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