Renamed inst_const_iterator -> const_inst_iterator
[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 *PtrArrSByte = 0; // '[sbyte]*' type
28 static const Type *PtrSByte = 0;    // 'sbyte*' type
29
30 // ConvertCallTo - Convert a call to a varargs function with no arg types
31 // specified to a concrete nonvarargs method.
32 //
33 static void ConvertCallTo(CallInst *CI, Method *Dest) {
34   const MethodType::ParamTypes &ParamTys =
35     Dest->getMethodType()->getParamTypes();
36   BasicBlock *BB = CI->getParent();
37
38   // Get an iterator to where we want to insert cast instructions if the
39   // argument types don't agree.
40   //
41   BasicBlock::iterator BBI = find(BB->begin(), BB->end(), CI);
42   assert(BBI != BB->end() && "CallInst not in parent block?");
43
44   assert(CI->getNumOperands()-1 == ParamTys.size()&&
45          "Method calls resolved funny somehow, incompatible number of args");
46
47   vector<Value*> Params;
48
49   // Convert all of the call arguments over... inserting cast instructions if
50   // the types are not compatible.
51   for (unsigned i = 1; i < CI->getNumOperands(); ++i) {
52     Value *V = CI->getOperand(i);
53
54     if (V->getType() != ParamTys[i-1]) { // Must insert a cast...
55       Instruction *Cast = new CastInst(V, ParamTys[i-1]);
56       BBI = BB->getInstList().insert(BBI, Cast)+1;
57       V = Cast;
58     }
59
60     Params.push_back(V);
61   }
62
63   // Replace the old call instruction with a new call instruction that calls
64   // the real method.
65   //
66   ReplaceInstWithInst(BB->getInstList(), BBI, new CallInst(Dest, Params));
67 }
68
69
70 // PatchUpMethodReferences - Go over the methods that are in the module and
71 // look for methods that have the same name.  More often than not, there will
72 // be things like:
73 //    void "foo"(...)
74 //    void "foo"(int, int)
75 // because of the way things are declared in C.  If this is the case, patch
76 // things up.
77 //
78 bool CleanupGCCOutput::PatchUpMethodReferences(Module *M) {
79   SymbolTable *ST = M->getSymbolTable();
80   if (!ST) return false;
81
82   map<string, vector<Method*> > Methods;
83
84   // Loop over the entries in the symbol table. If an entry is a method pointer,
85   // then add it to the Methods map.  We do a two pass algorithm here to avoid
86   // problems with iterators getting invalidated if we did a one pass scheme.
87   //
88   for (SymbolTable::iterator I = ST->begin(), E = ST->end(); I != E; ++I)
89     if (const PointerType *PT = dyn_cast<PointerType>(I->first))
90       if (const MethodType *MT = dyn_cast<MethodType>(PT->getElementType())) {
91         SymbolTable::VarMap &Plane = I->second;
92         for (SymbolTable::type_iterator PI = Plane.begin(), PE = Plane.end();
93              PI != PE; ++PI) {
94           const string &Name = PI->first;
95           Method *M = cast<Method>(PI->second);
96           Methods[Name].push_back(M);          
97         }
98       }
99
100   bool Changed = false;
101
102   // Now we have a list of all methods with a particular name.  If there is more
103   // than one entry in a list, merge the methods together.
104   //
105   for (map<string, vector<Method*> >::iterator I = Methods.begin(), 
106          E = Methods.end(); I != E; ++I) {
107     vector<Method*> &Methods = I->second;
108     Method *Implementation = 0;     // Find the implementation
109     Method *Concrete = 0;
110     for (unsigned i = 0; i < Methods.size(); ) {
111       if (!Methods[i]->isExternal()) {  // Found an implementation
112         assert(Implementation == 0 && "Multiple definitions of the same"
113                " method. Case not handled yet!");
114         Implementation = Methods[i];
115       } else {
116         // Ignore methods that are never used so they don't cause spurious
117         // warnings... here we will actually DCE the function so that it isn't
118         // used later.
119         //
120         if (Methods[i]->use_size() == 0) {
121           M->getMethodList().remove(Methods[i]);
122           delete Methods[i];
123           Methods.erase(Methods.begin()+i);
124           Changed = true;
125           continue;
126         }
127       }
128       
129       if (Methods[i] && (!Methods[i]->getMethodType()->isVarArg() ||
130                          Methods[i]->getMethodType()->getParamTypes().size())) {
131         if (Concrete) {  // Found two different methods types.  Can't choose
132           Concrete = 0;
133           break;
134         }
135         Concrete = Methods[i];
136       }
137       ++i;
138     }
139
140     if (Methods.size() > 1) {         // Found a multiply defined method.
141       // We should find exactly one non-vararg method definition, which is
142       // probably the implementation.  Change all of the method definitions
143       // and uses to use it instead.
144       //
145       if (!Concrete) {
146         cerr << "Warning: Found methods types that are not compatible:\n";
147         for (unsigned i = 0; i < Methods.size(); ++i) {
148           cerr << "\t" << Methods[i]->getType()->getDescription() << " %"
149                << Methods[i]->getName() << endl;
150         }
151         cerr << "  No linkage of methods named '" << Methods[0]->getName()
152              << "' performed!\n";
153       } else {
154         for (unsigned i = 0; i < Methods.size(); ++i)
155           if (Methods[i] != Concrete) {
156             Method *Old = Methods[i];
157             assert(Old->getReturnType() == Concrete->getReturnType() &&
158                    "Differing return types not handled yet!");
159             assert(Old->getMethodType()->getParamTypes().size() == 0 &&
160                    "Cannot handle varargs fn's with specified element types!");
161             
162             // Attempt to convert all of the uses of the old method to the
163             // concrete form of the method.  If there is a use of the method
164             // that we don't understand here we punt to avoid making a bad
165             // transformation.
166             //
167             // At this point, we know that the return values are the same for
168             // our two functions and that the Old method has no varargs methods
169             // specified.  In otherwords it's just <retty> (...)
170             //
171             for (unsigned i = 0; i < Old->use_size(); ) {
172               User *U = *(Old->use_begin()+i);
173               if (CastInst *CI = dyn_cast<CastInst>(U)) {
174                 // Convert casts directly
175                 assert(CI->getOperand(0) == Old);
176                 CI->setOperand(0, Concrete);
177                 Changed = true;
178               } else if (CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(U)) {
179                 // Can only fix up calls TO the argument, not args passed in.
180                 if (CI->getCalledValue() == Old) {
181                   ConvertCallTo(CI, Concrete);
182                   Changed = true;
183                 } else {
184                   cerr << "Couldn't cleanup this function call, must be an"
185                        << " argument or something!" << CI;
186                   ++i;
187                 }
188               } else {
189                 cerr << "Cannot convert use of method: " << U << endl;
190                 ++i;
191               }
192             }
193           }
194         }
195     }
196   }
197
198   return Changed;
199 }
200
201
202 // ShouldNukSymtabEntry - Return true if this module level symbol table entry
203 // should be eliminated.
204 //
205 static inline bool ShouldNukeSymtabEntry(const pair<string, Value*> &E) {
206   // Nuke all names for primitive types!
207   if (cast<Type>(E.second)->isPrimitiveType()) return true;
208
209   // Nuke all pointers to primitive types as well...
210   if (const PointerType *PT = dyn_cast<PointerType>(E.second))
211     if (PT->getElementType()->isPrimitiveType()) return true;
212
213   // The only types that could contain .'s in the program are things generated
214   // by GCC itself, including "complex.float" and friends.  Nuke them too.
215   if (E.first.find('.') != string::npos) return true;
216
217   return false;
218 }
219
220 // doPassInitialization - For this pass, it removes global symbol table
221 // entries for primitive types.  These are never used for linking in GCC and
222 // they make the output uglier to look at, so we nuke them.
223 //
224 bool CleanupGCCOutput::doPassInitialization(Module *M) {
225   bool Changed = false;
226
227   FUT.doPassInitialization(M);
228
229   if (PtrArrSByte == 0) {
230     PtrArrSByte = PointerType::get(ArrayType::get(Type::SByteTy));
231     PtrSByte    = PointerType::get(Type::SByteTy);
232   }
233
234   if (M->hasSymbolTable()) {
235     SymbolTable *ST = M->getSymbolTable();
236
237     // Go over the methods that are in the module and look for methods that have
238     // the same name.  More often than not, there will be things like:
239     // void "foo"(...)  and void "foo"(int, int) because of the way things are
240     // declared in C.  If this is the case, patch things up.
241     //
242     Changed |= PatchUpMethodReferences(M);
243
244
245     // If the module has a symbol table, they might be referring to the malloc
246     // and free functions.  If this is the case, grab the method pointers that 
247     // the module is using.
248     //
249     // Lookup %malloc and %free in the symbol table, for later use.  If they
250     // don't exist, or are not external, we do not worry about converting calls
251     // to that function into the appropriate instruction.
252     //
253     const PointerType *MallocType =   // Get the type for malloc
254       PointerType::get(MethodType::get(PointerType::get(Type::SByteTy),
255                                   vector<const Type*>(1, Type::UIntTy), false));
256     Malloc = cast_or_null<Method>(ST->lookup(MallocType, "malloc"));
257     if (Malloc && !Malloc->isExternal())
258       Malloc = 0;  // Don't mess with locally defined versions of the fn
259
260     const PointerType *FreeType =     // Get the type for free
261       PointerType::get(MethodType::get(Type::VoidTy,
262                vector<const Type*>(1, PointerType::get(Type::SByteTy)), false));
263     Free = cast_or_null<Method>(ST->lookup(FreeType, "free"));
264     if (Free && !Free->isExternal())
265       Free = 0;  // Don't mess with locally defined versions of the fn
266     
267
268     // Check the symbol table for superfluous type entries...
269     //
270     // Grab the 'type' plane of the module symbol...
271     SymbolTable::iterator STI = ST->find(Type::TypeTy);
272     if (STI != ST->end()) {
273       // Loop over all entries in the type plane...
274       SymbolTable::VarMap &Plane = STI->second;
275       for (SymbolTable::VarMap::iterator PI = Plane.begin(); PI != Plane.end();)
276         if (ShouldNukeSymtabEntry(*PI)) {    // Should we remove this entry?
277 #if MAP_IS_NOT_BRAINDEAD
278           PI = Plane.erase(PI);     // STD C++ Map should support this!
279 #else
280           Plane.erase(PI);          // Alas, GCC 2.95.3 doesn't  *SIGH*
281           PI = Plane.begin();
282 #endif
283           Changed = true;
284         } else {
285           ++PI;
286         }
287     }
288   }
289
290   return Changed;
291 }
292
293
294 // doOneCleanupPass - Do one pass over the input method, fixing stuff up.
295 //
296 bool CleanupGCCOutput::doOneCleanupPass(Method *M) {
297   bool Changed = false;
298   for (Method::iterator MI = M->begin(), ME = M->end(); MI != ME; ++MI) {
299     BasicBlock *BB = *MI;
300     BasicBlock::InstListType &BIL = BB->getInstList();
301
302     for (BasicBlock::iterator BI = BB->begin(); BI != BB->end();) {
303       Instruction *I = *BI;
304
305       if (CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(I)) {
306         if (CI->getCalledValue() == Malloc) {      // Replace call to malloc?
307           MallocInst *MallocI = new MallocInst(PtrArrSByte, CI->getOperand(1),
308                                                CI->getName());
309           CI->setName("");
310           BI = BIL.insert(BI, MallocI)+1;
311           ReplaceInstWithInst(BIL, BI, new CastInst(MallocI, PtrSByte));
312           Changed = true;
313           continue;  // Skip the ++BI
314         } else if (CI->getCalledValue() == Free) { // Replace call to free?
315           ReplaceInstWithInst(BIL, BI, new FreeInst(CI->getOperand(1)));
316           Changed = true;
317           continue;  // Skip the ++BI
318         }
319       }
320
321       ++BI;
322     }
323   }
324
325   return Changed;
326 }
327
328
329 // FixCastsAndPHIs - The LLVM GCC has a tendancy to intermix Cast instructions
330 // in with the PHI nodes.  These cast instructions are potentially there for two
331 // different reasons:
332 //
333 //   1. The cast could be for an early PHI, and be accidentally inserted before
334 //      another PHI node.  In this case, the PHI node should be moved to the end
335 //      of the PHI nodes in the basic block.  We know that it is this case if
336 //      the source for the cast is a PHI node in this basic block.
337 //
338 //   2. If not #1, the cast must be a source argument for one of the PHI nodes
339 //      in the current basic block.  If this is the case, the cast should be
340 //      lifted into the basic block for the appropriate predecessor. 
341 //
342 static inline bool FixCastsAndPHIs(BasicBlock *BB) {
343   bool Changed = false;
344
345   BasicBlock::iterator InsertPos = BB->begin();
346
347   // Find the end of the interesting instructions...
348   while (isa<PHINode>(*InsertPos) || isa<CastInst>(*InsertPos)) ++InsertPos;
349
350   // Back the InsertPos up to right after the last PHI node.
351   while (InsertPos != BB->begin() && isa<CastInst>(*(InsertPos-1))) --InsertPos;
352
353   // No PHI nodes, quick exit.
354   if (InsertPos == BB->begin()) return false;
355
356   // Loop over all casts trapped between the PHI's...
357   BasicBlock::iterator I = BB->begin();
358   while (I != InsertPos) {
359     if (CastInst *CI = dyn_cast<CastInst>(*I)) { // Fix all cast instructions
360       Value *Src = CI->getOperand(0);
361
362       // Move the cast instruction to the current insert position...
363       --InsertPos;            // New position for cast to go...
364       swap(*InsertPos, *I);   // Cast goes down, PHI goes up
365
366       if (isa<PHINode>(Src) &&                                // Handle case #1
367           cast<PHINode>(Src)->getParent() == BB) {
368         // We're done for case #1
369       } else {                                                // Handle case #2
370         // In case #2, we have to do a few things:
371         //   1. Remove the cast from the current basic block.
372         //   2. Identify the PHI node that the cast is for.
373         //   3. Find out which predecessor the value is for.
374         //   4. Move the cast to the end of the basic block that it SHOULD be
375         //
376
377         // Remove the cast instruction from the basic block.  The remove only
378         // invalidates iterators in the basic block that are AFTER the removed
379         // element.  Because we just moved the CastInst to the InsertPos, no
380         // iterators get invalidated.
381         //
382         BB->getInstList().remove(InsertPos);
383
384         // Find the PHI node.  Since this cast was generated specifically for a
385         // PHI node, there can only be a single PHI node using it.
386         //
387         assert(CI->use_size() == 1 && "Exactly one PHI node should use cast!");
388         PHINode *PN = cast<PHINode>(*CI->use_begin());
389
390         // Find out which operand of the PHI it is...
391         unsigned i;
392         for (i = 0; i < PN->getNumIncomingValues(); ++i)
393           if (PN->getIncomingValue(i) == CI)
394             break;
395         assert(i != PN->getNumIncomingValues() && "PHI doesn't use cast!");
396
397         // Get the predecessor the value is for...
398         BasicBlock *Pred = PN->getIncomingBlock(i);
399
400         // Reinsert the cast right before the terminator in Pred.
401         Pred->getInstList().insert(Pred->end()-1, CI);
402       }
403     } else {
404       ++I;
405     }
406   }
407
408
409   return Changed;
410 }
411
412 // RefactorPredecessor - When we find out that a basic block is a repeated
413 // predecessor in a PHI node, we have to refactor the method until there is at
414 // most a single instance of a basic block in any predecessor list.
415 //
416 static inline void RefactorPredecessor(BasicBlock *BB, BasicBlock *Pred) {
417   Method *M = BB->getParent();
418   assert(find(BB->pred_begin(), BB->pred_end(), Pred) != BB->pred_end() &&
419          "Pred is not a predecessor of BB!");
420
421   // Create a new basic block, adding it to the end of the method.
422   BasicBlock *NewBB = new BasicBlock("", M);
423
424   // Add an unconditional branch to BB to the new block.
425   NewBB->getInstList().push_back(new BranchInst(BB));
426
427   // Get the terminator that causes a branch to BB from Pred.
428   TerminatorInst *TI = Pred->getTerminator();
429
430   // Find the first use of BB in the terminator...
431   User::op_iterator OI = find(TI->op_begin(), TI->op_end(), BB);
432   assert(OI != TI->op_end() && "Pred does not branch to BB!!!");
433
434   // Change the use of BB to point to the new stub basic block
435   *OI = NewBB;
436
437   // Now we need to loop through all of the PHI nodes in BB and convert their
438   // first incoming value for Pred to reference the new basic block instead.
439   //
440   for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(); 
441        PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(*I); ++I) {
442     int BBIdx = PN->getBasicBlockIndex(Pred);
443     assert(BBIdx != -1 && "PHI node doesn't have an entry for Pred!");
444
445     // The value that used to look like it came from Pred now comes from NewBB
446     PN->setIncomingBlock((unsigned)BBIdx, NewBB);
447   }
448 }
449
450
451 // CheckIncomingValueFor - Make sure that the specified PHI node has an entry
452 // for the provided basic block.  If it doesn't, add one and return true.
453 //
454 static inline void CheckIncomingValueFor(PHINode *PN, BasicBlock *BB) {
455   if (PN->getBasicBlockIndex(BB) != -1) return;  // Already has value
456
457   Value      *NewVal = 0;
458   const Type *Ty = PN->getType();
459
460   if (const PointerType *PT = dyn_cast<PointerType>(Ty))
461     NewVal = ConstantPointerNull::get(PT);
462   else if (Ty == Type::BoolTy)
463     NewVal = ConstantBool::True;
464   else if (Ty == Type::FloatTy || Ty == Type::DoubleTy)
465     NewVal = ConstantFP::get(Ty, 42);
466   else if (Ty->isIntegral())
467     NewVal = ConstantInt::get(Ty, 42);
468
469   assert(NewVal && "Unknown PHI node type!");
470   PN->addIncoming(NewVal, BB);
471
472
473 // fixLocalProblems - Loop through the method and fix problems with the PHI
474 // nodes in the current method.  The two problems that are handled are:
475 //
476 //  1. PHI nodes with multiple entries for the same predecessor.  GCC sometimes
477 //     generates code that looks like this:
478 //
479 //  bb7:  br bool %cond1004, label %bb8, label %bb8
480 //  bb8: %reg119 = phi uint [ 0, %bb7 ], [ 1, %bb7 ]
481 //     
482 //     which is completely illegal LLVM code.  To compensate for this, we insert
483 //     an extra basic block, and convert the code to look like this:
484 //
485 //  bb7: br bool %cond1004, label %bbX, label %bb8
486 //  bbX: br label bb8
487 //  bb8: %reg119 = phi uint [ 0, %bbX ], [ 1, %bb7 ]
488 //
489 //
490 //  2. PHI nodes with fewer arguments than predecessors.
491 //     These can be generated by GCC if a variable is uninitalized over a path
492 //     in the CFG.  We fix this by adding an entry for the missing predecessors
493 //     that is initialized to either 42 for a numeric/FP value, or null if it's
494 //     a pointer value. This problem can be generated by code that looks like
495 //     this:
496 //         int foo(int y) {
497 //           int X;
498 //           if (y) X = 1;
499 //           return X;
500 //         }
501 //
502 static bool fixLocalProblems(Method *M) {
503   bool Changed = false;
504   // Don't use iterators because invalidation gets messy...
505   for (unsigned MI = 0; MI < M->size(); ++MI) {
506     BasicBlock *BB = M->getBasicBlocks()[MI];
507
508     Changed |= FixCastsAndPHIs(BB);
509
510     if (isa<PHINode>(BB->front())) {
511       const vector<BasicBlock*> Preds(BB->pred_begin(), BB->pred_end());
512
513       // Handle Problem #1.  Sort the list of predecessors so that it is easy to
514       // decide whether or not duplicate predecessors exist.
515       vector<BasicBlock*> SortedPreds(Preds);
516       sort(SortedPreds.begin(), SortedPreds.end());
517
518       // Loop over the predecessors, looking for adjacent BB's that are equal.
519       BasicBlock *LastOne = 0;
520       for (unsigned i = 0; i < Preds.size(); ++i) {
521         if (SortedPreds[i] == LastOne) {   // Found a duplicate.
522           RefactorPredecessor(BB, SortedPreds[i]);
523           Changed = true;
524         }
525         LastOne = SortedPreds[i];
526       }
527
528       // Loop over all of the PHI nodes in the current BB.  These PHI nodes are
529       // guaranteed to be at the beginning of the basic block.
530       //
531       for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(); 
532            PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(*I); ++I) {
533         
534         // Handle problem #2.
535         if (PN->getNumIncomingValues() != Preds.size()) {
536           assert(PN->getNumIncomingValues() <= Preds.size() &&
537                  "Can't handle extra arguments to PHI nodes!");
538           for (unsigned i = 0; i < Preds.size(); ++i)
539             CheckIncomingValueFor(PN, Preds[i]);
540           Changed = true;
541         }
542       }
543     }
544   }
545   return Changed;
546 }
547
548
549
550
551 // doPerMethodWork - This method simplifies the specified method hopefully.
552 //
553 bool CleanupGCCOutput::doPerMethodWork(Method *M) {
554   bool Changed = fixLocalProblems(M);
555   while (doOneCleanupPass(M)) Changed = true;
556
557   FUT.doPerMethodWork(M);
558   return Changed;
559 }
560
561 bool CleanupGCCOutput::doPassFinalization(Module *M) {
562   bool Changed = false;
563   FUT.doPassFinalization(M);
564
565   if (M->hasSymbolTable()) {
566     SymbolTable *ST = M->getSymbolTable();
567     const set<const Type *> &UsedTypes = FUT.getTypes();
568
569     // Check the symbol table for superfluous type entries that aren't used in
570     // the program
571     //
572     // Grab the 'type' plane of the module symbol...
573     SymbolTable::iterator STI = ST->find(Type::TypeTy);
574     if (STI != ST->end()) {
575       // Loop over all entries in the type plane...
576       SymbolTable::VarMap &Plane = STI->second;
577       for (SymbolTable::VarMap::iterator PI = Plane.begin(); PI != Plane.end();)
578         if (!UsedTypes.count(cast<Type>(PI->second))) {
579 #if MAP_IS_NOT_BRAINDEAD
580           PI = Plane.erase(PI);     // STD C++ Map should support this!
581 #else
582           Plane.erase(PI);          // Alas, GCC 2.95.3 doesn't  *SIGH*
583           PI = Plane.begin();       // N^2 algorithms are fun.  :(
584 #endif
585           Changed = true;
586         } else {
587           ++PI;
588         }
589     }
590   }
591   return Changed;
592 }