The proper prototype for malloc returns a pointer, not an unsized array
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / IPO / DeadTypeElimination.cpp
1 //===- CleanupGCCOutput.cpp - Cleanup GCC Output ----------------------------=//
2 //
3 // This pass is used to cleanup the output of GCC.  GCC's output is
4 // unneccessarily gross for a couple of reasons. This pass does the following
5 // things to try to clean it up:
6 //
7 // * Eliminate names for GCC types that we know can't be needed by the user.
8 // * Eliminate names for types that are unused in the entire translation unit
9 // * Replace calls to 'sbyte *%malloc(uint)' and 'void %free(sbyte *)' with
10 //   malloc and free instructions.
11 //
12 // Note:  This code produces dead declarations, it is a good idea to run DCE
13 //        after this pass.
14 //
15 //===----------------------------------------------------------------------===//
16
17 #include "llvm/Transforms/CleanupGCCOutput.h"
18 #include "TransformInternals.h"
19 #include "llvm/SymbolTable.h"
20 #include "llvm/DerivedTypes.h"
21 #include "llvm/iPHINode.h"
22 #include "llvm/iMemory.h"
23 #include "llvm/iTerminators.h"
24 #include "llvm/iOther.h"
25 #include <algorithm>
26
27 static const Type *PtrSByte = 0;    // 'sbyte*' type
28
29 // ConvertCallTo - Convert a call to a varargs function with no arg types
30 // specified to a concrete nonvarargs method.
31 //
32 static void ConvertCallTo(CallInst *CI, Method *Dest) {
33   const MethodType::ParamTypes &ParamTys =
34     Dest->getMethodType()->getParamTypes();
35   BasicBlock *BB = CI->getParent();
36
37   // Get an iterator to where we want to insert cast instructions if the
38   // argument types don't agree.
39   //
40   BasicBlock::iterator BBI = find(BB->begin(), BB->end(), CI);
41   assert(BBI != BB->end() && "CallInst not in parent block?");
42
43   assert(CI->getNumOperands()-1 == ParamTys.size()&&
44          "Method calls resolved funny somehow, incompatible number of args");
45
46   vector<Value*> Params;
47
48   // Convert all of the call arguments over... inserting cast instructions if
49   // the types are not compatible.
50   for (unsigned i = 1; i < CI->getNumOperands(); ++i) {
51     Value *V = CI->getOperand(i);
52
53     if (V->getType() != ParamTys[i-1]) { // Must insert a cast...
54       Instruction *Cast = new CastInst(V, ParamTys[i-1]);
55       BBI = BB->getInstList().insert(BBI, Cast)+1;
56       V = Cast;
57     }
58
59     Params.push_back(V);
60   }
61
62   // Replace the old call instruction with a new call instruction that calls
63   // the real method.
64   //
65   ReplaceInstWithInst(BB->getInstList(), BBI, new CallInst(Dest, Params));
66 }
67
68
69 // PatchUpMethodReferences - Go over the methods that are in the module and
70 // look for methods that have the same name.  More often than not, there will
71 // be things like:
72 //    void "foo"(...)
73 //    void "foo"(int, int)
74 // because of the way things are declared in C.  If this is the case, patch
75 // things up.
76 //
77 bool CleanupGCCOutput::PatchUpMethodReferences(Module *M) {
78   SymbolTable *ST = M->getSymbolTable();
79   if (!ST) return false;
80
81   map<string, vector<Method*> > Methods;
82
83   // Loop over the entries in the symbol table. If an entry is a method pointer,
84   // then add it to the Methods map.  We do a two pass algorithm here to avoid
85   // problems with iterators getting invalidated if we did a one pass scheme.
86   //
87   for (SymbolTable::iterator I = ST->begin(), E = ST->end(); I != E; ++I)
88     if (const PointerType *PT = dyn_cast<PointerType>(I->first))
89       if (const MethodType *MT = dyn_cast<MethodType>(PT->getElementType())) {
90         SymbolTable::VarMap &Plane = I->second;
91         for (SymbolTable::type_iterator PI = Plane.begin(), PE = Plane.end();
92              PI != PE; ++PI) {
93           const string &Name = PI->first;
94           Method *M = cast<Method>(PI->second);
95           Methods[Name].push_back(M);          
96         }
97       }
98
99   bool Changed = false;
100
101   // Now we have a list of all methods with a particular name.  If there is more
102   // than one entry in a list, merge the methods together.
103   //
104   for (map<string, vector<Method*> >::iterator I = Methods.begin(), 
105          E = Methods.end(); I != E; ++I) {
106     vector<Method*> &Methods = I->second;
107     Method *Implementation = 0;     // Find the implementation
108     Method *Concrete = 0;
109     for (unsigned i = 0; i < Methods.size(); ) {
110       if (!Methods[i]->isExternal()) {  // Found an implementation
111         assert(Implementation == 0 && "Multiple definitions of the same"
112                " method. Case not handled yet!");
113         Implementation = Methods[i];
114       } else {
115         // Ignore methods that are never used so they don't cause spurious
116         // warnings... here we will actually DCE the function so that it isn't
117         // used later.
118         //
119         if (Methods[i]->use_size() == 0) {
120           M->getMethodList().remove(Methods[i]);
121           delete Methods[i];
122           Methods.erase(Methods.begin()+i);
123           Changed = true;
124           continue;
125         }
126       }
127       
128       if (Methods[i] && (!Methods[i]->getMethodType()->isVarArg() ||
129                          Methods[i]->getMethodType()->getParamTypes().size())) {
130         if (Concrete) {  // Found two different methods types.  Can't choose
131           Concrete = 0;
132           break;
133         }
134         Concrete = Methods[i];
135       }
136       ++i;
137     }
138
139     if (Methods.size() > 1) {         // Found a multiply defined method.
140       // We should find exactly one non-vararg method definition, which is
141       // probably the implementation.  Change all of the method definitions
142       // and uses to use it instead.
143       //
144       if (!Concrete) {
145         cerr << "Warning: Found methods types that are not compatible:\n";
146         for (unsigned i = 0; i < Methods.size(); ++i) {
147           cerr << "\t" << Methods[i]->getType()->getDescription() << " %"
148                << Methods[i]->getName() << endl;
149         }
150         cerr << "  No linkage of methods named '" << Methods[0]->getName()
151              << "' performed!\n";
152       } else {
153         for (unsigned i = 0; i < Methods.size(); ++i)
154           if (Methods[i] != Concrete) {
155             Method *Old = Methods[i];
156             assert(Old->getReturnType() == Concrete->getReturnType() &&
157                    "Differing return types not handled yet!");
158             assert(Old->getMethodType()->getParamTypes().size() == 0 &&
159                    "Cannot handle varargs fn's with specified element types!");
160             
161             // Attempt to convert all of the uses of the old method to the
162             // concrete form of the method.  If there is a use of the method
163             // that we don't understand here we punt to avoid making a bad
164             // transformation.
165             //
166             // At this point, we know that the return values are the same for
167             // our two functions and that the Old method has no varargs methods
168             // specified.  In otherwords it's just <retty> (...)
169             //
170             for (unsigned i = 0; i < Old->use_size(); ) {
171               User *U = *(Old->use_begin()+i);
172               if (CastInst *CI = dyn_cast<CastInst>(U)) {
173                 // Convert casts directly
174                 assert(CI->getOperand(0) == Old);
175                 CI->setOperand(0, Concrete);
176                 Changed = true;
177               } else if (CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(U)) {
178                 // Can only fix up calls TO the argument, not args passed in.
179                 if (CI->getCalledValue() == Old) {
180                   ConvertCallTo(CI, Concrete);
181                   Changed = true;
182                 } else {
183                   cerr << "Couldn't cleanup this function call, must be an"
184                        << " argument or something!" << CI;
185                   ++i;
186                 }
187               } else {
188                 cerr << "Cannot convert use of method: " << U << endl;
189                 ++i;
190               }
191             }
192           }
193         }
194     }
195   }
196
197   return Changed;
198 }
199
200
201 // ShouldNukSymtabEntry - Return true if this module level symbol table entry
202 // should be eliminated.
203 //
204 static inline bool ShouldNukeSymtabEntry(const pair<string, Value*> &E) {
205   // Nuke all names for primitive types!
206   if (cast<Type>(E.second)->isPrimitiveType()) return true;
207
208   // Nuke all pointers to primitive types as well...
209   if (const PointerType *PT = dyn_cast<PointerType>(E.second))
210     if (PT->getElementType()->isPrimitiveType()) return true;
211
212   // The only types that could contain .'s in the program are things generated
213   // by GCC itself, including "complex.float" and friends.  Nuke them too.
214   if (E.first.find('.') != string::npos) return true;
215
216   return false;
217 }
218
219 // doPassInitialization - For this pass, it removes global symbol table
220 // entries for primitive types.  These are never used for linking in GCC and
221 // they make the output uglier to look at, so we nuke them.
222 //
223 bool CleanupGCCOutput::doPassInitialization(Module *M) {
224   bool Changed = false;
225
226   FUT.doPassInitialization(M);
227
228   if (PtrSByte == 0)
229     PtrSByte = PointerType::get(Type::SByteTy);
230
231   if (M->hasSymbolTable()) {
232     SymbolTable *ST = M->getSymbolTable();
233
234     // Go over the methods that are in the module and look for methods that have
235     // the same name.  More often than not, there will be things like:
236     // void "foo"(...)  and void "foo"(int, int) because of the way things are
237     // declared in C.  If this is the case, patch things up.
238     //
239     Changed |= PatchUpMethodReferences(M);
240
241
242     // If the module has a symbol table, they might be referring to the malloc
243     // and free functions.  If this is the case, grab the method pointers that 
244     // the module is using.
245     //
246     // Lookup %malloc and %free in the symbol table, for later use.  If they
247     // don't exist, or are not external, we do not worry about converting calls
248     // to that function into the appropriate instruction.
249     //
250     const PointerType *MallocType =   // Get the type for malloc
251       PointerType::get(MethodType::get(PointerType::get(Type::SByteTy),
252                                   vector<const Type*>(1, Type::UIntTy), false));
253     Malloc = cast_or_null<Method>(ST->lookup(MallocType, "malloc"));
254     if (Malloc && !Malloc->isExternal())
255       Malloc = 0;  // Don't mess with locally defined versions of the fn
256
257     const PointerType *FreeType =     // Get the type for free
258       PointerType::get(MethodType::get(Type::VoidTy,
259                vector<const Type*>(1, PointerType::get(Type::SByteTy)), false));
260     Free = cast_or_null<Method>(ST->lookup(FreeType, "free"));
261     if (Free && !Free->isExternal())
262       Free = 0;  // Don't mess with locally defined versions of the fn
263     
264
265     // Check the symbol table for superfluous type entries...
266     //
267     // Grab the 'type' plane of the module symbol...
268     SymbolTable::iterator STI = ST->find(Type::TypeTy);
269     if (STI != ST->end()) {
270       // Loop over all entries in the type plane...
271       SymbolTable::VarMap &Plane = STI->second;
272       for (SymbolTable::VarMap::iterator PI = Plane.begin(); PI != Plane.end();)
273         if (ShouldNukeSymtabEntry(*PI)) {    // Should we remove this entry?
274 #if MAP_IS_NOT_BRAINDEAD
275           PI = Plane.erase(PI);     // STD C++ Map should support this!
276 #else
277           Plane.erase(PI);          // Alas, GCC 2.95.3 doesn't  *SIGH*
278           PI = Plane.begin();
279 #endif
280           Changed = true;
281         } else {
282           ++PI;
283         }
284     }
285   }
286
287   return Changed;
288 }
289
290
291 // doOneCleanupPass - Do one pass over the input method, fixing stuff up.
292 //
293 bool CleanupGCCOutput::doOneCleanupPass(Method *M) {
294   bool Changed = false;
295   for (Method::iterator MI = M->begin(), ME = M->end(); MI != ME; ++MI) {
296     BasicBlock *BB = *MI;
297     BasicBlock::InstListType &BIL = BB->getInstList();
298
299     for (BasicBlock::iterator BI = BB->begin(); BI != BB->end();) {
300       Instruction *I = *BI;
301
302       if (CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(I)) {
303         if (CI->getCalledValue() == Malloc) {      // Replace call to malloc?
304           MallocInst *MallocI = new MallocInst(PtrSByte, CI->getOperand(1),
305                                                CI->getName());
306           CI->setName("");
307           BI = BIL.insert(BI, MallocI)+1;
308           ReplaceInstWithInst(BIL, BI, new CastInst(MallocI, PtrSByte));
309           Changed = true;
310           continue;  // Skip the ++BI
311         } else if (CI->getCalledValue() == Free) { // Replace call to free?
312           ReplaceInstWithInst(BIL, BI, new FreeInst(CI->getOperand(1)));
313           Changed = true;
314           continue;  // Skip the ++BI
315         }
316       }
317
318       ++BI;
319     }
320   }
321
322   return Changed;
323 }
324
325
326 // FixCastsAndPHIs - The LLVM GCC has a tendancy to intermix Cast instructions
327 // in with the PHI nodes.  These cast instructions are potentially there for two
328 // different reasons:
329 //
330 //   1. The cast could be for an early PHI, and be accidentally inserted before
331 //      another PHI node.  In this case, the PHI node should be moved to the end
332 //      of the PHI nodes in the basic block.  We know that it is this case if
333 //      the source for the cast is a PHI node in this basic block.
334 //
335 //   2. If not #1, the cast must be a source argument for one of the PHI nodes
336 //      in the current basic block.  If this is the case, the cast should be
337 //      lifted into the basic block for the appropriate predecessor. 
338 //
339 static inline bool FixCastsAndPHIs(BasicBlock *BB) {
340   bool Changed = false;
341
342   BasicBlock::iterator InsertPos = BB->begin();
343
344   // Find the end of the interesting instructions...
345   while (isa<PHINode>(*InsertPos) || isa<CastInst>(*InsertPos)) ++InsertPos;
346
347   // Back the InsertPos up to right after the last PHI node.
348   while (InsertPos != BB->begin() && isa<CastInst>(*(InsertPos-1))) --InsertPos;
349
350   // No PHI nodes, quick exit.
351   if (InsertPos == BB->begin()) return false;
352
353   // Loop over all casts trapped between the PHI's...
354   BasicBlock::iterator I = BB->begin();
355   while (I != InsertPos) {
356     if (CastInst *CI = dyn_cast<CastInst>(*I)) { // Fix all cast instructions
357       Value *Src = CI->getOperand(0);
358
359       // Move the cast instruction to the current insert position...
360       --InsertPos;            // New position for cast to go...
361       swap(*InsertPos, *I);   // Cast goes down, PHI goes up
362
363       if (isa<PHINode>(Src) &&                                // Handle case #1
364           cast<PHINode>(Src)->getParent() == BB) {
365         // We're done for case #1
366       } else {                                                // Handle case #2
367         // In case #2, we have to do a few things:
368         //   1. Remove the cast from the current basic block.
369         //   2. Identify the PHI node that the cast is for.
370         //   3. Find out which predecessor the value is for.
371         //   4. Move the cast to the end of the basic block that it SHOULD be
372         //
373
374         // Remove the cast instruction from the basic block.  The remove only
375         // invalidates iterators in the basic block that are AFTER the removed
376         // element.  Because we just moved the CastInst to the InsertPos, no
377         // iterators get invalidated.
378         //
379         BB->getInstList().remove(InsertPos);
380
381         // Find the PHI node.  Since this cast was generated specifically for a
382         // PHI node, there can only be a single PHI node using it.
383         //
384         assert(CI->use_size() == 1 && "Exactly one PHI node should use cast!");
385         PHINode *PN = cast<PHINode>(*CI->use_begin());
386
387         // Find out which operand of the PHI it is...
388         unsigned i;
389         for (i = 0; i < PN->getNumIncomingValues(); ++i)
390           if (PN->getIncomingValue(i) == CI)
391             break;
392         assert(i != PN->getNumIncomingValues() && "PHI doesn't use cast!");
393
394         // Get the predecessor the value is for...
395         BasicBlock *Pred = PN->getIncomingBlock(i);
396
397         // Reinsert the cast right before the terminator in Pred.
398         Pred->getInstList().insert(Pred->end()-1, CI);
399       }
400     } else {
401       ++I;
402     }
403   }
404
405
406   return Changed;
407 }
408
409 // RefactorPredecessor - When we find out that a basic block is a repeated
410 // predecessor in a PHI node, we have to refactor the method until there is at
411 // most a single instance of a basic block in any predecessor list.
412 //
413 static inline void RefactorPredecessor(BasicBlock *BB, BasicBlock *Pred) {
414   Method *M = BB->getParent();
415   assert(find(BB->pred_begin(), BB->pred_end(), Pred) != BB->pred_end() &&
416          "Pred is not a predecessor of BB!");
417
418   // Create a new basic block, adding it to the end of the method.
419   BasicBlock *NewBB = new BasicBlock("", M);
420
421   // Add an unconditional branch to BB to the new block.
422   NewBB->getInstList().push_back(new BranchInst(BB));
423
424   // Get the terminator that causes a branch to BB from Pred.
425   TerminatorInst *TI = Pred->getTerminator();
426
427   // Find the first use of BB in the terminator...
428   User::op_iterator OI = find(TI->op_begin(), TI->op_end(), BB);
429   assert(OI != TI->op_end() && "Pred does not branch to BB!!!");
430
431   // Change the use of BB to point to the new stub basic block
432   *OI = NewBB;
433
434   // Now we need to loop through all of the PHI nodes in BB and convert their
435   // first incoming value for Pred to reference the new basic block instead.
436   //
437   for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(); 
438        PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(*I); ++I) {
439     int BBIdx = PN->getBasicBlockIndex(Pred);
440     assert(BBIdx != -1 && "PHI node doesn't have an entry for Pred!");
441
442     // The value that used to look like it came from Pred now comes from NewBB
443     PN->setIncomingBlock((unsigned)BBIdx, NewBB);
444   }
445 }
446
447
448 // CheckIncomingValueFor - Make sure that the specified PHI node has an entry
449 // for the provided basic block.  If it doesn't, add one and return true.
450 //
451 static inline void CheckIncomingValueFor(PHINode *PN, BasicBlock *BB) {
452   if (PN->getBasicBlockIndex(BB) != -1) return;  // Already has value
453
454   Value      *NewVal = 0;
455   const Type *Ty = PN->getType();
456
457   if (const PointerType *PT = dyn_cast<PointerType>(Ty))
458     NewVal = ConstantPointerNull::get(PT);
459   else if (Ty == Type::BoolTy)
460     NewVal = ConstantBool::True;
461   else if (Ty == Type::FloatTy || Ty == Type::DoubleTy)
462     NewVal = ConstantFP::get(Ty, 42);
463   else if (Ty->isIntegral())
464     NewVal = ConstantInt::get(Ty, 42);
465
466   assert(NewVal && "Unknown PHI node type!");
467   PN->addIncoming(NewVal, BB);
468
469
470 // fixLocalProblems - Loop through the method and fix problems with the PHI
471 // nodes in the current method.  The two problems that are handled are:
472 //
473 //  1. PHI nodes with multiple entries for the same predecessor.  GCC sometimes
474 //     generates code that looks like this:
475 //
476 //  bb7:  br bool %cond1004, label %bb8, label %bb8
477 //  bb8: %reg119 = phi uint [ 0, %bb7 ], [ 1, %bb7 ]
478 //     
479 //     which is completely illegal LLVM code.  To compensate for this, we insert
480 //     an extra basic block, and convert the code to look like this:
481 //
482 //  bb7: br bool %cond1004, label %bbX, label %bb8
483 //  bbX: br label bb8
484 //  bb8: %reg119 = phi uint [ 0, %bbX ], [ 1, %bb7 ]
485 //
486 //
487 //  2. PHI nodes with fewer arguments than predecessors.
488 //     These can be generated by GCC if a variable is uninitalized over a path
489 //     in the CFG.  We fix this by adding an entry for the missing predecessors
490 //     that is initialized to either 42 for a numeric/FP value, or null if it's
491 //     a pointer value. This problem can be generated by code that looks like
492 //     this:
493 //         int foo(int y) {
494 //           int X;
495 //           if (y) X = 1;
496 //           return X;
497 //         }
498 //
499 static bool fixLocalProblems(Method *M) {
500   bool Changed = false;
501   // Don't use iterators because invalidation gets messy...
502   for (unsigned MI = 0; MI < M->size(); ++MI) {
503     BasicBlock *BB = M->getBasicBlocks()[MI];
504
505     Changed |= FixCastsAndPHIs(BB);
506
507     if (isa<PHINode>(BB->front())) {
508       const vector<BasicBlock*> Preds(BB->pred_begin(), BB->pred_end());
509
510       // Handle Problem #1.  Sort the list of predecessors so that it is easy to
511       // decide whether or not duplicate predecessors exist.
512       vector<BasicBlock*> SortedPreds(Preds);
513       sort(SortedPreds.begin(), SortedPreds.end());
514
515       // Loop over the predecessors, looking for adjacent BB's that are equal.
516       BasicBlock *LastOne = 0;
517       for (unsigned i = 0; i < Preds.size(); ++i) {
518         if (SortedPreds[i] == LastOne) {   // Found a duplicate.
519           RefactorPredecessor(BB, SortedPreds[i]);
520           Changed = true;
521         }
522         LastOne = SortedPreds[i];
523       }
524
525       // Loop over all of the PHI nodes in the current BB.  These PHI nodes are
526       // guaranteed to be at the beginning of the basic block.
527       //
528       for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(); 
529            PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(*I); ++I) {
530         
531         // Handle problem #2.
532         if (PN->getNumIncomingValues() != Preds.size()) {
533           assert(PN->getNumIncomingValues() <= Preds.size() &&
534                  "Can't handle extra arguments to PHI nodes!");
535           for (unsigned i = 0; i < Preds.size(); ++i)
536             CheckIncomingValueFor(PN, Preds[i]);
537           Changed = true;
538         }
539       }
540     }
541   }
542   return Changed;
543 }
544
545
546
547
548 // doPerMethodWork - This method simplifies the specified method hopefully.
549 //
550 bool CleanupGCCOutput::doPerMethodWork(Method *M) {
551   bool Changed = fixLocalProblems(M);
552   while (doOneCleanupPass(M)) Changed = true;
553
554   FUT.doPerMethodWork(M);
555   return Changed;
556 }
557
558 bool CleanupGCCOutput::doPassFinalization(Module *M) {
559   bool Changed = false;
560   FUT.doPassFinalization(M);
561
562   if (M->hasSymbolTable()) {
563     SymbolTable *ST = M->getSymbolTable();
564     const set<const Type *> &UsedTypes = FUT.getTypes();
565
566     // Check the symbol table for superfluous type entries that aren't used in
567     // the program
568     //
569     // Grab the 'type' plane of the module symbol...
570     SymbolTable::iterator STI = ST->find(Type::TypeTy);
571     if (STI != ST->end()) {
572       // Loop over all entries in the type plane...
573       SymbolTable::VarMap &Plane = STI->second;
574       for (SymbolTable::VarMap::iterator PI = Plane.begin(); PI != Plane.end();)
575         if (!UsedTypes.count(cast<Type>(PI->second))) {
576 #if MAP_IS_NOT_BRAINDEAD
577           PI = Plane.erase(PI);     // STD C++ Map should support this!
578 #else
579           Plane.erase(PI);          // Alas, GCC 2.95.3 doesn't  *SIGH*
580           PI = Plane.begin();       // N^2 algorithms are fun.  :(
581 #endif
582           Changed = true;
583         } else {
584           ++PI;
585         }
586     }
587   }
588   return Changed;
589 }