitly dead (even if we know they are), since anything not alive
84     /// with no registered uses (in Uses) will never be marked alive and will
85     /// thus become dead in the end.
86     enum Liveness { Live, MaybeLive };
87
88     /// Convenience wrapper
89     RetOrArg CreateRet(const Function *F, unsigned Idx) {
90       return RetOrArg(F, Idx, false);
91     }
92     /// Convenience wrapper
93     RetOrArg CreateArg(const Function *F, unsigned Idx) {
94       return RetOrArg(F, Idx, true);
95     }
96
97     typedef std::multimap<RetOrArg, RetOrArg> UseMap;
98     /// This maps a return value or argument to any MaybeLive return values or
99     /// arguments it uses. This allows the MaybeLive values to be marked live
100     /// when any of its users is marked live.
101     /// For example (indices are left out for clarity):
102     ///  - Uses[ret F] = ret G
103     ///    This means that F calls G, and F returns the value returned by G.
104     ///  - Uses[arg F] = ret G
105     ///    This means that some function calls G and passes its result as an
106     ///    argument to F.
107     ///  - Uses[ret F] = arg F
108     ///    This means that F returns one of its own arguments.
109     ///  - Uses[arg F] = arg G
110     ///    This means that G calls F and passes one of its own (G's) arguments
111     ///    directly to F.
112     UseMap Uses;
113
114     typedef std::set<RetOrArg> LiveSet;
115     typedef std::set<const Function*> LiveFuncSet;
116
117     /// This set contains all values that have been determined to be live.
118     LiveSet LiveValues;
119     /// This set contains all values that are cannot be changed in any way.
120     LiveFuncSet LiveFunctions;
121
122     typedef SmallVector<RetOrArg, 5> UseVector;
123
124     // Map each LLVM function to corresponding metadata with debug info. If
125     // the function is replaced with another one, we should patch the pointer
126     // to LLVM function in metadata.
127     // As the code generation for module is finished (and DIBuilder is
128     // finalized) we assume that subprogram descriptors won't be changed, and
129     // they are stored in map for short duration anyway.
130     DenseMap<const Function *, DISubprogram> FunctionDIs;
131
132   protected:
133     // DAH uses this to specify a different ID.
134     explicit DAE(char &ID) : ModulePass(ID) {}
135
136   public:
137     static char ID; // Pass identification, replacement for typeid
138     DAE() : ModulePass(ID) {
139       initializeDAEPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
140     }
141
142     bool runOnModule(Module &M) override;
143
144     virtual bool ShouldHackArguments() const { return false; }
145
146   private:
147     Liveness MarkIfNotLive(RetOrArg Use, UseVector &MaybeLiveUses);
148     Liveness SurveyUse(const Use *U, UseVector &MaybeLiveUses,
149                        unsigned RetValNum = 0);
150     Liveness SurveyUses(const Value *V, UseVector &MaybeLiveUses);
151
152     void SurveyFunction(const Function &F);
153     void MarkValue(const RetOrArg &RA, Liveness L,
154                    const UseVector &MaybeLiveUses);
155     void MarkLive(const RetOrArg &RA);
156     void MarkLive(const Function &F);
157     void PropagateLiveness(const RetOrArg &RA);
158     bool RemoveDeadStuffFromFunction(Function *F);
159     bool DeleteDeadVarargs(Function &Fn);
160     bool RemoveDeadArgumentsFromCallers(Function &Fn);
161   };
162 }
163
164
165 char DAE::ID = 0;
166 INITIALIZE_PASS(DAE, "deadargelim", "Dead Argument Elimination", false, false)
167
168 namespace {
169   /// DAH - DeadArgumentHacking pass - Same as dead argument elimination, but
170   /// deletes arguments to functions which are external.  This is only for use
171   /// by bugpoint.
172   struct DAH : public DAE {
173     static char ID;
174     DAH() : DAE(ID) {}
175
176     bool ShouldHackArguments() const override { return true; }
177   };
178 }
179
180 char DAH::ID = 0;
181 INITIALIZE_PASS(DAH, "deadarghaX0r", 
182                 "Dead Argument Hacking (BUGPOINT USE ONLY; DO NOT USE)",
183                 false, false)
184
185 /// createDeadArgEliminationPass - This pass removes arguments from functions
186 /// which are not used by the body of the function.
187 ///
188 ModulePass *llvm::createDeadArgEliminationPass() { return new DAE(); }
189 ModulePass *llvm::createDeadArgHackingPass() { return new DAH(); }
190
191 /// DeleteDeadVarargs - If this is an function that takes a ... list, and if
192 /// llvm.vastart is never called, the varargs list is dead for the function.
193 bool DAE::DeleteDeadVarargs(Function &Fn) {
194   assert(Fn.getFunctionType()->isVarArg() && "Function isn't varargs!");
195   if (Fn.isDeclaration() || !Fn.hasLocalLinkage()) return false;
196
197   // Ensure that the function is only directly called.
198   if (Fn.hasAddressTaken())
199     return false;
200
201   // Okay, we know we can transform this function if safe.  Scan its body
202   // looking for calls marked musttail or calls to llvm.vastart.
203   for (Function::iterator BB = Fn.begin(), E = Fn.end(); BB != E; ++BB) {
204     for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(), E = BB->end(); I != E; ++I) {
205       CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(I);
206       if (!CI)
207         continue;
208       if (CI->isMustTailCall())
209         return false;
210       if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(CI)) {
211         if (II->getIntrinsicID() == Intrinsic::vastart)
212           return false;
213       }
214     }
215   }
216
217   // If we get here, there are no calls to llvm.vastart in the function body,
218   // remove the "..." and adjust all the calls.
219
220   // Start by computing a new prototype for the function, which is the same as
221   // the old function, but doesn't have isVarArg set.
222   FunctionType *FTy = Fn.getFunctionType();
223
224   std::vector<Type*> Params(FTy->param_begin(), FTy->param_end());
225   FunctionType *NFTy = FunctionType::get(FTy->getReturnType(),
226                                                 Params, false);
227   unsigned NumArgs = Params.size();
228
229   // Create the new function body and insert it into the module...
230   Function *NF = Function::Create(NFTy, Fn.getLinkage());
231   NF->copyAttributesFrom(&Fn);
232   Fn.getParent()->getFunctionList().insert(&Fn, NF);
233   NF->takeName(&Fn);
234
235   // Loop over all of the callers of the function, transforming the call sites
236   // to pass in a smaller number of arguments into the new function.
237   //
238   std::vector<Value*> Args;
239   for (Value::user_iterator I = Fn.user_begin(), E = Fn.user_end(); I != E; ) {
240     CallSite CS(*I++);
241     if (!CS)
242       continue;
243     Instruction *Call = CS.getInstruction();
244
245     // Pass all the same arguments.
246     Args.assign(CS.arg_begin(), CS.arg_begin() + NumArgs);
247
248     // Drop any attributes that were on the vararg arguments.
249     AttributeSet PAL = CS.getAttributes();
250     if (!PAL.isEmpty() && PAL.getSlotIndex(PAL.getNumSlots() - 1) > NumArgs) {
251       SmallVector<AttributeSet, 8> AttributesVec;
252       for (unsigned i = 0; PAL.getSlotIndex(i) <= NumArgs; ++i)
253         AttributesVec.push_back(PAL.getSlotAttributes(i));
254       if (PAL.hasAttributes(AttributeSet::FunctionIndex))
255         AttributesVec.push_back(AttributeSet::get(Fn.getContext(),
256                                                   PAL.getFnAttributes()));
257       PAL = AttributeSet::get(Fn.getContext(), AttributesVec);
258     }
259
260     Instruction *New;
261     if (InvokeInst *II = dyn_cast<InvokeInst>(Call)) {
262       New = InvokeInst::Create(NF, II->getNormalDest(), II->getUnwindDest(),
263                                Args, "", Call);
264       cast<InvokeInst>(New)->setCallingConv(CS.getCallingConv());
265       cast<InvokeInst>(New)->setAttributes(PAL);
266     } else {
267       New = CallInst::Create(NF, Args, "", Call);
268       cast<CallInst>(New)->setCallingConv(CS.getCallingConv());
269       cast<CallInst>(New)->setAttributes(PAL);
270       if (cast<CallInst>(Call)->isTailCall())
271         cast<CallInst>(New)->setTailCall();
272     }
273     New->setDebugLoc(Call->getDebugLoc());
274
275     Args.clear();
276
277     if (!Call->use_empty())
278       Call->replaceAllUsesWith(New);
279
280     New->takeName(Call);
281
282     // Finally, remove the old call from the program, reducing the use-count of
283     // F.
284     Call->eraseFromParent();
285   }
286
287   // Since we have now created the new function, splice the body of the old
288   // function right into the new function, leaving the old rotting hulk of the
289   // function empty.
290   NF->getBasicBlockList().splice(NF->begin(), Fn.getBasicBlockList());
291
292   // Loop over the argument list, transferring uses of the old arguments over to
293   // the new arguments, also transferring over the names as well.  While we're at
294   // it, remove the dead arguments from the DeadArguments list.
295   //
296   for (Function::arg_iterator I = Fn.arg_begin(), E = Fn.arg_end(),
297        I2 = NF->arg_begin(); I != E; ++I, ++I2) {
298     // Move the name and users over to the new version.
299     I->replaceAllUsesWith(I2);
300     I2->takeName(I);
301   }
302
303   // Patch the pointer to LLVM function in debug info descriptor.
304   auto DI = FunctionDIs.find(&Fn);
305   if (DI != FunctionDIs.end())
306     DI->second.replaceFunction(NF);
307
308   // Fix up any BlockAddresses that refer to the function.
309   Fn.replaceAllUsesWith(ConstantExpr::getBitCast(NF, Fn.getType()));
310   // Delete the bitcast that we just created, so that NF does not
311   // appear to be address-taken.
312   NF->removeDeadConstantUsers();
313   // Finally, nuke the old function.
314   Fn.eraseFromParent();
315   return true;
316 }
317
318 /// RemoveDeadArgumentsFromCallers - Checks if the given function has any 
319 /// arguments that are unused, and changes the caller parameters to be undefined
320 /// instead.
321 bool DAE::RemoveDeadArgumentsFromCallers(Function &Fn)
322 {
323   if (Fn.isDeclaration() || Fn.mayBeOverridden())
324     return false;
325
326   // Functions with local linkage should already have been handled, except the
327   // fragile (variadic) ones which we can improve here.
328   if (Fn.hasLocalLinkage() && !Fn.getFunctionType()->isVarArg())
329     return false;
330
331   // If a function seen at compile time is not necessarily the one linked to
332   // the binary being built, it is illegal to change the actual arguments
333   // passed to it. These functions can be captured by isWeakForLinker().
334   // *NOTE* that mayBeOverridden() is insufficient for this purpose as it
335   // doesn't include linkage types like AvailableExternallyLinkage and
336   // LinkOnceODRLinkage. Take link_odr* as an example, it indicates a set of
337   // *EQUIVALENT* globals that can be merged at link-time. However, the
338   // semantic of *EQUIVALENT*-functions includes parameters. Changing
339   // parameters breaks this assumption.
340   //
341   if (Fn.isWeakForLinker())
342     return false;
343
344   if (Fn.use_empty())
345     return false;
346
347   SmallVector<unsigned, 8> UnusedArgs;
348   for (Function::arg_iterator I = Fn.arg_begin(), E = Fn.arg_end(); 
349        I != E; ++I) {
350     Argument *Arg = I;
351
352     if (Arg->use_empty() && !Arg->hasByValOrInAllocaAttr())
353       UnusedArgs.push_back(Arg->getArgNo());
354   }
355
356   if (UnusedArgs.empty())
357     return false;
358
359   bool Changed = false;
360
361   for (Use &U : Fn.uses()) {
362     CallSite CS(U.getUser());
363     if (!CS || !CS.isCallee(&U))
364       continue;
365
366     // Now go through all unused args and replace them with "undef".
367     for (unsigned I = 0, E = UnusedArgs.size(); I != E; ++I) {
368       unsigned ArgNo = UnusedArgs[I];
369
370       Value *Arg = CS.getArgument(ArgNo);
371       CS.setArgument(ArgNo, UndefValue::get(Arg->getType()));
372       ++NumArgumentsReplacedWithUndef;
373       Changed = true;
374     }
375   }
376
377   return Changed;
378 }
379
380 /// Convenience function that returns the number of return values. It returns 0
381 /// for void functions and 1 for functions not returning a struct. It returns
382 /// the number of struct elements for functions returning a struct.
383 static unsigned NumRetVals(const Function *F) {
384   if (F->getReturnType()->isVoidTy())
385     return 0;
386   else if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(F->getReturnType()))
387     return STy->getNumElements();
388   else
389     return 1;
390 }
391
392 /// MarkIfNotLive - This checks Use for liveness in LiveValues. If Use is not
393 /// live, it adds Use to the MaybeLiveUses argument. Returns the determined
394 /// liveness of Use.
395 DAE::Liveness DAE::MarkIfNotLive(RetOrArg Use, UseVector &MaybeLiveUses) {
396   // We're live if our use or its Function is already marked as live.
397   if (LiveFunctions.count(Use.F) || LiveValues.count(Use))
398     return Live;
399
400   // We're maybe live otherwise, but remember that we must become live if
401   // Use becomes live.
402   MaybeLiveUses.push_back(Use);
403   return MaybeLive;
404 }
405
406
407 /// SurveyUse - This looks at a single use of an argument or return value
408 /// and determines if it should be alive or not. Adds this use to MaybeLiveUses
409 /// if it causes the used value to become MaybeLive.
410 ///
411 /// RetValNum is the return value number to use when this use is used in a
412 /// return instruction. This is used in the recursion, you should always leave
413 /// it at 0.
414 DAE::Liveness DAE::SurveyUse(const Use *U,
415                              UseVector &MaybeLiveUses, unsigned RetValNum) {
416     const User *V = U->getUser();
417     if (const ReturnInst *RI = dyn_cast<ReturnInst>(V)) {
418       // The value is returned from a function. It's only live when the
419       // function's return value is live. We use RetValNum here, for the case
420       // that U is really a use of an insertvalue instruction that uses the
421       // original Use.
422       RetOrArg Use = CreateRet(RI->getParent()->getParent(), RetValNum);
423       // We might be live, depending on the liveness of Use.
424       return MarkIfNotLive(Use, MaybeLiveUses);
425     }
426     if (const InsertValueInst *IV = dyn_cast<InsertValueInst>(V)) {
427       if (U->getOperandNo() != InsertValueInst::getAggregateOperandIndex()
428           && IV->hasIndices())
429         // The use we are examining is inserted into an aggregate. Our liveness
430         // depends on all uses of that aggregate, but if it is used as a return
431         // value, only index at which we were inserted counts.
432         RetValNum = *IV->idx_begin();
433
434       // Note that if we are used as the aggregate operand to the insertvalue,
435       // we don't change RetValNum, but do survey all our uses.
436
437       Liveness Result = MaybeLive;
438       for (const Use &UU : IV->uses()) {
439         Result = SurveyUse(&UU, MaybeLiveUses, RetValNum);
440         if (Result == Live)
441           break;
442       }
443       return Result;
444     }
445
446     if (ImmutableCallSite CS = V) {
447       const Function *F = CS.getCalledFunction();
448       if (F) {
449         // Used in a direct call.
450
451         // Find the argument number. We know for sure that this use is an
452         // argument, since if it was the function argument this would be an
453         // indirect call and the we know can't be looking at a value of the
454         // label type (for the invoke instruction).
455         unsigned ArgNo = CS.getArgumentNo(U);
456
457         if (ArgNo >= F->getFunctionType()->getNumParams())
458           // The value is passed in through a vararg! Must be live.
459           return Live;
460
461         assert(CS.getArgument(ArgNo)
462                == CS->getOperand(U->getOperandNo())
463                && "Argument is not where we expected it");
464
465         // Value passed to a normal call. It's only live when the corresponding
466         // argument to the called function turns out live.
467         RetOrArg Use = CreateArg(F, ArgNo);
468         return MarkIfNotLive(Use, MaybeLiveUses);
469       }
470     }
471     // Used in any other way? Value must be live.
472     return Live;
473 }
474
475 /// SurveyUses - This looks at all the uses of the given value
476 /// Returns the Liveness deduced from the uses of this value.
477 ///
478 /// Adds all uses that cause the result to be MaybeLive to MaybeLiveRetUses. If
479 /// the result is Live, MaybeLiveUses might be modified but its content should
480 /// be ignored (since it might not be complete).
481 DAE::Liveness DAE::SurveyUses(const Value *V, UseVector &MaybeLiveUses) {
482   // Assume it's dead (which will only hold if there are no uses at all..).
483   Liveness Result = MaybeLive;
484   // Check each use.
485   for (const Use &U : V->uses()) {
486     Result = SurveyUse(&U, MaybeLiveUses);
487     if (Result == Live)
488       break;
489   }
490   return Result;
491 }
492
493 // SurveyFunction - This performs the initial survey of the specified function,
494 // checking out whether or not it uses any of its incoming arguments or whether
495 // any callers use the return value.  This fills in the LiveValues set and Uses
496 // map.
497 //
498 // We consider arguments of non-internal functions to be intrinsically alive as
499 // well as arguments to functions which have their "address taken".
500 //
501 void DAE::SurveyFunction(const Function &F) {
502   // Functions with inalloca parameters are expecting args in a particular
503   // register and memory layout.
504   if (F.getAttributes().hasAttrSomewhere(Attribute::InAlloca)) {
505     MarkLive(F);
506     return;
507   }
508
509   unsigned RetCount = NumRetVals(&F);
510   // Assume all return values are dead
511   typedef SmallVector<Liveness, 5> RetVals;
512   RetVals RetValLiveness(RetCount, MaybeLive);
513
514   typedef SmallVector<UseVector, 5> RetUses;
515   // These vectors map each return value to the uses that make it MaybeLive, so
516   // we can add those to the Uses map if the return value really turns out to be
517   // MaybeLive. Initialized to a list of RetCount empty lists.
518   RetUses MaybeLiveRetUses(RetCount);
519
520   for (Function::const_iterator BB = F.begin(), E = F.end(); BB != E; ++BB)
521     if (const ReturnInst *RI = dyn_cast<ReturnInst>(BB->getTerminator()))
522       if (RI->getNumOperands() != 0 && RI->getOperand(0)->getType()
523           != F.getFunctionType()->getReturnType()) {
524         // We don't support old style multiple return values.
525         MarkLive(F);
526         return;
527       }
528
529   if (!F.hasLocalLinkage() && (!ShouldHackArguments() || F.isIntrinsic())) {
530     MarkLive(F);
531     return;
532   }
533
534   DEBUG(dbgs() << "DAE - Inspecting callers for fn: " << F.getName() << "\n");
535   // Keep track of the number of live retvals, so we can skip checks once all
536   // of them turn out to be live.
537   unsigned NumLiveRetVals = 0;
538   Type *STy = dyn_cast<StructType>(F.getReturnType());
539   // Loop all uses of the function.
540   for (const Use &U : F.uses()) {
541     // If the function is PASSED IN as an argument, its address has been
542     // taken.
543     ImmutableCallSite CS(U.getUser());
544     if (!CS || !CS.isCallee(&U)) {
545       MarkLive(F);
546       return;
547     }
548
549     // If this use is anything other than a call site, the function is alive.
550     const Instruction *TheCall = CS.getInstruction();
551     if (!TheCall) {   // Not a direct call site?
552       MarkLive(F);
553       return;
554     }
555
556     // If we end up here, we are looking at a direct call to our function.
557
558     // Now, check how our return value(s) is/are used in this caller. Don't
559     // bother checking return values if all of them are live already.
560     if (NumLiveRetVals != RetCount) {
561       if (STy) {
562         // Check all uses of the return value.
563         for (const User *U : TheCall->users()) {
564           const ExtractValueInst *Ext = dyn_cast<ExtractValueInst>(U);
565           if (Ext && Ext->hasIndices()) {
566             // This use uses a part of our return value, survey the uses of
567             // that part and store the results for this index only.
568             unsigned Idx = *Ext->idx_begin();
569             if (RetValLiveness[Idx] != Live) {
570               RetValLiveness[Idx] = SurveyUses(Ext, MaybeLiveRetUses[Idx]);
571               if (RetValLiveness[Idx] == Live)
572                 NumLiveRetVals++;
573             }
574           } else {
575             // Used by something else than extractvalue. Mark all return
576             // values as live.
577             for (unsigned i = 0; i != RetCount; ++i )
578               RetValLiveness[i] = Live;
579             NumLiveRetVals = RetCount;
580             break;
581           }
582         }
583       } else {
584         // Single return value
585         RetValLiveness[0] = SurveyUses(TheCall, MaybeLiveRetUses[0]);
586         if (RetValLiveness[0] == Live)
587           NumLiveRetVals = RetCount;
588       }
589     }
590   }
591
592   // Now we've inspected all callers, record the liveness of our return values.
593   for (unsigned i = 0; i != RetCount; ++i)
594     MarkValue(CreateRet(&F, i), RetValLiveness[i], MaybeLiveRetUses[i]);
595
596   DEBUG(dbgs() << "DAE - Inspecting args for fn: " << F.getName() << "\n");
597
598   // Now, check all of our arguments.
599   unsigned i = 0;
600   UseVector MaybeLiveArgUses;
601   for (Function::const_arg_iterator AI = F.arg_begin(),
602        E = F.arg_end(); AI != E; ++AI, ++i) {
603     Liveness Result;
604     if (F.getFunctionType()->isVarArg()) {
605       // Variadic functions will already have a va_arg function expanded inside
606       // them, making them potentially very sensitive to ABI changes resulting
607       // from removing arguments entirely, so don't. For example AArch64 handles
608       // register and stack HFAs very differently, and this is reflected in the
609       // IR which has already been generated.
610       Result = Live;
611     } else {
612       // See what the effect of this use is (recording any uses that cause
613       // MaybeLive in MaybeLiveArgUses). 
614       Result = SurveyUses(AI, MaybeLiveArgUses);
615     }
616
617     // Mark the result.
618     MarkValue(CreateArg(&F, i), Result, MaybeLiveArgUses);
619     // Clear the vector again for the next iteration.
620     MaybeLiveArgUses.clear();
621   }
622 }
623
624 /// MarkValue - This function marks the liveness of RA depending on L. If L is
625 /// MaybeLive, it also takes all uses in MaybeLiveUses and records them in Uses,
626 /// such that RA will be marked live if any use in MaybeLiveUses gets marked
627 /// live later on.
628 void DAE::MarkValue(const RetOrArg &RA, Liveness L,
629                     const UseVector &MaybeLiveUses) {
630   switch (L) {
631     case Live: MarkLive(RA); break;
632     case MaybeLive:
633     {
634       // Note any uses of this value, so this return value can be
635       // marked live whenever one of the uses becomes live.
636       for (UseVector::const_iterator UI = MaybeLiveUses.begin(),
637            UE = MaybeLiveUses.end(); UI != UE; ++UI)
638         Uses.insert(std::make_pair(*UI, RA));
639       break;
640     }
641   }
642 }
643
644 /// MarkLive - Mark the given Function as alive, meaning that it cannot be
645 /// changed in any way. Additionally,
646 /// mark any values that are used as this function's parameters or by its return
647 /// values (according to Uses) live as well.
648 void DAE::MarkLive(const Function &F) {
649   DEBUG(dbgs() << "DAE - Intrinsically live fn: " << F.getName() << "\n");
650   // Mark the function as live.
651   LiveFunctions.insert(&F);
652   // Mark all arguments as live.
653   for (unsigned i = 0, e = F.arg_size(); i != e; ++i)
654     PropagateLiveness(CreateArg(&F, i));
655   // Mark all return values as live.
656   for (unsigned i = 0, e = NumRetVals(&F); i != e; ++i)
657     PropagateLiveness(CreateRet(&F, i));
658 }
659
660 /// MarkLive - Mark the given return value or argument as live. Additionally,
661 /// mark any values that are used by this value (according to Uses) live as
662 /// well.
663 void DAE::MarkLive(const RetOrArg &RA) {
664   if (LiveFunctions.count(RA.F))
665     return; // Function was already marked Live.
666
667   if (!LiveValues.insert(RA).second)
668     return; // We were already marked Live.
669
670   DEBUG(dbgs() << "DAE - Marking " << RA.getDescription() << " live\n");
671   PropagateLiveness(RA);
672 }
673
674 /// PropagateLiveness - Given that RA is a live value, propagate it's liveness
675 /// to any other values it uses (according to Uses).
676 void DAE::PropagateLiveness(const RetOrArg &RA) {
677   // We don't use upper_bound (or equal_range) here, because our recursive call
678   // to ourselves is likely to cause the upper_bound (which is the first value
679   // not belonging to RA) to become erased and the iterator invalidated.
680   UseMap::iterator Begin = Uses.lower_bound(RA);
681   UseMap::iterator E = Uses.end();
682   UseMap::iterator I;
683   for (I = Begin; I != E && I->first == RA; ++I)
684     MarkLive(I->second);
685
686   // Erase RA from the Uses map (from the lower bound to wherever we ended up
687   // after the loop).
688   Uses.erase(Begin, I);
689 }
690
691 // RemoveDeadStuffFromFunction - Remove any arguments and return values from F
692 // that are not in LiveValues. Transform the function and all of the callees of
693 // the function to not have these arguments and return values.
694 //
695 bool DAE::RemoveDeadStuffFromFunction(Function *F) {
696   // Don't modify fully live functions
697   if (LiveFunctions.count(F))
698     return false;
699
700   // Start by computing a new prototype for the function, which is the same as
701   // the old function, but has fewer arguments and a different return type.
702   FunctionType *FTy = F->getFunctionType();
703   std::vector<Type*> Params;
704
705   // Keep track of if we have a live 'returned' argument
706   bool HasLiveReturnedArg = false;
707
708   // Set up to build a new list of parameter attributes.
709   SmallVector<AttributeSet, 8> AttributesVec;
710   const AttributeSet &PAL = F->getAttributes();
711
712   // Remember which arguments are still alive.
713   SmallVector<bool, 10> ArgAlive(FTy->getNumParams(), false);
714   // Construct the new parameter list from non-dead arguments. Also construct
715   // a new set of parameter attributes to correspond. Skip the first parameter
716   // attribute, since that belongs to the return value.
717   unsigned i = 0;
718   for (Function::arg_iterator I = F->arg_begin(), E = F->arg_end();
719        I != E; ++I, ++i) {
720     RetOrArg Arg = CreateArg(F, i);
721     if (LiveValues.erase(Arg)) {
722       Params.push_back(I->getType());
723       ArgAlive[i] = true;
724
725       // Get the original parameter attributes (skipping the first one, that is
726       // for the return value.
727       if (PAL.hasAttributes(i + 1)) {
728         AttrBuilder B(PAL, i + 1);
729         if (B.contains(Attribute::Returned))
730           HasLiveReturnedArg = true;
731         AttributesVec.
732           push_back(AttributeSet::get(F->getContext(), Params.size(), B));
733       }
734     } else {
735       ++NumArgumentsEliminated;
736       DEBUG(dbgs() << "DAE - Removing argument " << i << " (" << I->getName()
737             << ") from " << F->getName() << "\n");
738     }
739   }
740
741   // Find out the new return value.
742   Type *RetTy = FTy->getReturnType();
743   Type *NRetTy = nullptr;
744   unsigned RetCount = NumRetVals(F);
745
746   // -1 means unused, other numbers are the new index
747   SmallVector<int, 5> NewRetIdxs(RetCount, -1);
748   std::vector<Type*> RetTypes;
749
750   // If there is a function with a live 'returned' argument but a dead return
751   // value, then there are two possible actions:
752   // 1) Eliminate the return value and take off the 'returned' attribute on the
753   //    argument.
754   // 2) Retain the 'returned' attribute and treat the return value (but not the
755   //    entire function) as live so that it is not eliminated.
756   // 
757   // It's not clear in the general case which option is more profitable because,
758   // even in the absence of explicit uses of the return value, code generation
759   // is free to use the 'returned' attribute to do things like eliding
760   // save/restores of registers across calls. Whether or not this happens is
761   // target and ABI-specific as well as depending on the amount of register
762   // pressure, so there's no good way for an IR-level pass to figure this out.
763   //
764   // Fortunately, the only places where 'returned' is currently generated by
765   // the FE are places where 'returned' is basically free and almost always a
766   // performance win, so the second option can just be used always for now.
767   //
768   // This should be revisited if 'returned' is ever applied more liberally.
769   if (RetTy->isVoidTy() || HasLiveReturnedArg) {
770     NRetTy = RetTy;
771   } else {
772     StructType *STy = dyn_cast<StructType>(RetTy);
773     if (STy)
774       // Look at each of the original return values individually.
775       for (unsigned i = 0; i != RetCount; ++i) {
776         RetOrArg Ret = CreateRet(F, i);
777         if (LiveValues.erase(Ret)) {
778           RetTypes.push_back(STy->getElementType(i));
779           NewRetIdxs[i] = RetTypes.size() - 1;
780         } else {
781           ++NumRetValsEliminated;
782           DEBUG(dbgs() << "DAE - Removing return value " << i << " from "
783                 << F->getName() << "\n");
784         }
785       }
786     else
787       // We used to return a single value.
788       if (LiveValues.erase(CreateRet(F, 0))) {
789         RetTypes.push_back(RetTy);
790         NewRetIdxs[0] = 0;
791       } else {
792         DEBUG(dbgs() << "DAE - Removing return value from " << F->getName()
793               << "\n");
794         ++NumRetValsEliminated;
795       }
796     if (RetTypes.size() > 1)
797       // More than one return type? Return a struct with them. Also, if we used
798       // to return a struct and didn't change the number of return values,
799       // return a struct again. This prevents changing {something} into
800       // something and {} into void.
801       // Make the new struct packed if we used to return a packed struct
802       // already.
803       NRetTy = StructType::get(STy->getContext(), RetTypes, STy->isPacked());
804     else if (RetTypes.size() == 1)
805       // One return type? Just a simple value then, but only if we didn't use to
806       // return a struct with that simple value before.
807       NRetTy = RetTypes.front();
808     else if (RetTypes.size() == 0)
809       // No return types? Make it void, but only if we didn't use to return {}.
810       NRetTy = Type::getVoidTy(F->getContext());
811   }
812
813   assert(NRetTy && "No new return type found?");
814
815   // The existing function return attributes.
816   AttributeSet RAttrs = PAL.getRetAttributes();
817
818   // Remove any incompatible attributes, but only if we removed all return
819   // values. Otherwise, ensure that we don't have any conflicting attributes
820   // here. Currently, this should not be possible, but special handling might be
821   // required when new return value attributes are added.
822   if (NRetTy->isVoidTy())
823     RAttrs =
824       AttributeSet::get(NRetTy->getContext(), AttributeSet::ReturnIndex,
825                         AttrBuilder(RAttrs, AttributeSet::ReturnIndex).
826          removeAttributes(AttributeFuncs::
827                           typeIncompatible(NRetTy, AttributeSet::ReturnIndex),
828                           AttributeSet::ReturnIndex));
829   else
830     assert(!AttrBuilder(RAttrs, AttributeSet::ReturnIndex).
831              hasAttributes(AttributeFuncs::
832                            typeIncompatible(NRetTy, AttributeSet::ReturnIndex),
833                            AttributeSet::ReturnIndex) &&
834            "Return attributes no longer compatible?");
835
836   if (RAttrs.hasAttributes(AttributeSet::ReturnIndex))
837     AttributesVec.push_back(AttributeSet::get(NRetTy->getContext(), RAttrs));
838
839   if (PAL.hasAttributes(AttributeSet::FunctionIndex))
840     AttributesVec.push_back(AttributeSet::get(F->getContext(),
841                                               PAL.getFnAttributes()));
842
843   // Reconstruct the AttributesList based on the vector we constructed.
844   AttributeSet NewPAL = AttributeSet::get(F->getContext(), AttributesVec);
845
846   // Create the new function type based on the recomputed parameters.
847   FunctionType *NFTy = FunctionType::get(NRetTy, Params, FTy->isVarArg());
848
849   // No change?
850   if (NFTy == FTy)
851     return false;
852
853   // Create the new function body and insert it into the module...
854   Function *NF = Function::Create(NFTy, F->getLinkage());
855   NF->copyAttributesFrom(F);
856   NF->setAttributes(NewPAL);
857   // Insert the new function before the old function, so we won't be processing
858   // it again.
859   F->getParent()->getFunctionList().insert(F, NF);
860   NF->takeName(F);
861
862   // Loop over all of the callers of the function, transforming the call sites
863   // to pass in a smaller number of arguments into the new function.
864   //
865   std::vector<Value*> Args;
866   while (!F->use_empty()) {
867     CallSite CS(F->user_back());
868     Instruction *Call = CS.getInstruction();
869
870     AttributesVec.clear();
871     const AttributeSet &CallPAL = CS.getAttributes();
872
873     // The call return attributes.
874     AttributeSet RAttrs = CallPAL.getRetAttributes();
875
876     // Adjust in case the function was changed to return void.
877     RAttrs =
878       AttributeSet::get(NF->getContext(), AttributeSet::ReturnIndex,
879                         AttrBuilder(RAttrs, AttributeSet::ReturnIndex).
880         removeAttributes(AttributeFuncs::
881                          typeIncompatible(NF->getReturnType(),
882                                           AttributeSet::ReturnIndex),
883                          AttributeSet::ReturnIndex));
884     if (RAttrs.hasAttributes(AttributeSet::ReturnIndex))
885       AttributesVec.push_back(AttributeSet::get(NF->getContext(), RAttrs));
886
887     // Declare these outside of the loops, so we can reuse them for the second
888     // loop, which loops the varargs.
889     CallSite::arg_iterator I = CS.arg_begin();
890     unsigned i = 0;
891     // Loop over those operands, corresponding to the normal arguments to the
892     // original function, and add those that are still alive.
893     for (unsigned e = FTy->getNumParams(); i != e; ++I, ++i)
894       if (ArgAlive[i]) {
895         Args.push_back(*I);
896         // Get original parameter attributes, but skip return attributes.
897         if (CallPAL.hasAttributes(i + 1)) {
898           AttrBuilder B(CallPAL, i + 1);
899           // If the return type has changed, then get rid of 'returned' on the
900           // call site. The alternative is to make all 'returned' attributes on
901           // call sites keep the return value alive just like 'returned'
902           // attributes on function declaration but it's less clearly a win
903           // and this is not an expected case anyway
904           if (NRetTy != RetTy && B.contains(Attribute::Returned))
905             B.removeAttribute(Attribute::Returned);
906           AttributesVec.
907             push_back(AttributeSet::get(F->getContext(), Args.size(), B));
908         }
909       }
910
911     // Push any varargs arguments on the list. Don't forget their attributes.
912     for (CallSite::arg_iterator E = CS.arg_end(); I != E; ++I, ++i) {
913       Args.push_back(*I);
914       if (CallPAL.hasAttributes(i + 1)) {
915         AttrBuilder B(CallPAL, i + 1);
916         AttributesVec.
917           push_back(AttributeSet::get(F->getContext(), Args.size(), B));
918       }
919     }
920
921     if (CallPAL.hasAttributes(AttributeSet::FunctionIndex))
922       AttributesVec.push_back(AttributeSet::get(Call->getContext(),
923                                                 CallPAL.getFnAttributes()));
924
925     // Reconstruct the AttributesList based on the vector we constructed.
926     AttributeSet NewCallPAL = AttributeSet::get(F->getContext(), AttributesVec);
927
928     Instruction *New;
929     if (InvokeInst *II = dyn_cast<InvokeInst>(Call)) {
930       New = InvokeInst::Create(NF, II->getNormalDest(), II->getUnwindDest(),
931                                Args, "", Call);
932       cast<InvokeInst>(New)->setCallingConv(CS.getCallingConv());
933       cast<InvokeInst>(New)->setAttributes(NewCallPAL);
934     } else {
935       New = CallInst::Create(NF, Args, "", Call);
936       cast<CallInst>(New)->setCallingConv(CS.getCallingConv());
937       cast<CallInst>(New)->setAttributes(NewCallPAL);
938       if (cast<CallInst>(Call)->isTailCall())
939         cast<CallInst>(New)->setTailCall();
940     }
941     New->setDebugLoc(Call->getDebugLoc());
942
943     Args.clear();
944
945     if (!Call->use_empty()) {
946       if (New->getType() == Call->getType()) {
947         // Return type not changed? Just replace users then.
948         Call->replaceAllUsesWith(New);
949         New->takeName(Call);
950       } else if (New->getType()->isVoidTy()) {
951         // Our return value has uses, but they will get removed later on.
952         // Replace by null for now.
953         if (!Call->getType()->isX86_MMXTy())
954           Call->replaceAllUsesWith(Constant::getNullValue(Call->getType()));
955       } else {
956         assert(RetTy->isStructTy() &&
957                "Return type changed, but not into a void. The old return type"
958                " must have been a struct!");
959         Instruction *InsertPt = Call;
960         if (InvokeInst *II = dyn_cast<InvokeInst>(Call)) {
961           BasicBlock::iterator IP = II->getNormalDest()->begin();
962           while (isa<PHINode>(IP)) ++IP;
963           InsertPt = IP;
964         }
965
966         // We used to return a struct. Instead of doing smart stuff with all the
967         // uses of this struct, we will just rebuild it using
968         // extract/insertvalue chaining and let instcombine clean that up.
969         //
970         // Start out building up our return value from undef
971         Value *RetVal = UndefValue::get(RetTy);
972         for (unsigned i = 0; i != RetCount; ++i)
973           if (NewRetIdxs[i] != -1) {
974             Value *V;
975             if (RetTypes.size() > 1)
976               // We are still returning a struct, so extract the value from our
977               // return value
978               V = ExtractValueInst::Create(New, NewRetIdxs[i], "newret",
979                                            InsertPt);
980             else
981               // We are now returning a single element, so just insert that
982               V = New;
983             // Insert the value at the old position
984             RetVal = InsertValueInst::Create(RetVal, V, i, "oldret", InsertPt);
985           }
986         // Now, replace all uses of the old call instruction with the return
987         // struct we built
988         Call->replaceAllUsesWith(RetVal);
989         New->takeName(Call);
990       }
991     }
992
993     // Finally, remove the old call from the program, reducing the use-count of
994     // F.
995     Call->eraseFromParent();
996   }
997
998   // Since we have now created the new function, splice the body of the old
999   // function right into the new function, leaving the old rotting hulk of the
1000   // function empty.
1001   NF->getBasicBlockList().splice(NF->begin(), F->getBasicBlockList());
1002
1003   // Loop over the argument list, transferring uses of the old arguments over to
1004   // the new arguments, also transferring over the names as well.
1005   i = 0;
1006   for (Function::arg_iterator I = F->arg_begin(), E = F->arg_end(),
1007        I2 = NF->arg_begin(); I != E; ++I, ++i)
1008     if (ArgAlive[i]) {
1009       // If this is a live argument, move the name and users over to the new
1010       // version.
1011       I->replaceAllUsesWith(I2);
1012       I2->takeName(I);
1013       ++I2;
1014     } else {
1015       // If this argument is dead, replace any uses of it with null constants
1016       // (these are guaranteed to become unused later on).
1017       if (!I->getType()->isX86_MMXTy())
1018         I->replaceAllUsesWith(Constant::getNullValue(I->getType()));
1019     }
1020
1021   // If we change the return value of the function we must rewrite any return
1022   // instructions.  Check this now.
1023   if (F->getReturnType() != NF->getReturnType())
1024     for (Function::iterator BB = NF->begin(), E = NF->end(); BB != E; ++BB)
1025       if (ReturnInst *RI = dyn_cast<ReturnInst>(BB->getTerminator())) {
1026         Value *RetVal;
1027
1028         if (NFTy->getReturnType()->isVoidTy()) {
1029           RetVal = nullptr;
1030         } else {
1031           assert (RetTy->isStructTy());
1032           // The original return value was a struct, insert
1033           // extractvalue/insertvalue chains to extract only the values we need
1034           // to return and insert them into our new result.
1035           // This does generate messy code, but we'll let it to instcombine to
1036           // clean that up.
1037           Value *OldRet = RI->getOperand(0);
1038           // Start out building up our return value from undef
1039           RetVal = UndefValue::get(NRetTy);
1040           for (unsigned i = 0; i != RetCount; ++i)
1041             if (NewRetIdxs[i] != -1) {
1042               ExtractValueInst *EV = ExtractValueInst::Create(OldRet, i,
1043                                                               "oldret", RI);
1044               if (RetTypes.size() > 1) {
1045                 // We're still returning a struct, so reinsert the value into
1046                 // our new return value at the new index
1047
1048                 RetVal = InsertValueInst::Create(RetVal, EV, NewRetIdxs[i],
1049                                                  "newret", RI);
1050               } else {
1051                 // We are now only returning a simple value, so just return the
1052                 // extracted value.
1053                 RetVal = EV;
1054               }
1055             }
1056         }
1057         // Replace the return instruction with one returning the new return
1058         // value (possibly 0 if we became void).
1059         ReturnInst::Create(F->getContext(), RetVal, RI);
1060         BB->getInstList().erase(RI);
1061       }
1062
1063   // Patch the pointer to LLVM function in debug info descriptor.
1064   auto DI = FunctionDIs.find(F);
1065   if (DI != FunctionDIs.end())
1066     DI->second.replaceFunction(NF);
1067
1068   // Now that the old function is dead, delete it.
1069   F->eraseFromParent();
1070
1071   return true;
1072 }
1073
1074 bool DAE::runOnModule(Module &M) {
1075   bool Changed = false;
1076
1077   // Collect debug info descriptors for functions.
1078   FunctionDIs = makeSubprogramMap(M);
1079
1080   // First pass: Do a simple check to see if any functions can have their "..."
1081   // removed.  We can do this if they never call va_start.  This loop cannot be
1082   // fused with the next loop, because deleting a function invalidates
1083   // information computed while surveying other functions.
1084   DEBUG(dbgs() << "DAE - Deleting dead varargs\n");
1085   for (Module::iterator I = M.begin(), E = M.end(); I != E; ) {
1086     Function &F = *I++;
1087     if (F.getFunctionType()->isVarArg())
1088       Changed |= DeleteDeadVarargs(F);
1089   }
1090
1091   // Second phase:loop through the module, determining which arguments are live.
1092   // We assume all arguments are dead unless proven otherwise (allowing us to
1093   // determine that dead arguments passed into recursive functions are dead).
1094   //
1095   DEBUG(dbgs() << "DAE - Determining liveness\n");
1096   for (Module::iterator I = M.begin(), E = M.end(); I != E; ++I)
1097     SurveyFunction(*I);
1098
1099   // Now, remove all dead arguments and return values from each function in
1100   // turn.
1101   for (Module::iterator I = M.begin(), E = M.end(); I != E; ) {
1102     // Increment now, because the function will probably get removed (ie.
1103     // replaced by a new one).
1104     Function *F = I++;
1105     Changed |= RemoveDeadStuffFromFunction(F);
1106   }
1107
1108   // Finally, look for any unused parameters in functions with non-local
1109   // linkage and replace the passed in parameters with undef.
1110   for (Module::iterator I = M.begin(), E = M.end(); I != E; ++I) {
1111     Function& F = *I;
1112
1113     Changed |= RemoveDeadArgumentsFromCallers(F);
1114   }
1115
1116   return Changed;
1117 }