Implement a couple of memcmp folds from the todo list
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / IPO / SimplifyLibCalls.cpp
1 //===- SimplifyLibCalls.cpp - Optimize specific well-known library calls --===//
2 //
3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
4 //
5 // This file was developed by Reid Spencer and is distributed under the
6 // University of Illinois Open Source License. See LICENSE.TXT for details.
7 //
8 //===----------------------------------------------------------------------===//
9 //
10 // This file implements a module pass that applies a variety of small
11 // optimizations for calls to specific well-known function calls (e.g. runtime
12 // library functions). For example, a call to the function "exit(3)" that
13 // occurs within the main() function can be transformed into a simple "return 3"
14 // instruction. Any optimization that takes this form (replace call to library
15 // function with simpler code that provides the same result) belongs in this
16 // file.
17 //
18 //===----------------------------------------------------------------------===//
19
20 #define DEBUG_TYPE "simplify-libcalls"
21 #include "llvm/Constants.h"
22 #include "llvm/DerivedTypes.h"
23 #include "llvm/Instructions.h"
24 #include "llvm/Module.h"
25 #include "llvm/Pass.h"
26 #include "llvm/ADT/hash_map"
27 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
28 #include "llvm/Support/Debug.h"
29 #include "llvm/Target/TargetData.h"
30 #include "llvm/Transforms/IPO.h"
31 #include <iostream>
32 using namespace llvm;
33
34 namespace {
35
36 /// This statistic keeps track of the total number of library calls that have
37 /// been simplified regardless of which call it is.
38 Statistic<> SimplifiedLibCalls("simplify-libcalls",
39   "Number of library calls simplified");
40
41 // Forward declarations
42 class LibCallOptimization;
43 class SimplifyLibCalls;
44
45 /// This hash map is populated by the constructor for LibCallOptimization class.
46 /// Therefore all subclasses are registered here at static initialization time
47 /// and this list is what the SimplifyLibCalls pass uses to apply the individual
48 /// optimizations to the call sites.
49 /// @brief The list of optimizations deriving from LibCallOptimization
50 static hash_map<std::string,LibCallOptimization*> optlist;
51
52 /// This class is the abstract base class for the set of optimizations that
53 /// corresponds to one library call. The SimplifyLibCalls pass will call the
54 /// ValidateCalledFunction method to ask the optimization if a given Function
55 /// is the kind that the optimization can handle. If the subclass returns true,
56 /// then SImplifyLibCalls will also call the OptimizeCall method to perform,
57 /// or attempt to perform, the optimization(s) for the library call. Otherwise,
58 /// OptimizeCall won't be called. Subclasses are responsible for providing the
59 /// name of the library call (strlen, strcpy, etc.) to the LibCallOptimization
60 /// constructor. This is used to efficiently select which call instructions to
61 /// optimize. The criteria for a "lib call" is "anything with well known
62 /// semantics", typically a library function that is defined by an international
63 /// standard. Because the semantics are well known, the optimizations can
64 /// generally short-circuit actually calling the function if there's a simpler
65 /// way (e.g. strlen(X) can be reduced to a constant if X is a constant global).
66 /// @brief Base class for library call optimizations
67 class LibCallOptimization
68 {
69 public:
70   /// The \p fname argument must be the name of the library function being
71   /// optimized by the subclass.
72   /// @brief Constructor that registers the optimization.
73   LibCallOptimization(const char* fname, const char* description )
74     : func_name(fname)
75 #ifndef NDEBUG
76     , occurrences("simplify-libcalls",description)
77 #endif
78   {
79     // Register this call optimizer in the optlist (a hash_map)
80     optlist[fname] = this;
81   }
82
83   /// @brief Deregister from the optlist
84   virtual ~LibCallOptimization() { optlist.erase(func_name); }
85
86   /// The implementation of this function in subclasses should determine if
87   /// \p F is suitable for the optimization. This method is called by
88   /// SimplifyLibCalls::runOnModule to short circuit visiting all the call
89   /// sites of such a function if that function is not suitable in the first
90   /// place.  If the called function is suitabe, this method should return true;
91   /// false, otherwise. This function should also perform any lazy
92   /// initialization that the LibCallOptimization needs to do, if its to return
93   /// true. This avoids doing initialization until the optimizer is actually
94   /// going to be called upon to do some optimization.
95   /// @brief Determine if the function is suitable for optimization
96   virtual bool ValidateCalledFunction(
97     const Function* F,    ///< The function that is the target of call sites
98     SimplifyLibCalls& SLC ///< The pass object invoking us
99   ) = 0;
100
101   /// The implementations of this function in subclasses is the heart of the
102   /// SimplifyLibCalls algorithm. Sublcasses of this class implement
103   /// OptimizeCall to determine if (a) the conditions are right for optimizing
104   /// the call and (b) to perform the optimization. If an action is taken
105   /// against ci, the subclass is responsible for returning true and ensuring
106   /// that ci is erased from its parent.
107   /// @brief Optimize a call, if possible.
108   virtual bool OptimizeCall(
109     CallInst* ci,          ///< The call instruction that should be optimized.
110     SimplifyLibCalls& SLC  ///< The pass object invoking us
111   ) = 0;
112
113   /// @brief Get the name of the library call being optimized
114   const char * getFunctionName() const { return func_name; }
115
116 #ifndef NDEBUG
117   /// @brief Called by SimplifyLibCalls to update the occurrences statistic.
118   void succeeded() { DEBUG(++occurrences); }
119 #endif
120
121 private:
122   const char* func_name; ///< Name of the library call we optimize
123 #ifndef NDEBUG
124   Statistic<> occurrences; ///< debug statistic (-debug-only=simplify-libcalls)
125 #endif
126 };
127
128 /// This class is an LLVM Pass that applies each of the LibCallOptimization
129 /// instances to all the call sites in a module, relatively efficiently. The
130 /// purpose of this pass is to provide optimizations for calls to well-known
131 /// functions with well-known semantics, such as those in the c library. The
132 /// class provides the basic infrastructure for handling runOnModule.  Whenever
133 /// this pass finds a function call, it asks the appropriate optimizer to
134 /// validate the call (ValidateLibraryCall). If it is validated, then
135 /// the OptimizeCall method is also called.
136 /// @brief A ModulePass for optimizing well-known function calls.
137 class SimplifyLibCalls : public ModulePass
138 {
139 public:
140   /// We need some target data for accurate signature details that are
141   /// target dependent. So we require target data in our AnalysisUsage.
142   /// @brief Require TargetData from AnalysisUsage.
143   virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage& Info) const
144   {
145     // Ask that the TargetData analysis be performed before us so we can use
146     // the target data.
147     Info.addRequired<TargetData>();
148   }
149
150   /// For this pass, process all of the function calls in the module, calling
151   /// ValidateLibraryCall and OptimizeCall as appropriate.
152   /// @brief Run all the lib call optimizations on a Module.
153   virtual bool runOnModule(Module &M)
154   {
155     reset(M);
156
157     bool result = false;
158
159     // The call optimizations can be recursive. That is, the optimization might
160     // generate a call to another function which can also be optimized. This way
161     // we make the LibCallOptimization instances very specific to the case they
162     // handle. It also means we need to keep running over the function calls in
163     // the module until we don't get any more optimizations possible.
164     bool found_optimization = false;
165     do
166     {
167       found_optimization = false;
168       for (Module::iterator FI = M.begin(), FE = M.end(); FI != FE; ++FI)
169       {
170         // All the "well-known" functions are external and have external linkage
171         // because they live in a runtime library somewhere and were (probably)
172         // not compiled by LLVM.  So, we only act on external functions that
173         // have external linkage and non-empty uses.
174         if (!FI->isExternal() || !FI->hasExternalLinkage() || FI->use_empty())
175           continue;
176
177         // Get the optimization class that pertains to this function
178         LibCallOptimization* CO = optlist[FI->getName().c_str()];
179         if (!CO)
180           continue;
181
182         // Make sure the called function is suitable for the optimization
183         if (!CO->ValidateCalledFunction(FI,*this))
184           continue;
185
186         // Loop over each of the uses of the function
187         for (Value::use_iterator UI = FI->use_begin(), UE = FI->use_end();
188              UI != UE ; )
189         {
190           // If the use of the function is a call instruction
191           if (CallInst* CI = dyn_cast<CallInst>(*UI++))
192           {
193             // Do the optimization on the LibCallOptimization.
194             if (CO->OptimizeCall(CI,*this))
195             {
196               ++SimplifiedLibCalls;
197               found_optimization = result = true;
198 #ifndef NDEBUG
199               CO->succeeded();
200 #endif
201             }
202           }
203         }
204       }
205     } while (found_optimization);
206     return result;
207   }
208
209   /// @brief Return the *current* module we're working on.
210   Module* getModule() const { return M; }
211
212   /// @brief Return the *current* target data for the module we're working on.
213   TargetData* getTargetData() const { return TD; }
214
215   /// @brief Return the size_t type -- syntactic shortcut
216   const Type* getIntPtrType() const { return TD->getIntPtrType(); }
217
218   /// @brief Return a Function* for the fputc libcall
219   Function* get_fputc(const Type* FILEptr_type)
220   {
221     if (!fputc_func)
222     {
223       std::vector<const Type*> args;
224       args.push_back(Type::IntTy);
225       args.push_back(FILEptr_type);
226       FunctionType* fputc_type =
227         FunctionType::get(Type::IntTy, args, false);
228       fputc_func = M->getOrInsertFunction("fputc",fputc_type);
229     }
230     return fputc_func;
231   }
232
233   /// @brief Return a Function* for the fwrite libcall
234   Function* get_fwrite(const Type* FILEptr_type)
235   {
236     if (!fwrite_func)
237     {
238       std::vector<const Type*> args;
239       args.push_back(PointerType::get(Type::SByteTy));
240       args.push_back(TD->getIntPtrType());
241       args.push_back(TD->getIntPtrType());
242       args.push_back(FILEptr_type);
243       FunctionType* fwrite_type =
244         FunctionType::get(TD->getIntPtrType(), args, false);
245       fwrite_func = M->getOrInsertFunction("fwrite",fwrite_type);
246     }
247     return fwrite_func;
248   }
249
250   /// @brief Return a Function* for the sqrt libcall
251   Function* get_sqrt()
252   {
253     if (!sqrt_func)
254     {
255       std::vector<const Type*> args;
256       args.push_back(Type::DoubleTy);
257       FunctionType* sqrt_type =
258         FunctionType::get(Type::DoubleTy, args, false);
259       sqrt_func = M->getOrInsertFunction("sqrt",sqrt_type);
260     }
261     return sqrt_func;
262   }
263
264   /// @brief Return a Function* for the strlen libcall
265   Function* get_strcpy()
266   {
267     if (!strcpy_func)
268     {
269       std::vector<const Type*> args;
270       args.push_back(PointerType::get(Type::SByteTy));
271       args.push_back(PointerType::get(Type::SByteTy));
272       FunctionType* strcpy_type =
273         FunctionType::get(PointerType::get(Type::SByteTy), args, false);
274       strcpy_func = M->getOrInsertFunction("strcpy",strcpy_type);
275     }
276     return strcpy_func;
277   }
278
279   /// @brief Return a Function* for the strlen libcall
280   Function* get_strlen()
281   {
282     if (!strlen_func)
283     {
284       std::vector<const Type*> args;
285       args.push_back(PointerType::get(Type::SByteTy));
286       FunctionType* strlen_type =
287         FunctionType::get(TD->getIntPtrType(), args, false);
288       strlen_func = M->getOrInsertFunction("strlen",strlen_type);
289     }
290     return strlen_func;
291   }
292
293   /// @brief Return a Function* for the memchr libcall
294   Function* get_memchr()
295   {
296     if (!memchr_func)
297     {
298       std::vector<const Type*> args;
299       args.push_back(PointerType::get(Type::SByteTy));
300       args.push_back(Type::IntTy);
301       args.push_back(TD->getIntPtrType());
302       FunctionType* memchr_type = FunctionType::get(
303           PointerType::get(Type::SByteTy), args, false);
304       memchr_func = M->getOrInsertFunction("memchr",memchr_type);
305     }
306     return memchr_func;
307   }
308
309   /// @brief Return a Function* for the memcpy libcall
310   Function* get_memcpy() {
311     if (!memcpy_func) {
312       const Type *SBP = PointerType::get(Type::SByteTy);
313       memcpy_func = M->getOrInsertFunction("llvm.memcpy", Type::VoidTy,SBP, SBP,
314                                            Type::UIntTy, Type::UIntTy, 0);
315     }
316     return memcpy_func;
317   }
318
319   Function* get_floorf() {
320     if (!floorf_func)
321       floorf_func = M->getOrInsertFunction("floorf", Type::FloatTy,
322                                            Type::FloatTy, 0);
323     return floorf_func;
324   }
325   
326 private:
327   /// @brief Reset our cached data for a new Module
328   void reset(Module& mod)
329   {
330     M = &mod;
331     TD = &getAnalysis<TargetData>();
332     fputc_func = 0;
333     fwrite_func = 0;
334     memcpy_func = 0;
335     memchr_func = 0;
336     sqrt_func   = 0;
337     strcpy_func = 0;
338     strlen_func = 0;
339     floorf_func = 0;
340   }
341
342 private:
343   Function* fputc_func;  ///< Cached fputc function
344   Function* fwrite_func; ///< Cached fwrite function
345   Function* memcpy_func; ///< Cached llvm.memcpy function
346   Function* memchr_func; ///< Cached memchr function
347   Function* sqrt_func;   ///< Cached sqrt function
348   Function* strcpy_func; ///< Cached strcpy function
349   Function* strlen_func; ///< Cached strlen function
350   Function* floorf_func; ///< Cached floorf function
351   Module* M;             ///< Cached Module
352   TargetData* TD;        ///< Cached TargetData
353 };
354
355 // Register the pass
356 RegisterOpt<SimplifyLibCalls>
357 X("simplify-libcalls","Simplify well-known library calls");
358
359 } // anonymous namespace
360
361 // The only public symbol in this file which just instantiates the pass object
362 ModulePass *llvm::createSimplifyLibCallsPass()
363 {
364   return new SimplifyLibCalls();
365 }
366
367 // Classes below here, in the anonymous namespace, are all subclasses of the
368 // LibCallOptimization class, each implementing all optimizations possible for a
369 // single well-known library call. Each has a static singleton instance that
370 // auto registers it into the "optlist" global above.
371 namespace {
372
373 // Forward declare utility functions.
374 bool getConstantStringLength(Value* V, uint64_t& len, ConstantArray** A = 0 );
375 Value *CastToCStr(Value *V, Instruction &IP);
376
377 /// This LibCallOptimization will find instances of a call to "exit" that occurs
378 /// within the "main" function and change it to a simple "ret" instruction with
379 /// the same value passed to the exit function. When this is done, it splits the
380 /// basic block at the exit(3) call and deletes the call instruction.
381 /// @brief Replace calls to exit in main with a simple return
382 struct ExitInMainOptimization : public LibCallOptimization
383 {
384   ExitInMainOptimization() : LibCallOptimization("exit",
385       "Number of 'exit' calls simplified") {}
386   virtual ~ExitInMainOptimization() {}
387
388   // Make sure the called function looks like exit (int argument, int return
389   // type, external linkage, not varargs).
390   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function* f, SimplifyLibCalls& SLC)
391   {
392     if (f->arg_size() >= 1)
393       if (f->arg_begin()->getType()->isInteger())
394         return true;
395     return false;
396   }
397
398   virtual bool OptimizeCall(CallInst* ci, SimplifyLibCalls& SLC)
399   {
400     // To be careful, we check that the call to exit is coming from "main", that
401     // main has external linkage, and the return type of main and the argument
402     // to exit have the same type.
403     Function *from = ci->getParent()->getParent();
404     if (from->hasExternalLinkage())
405       if (from->getReturnType() == ci->getOperand(1)->getType())
406         if (from->getName() == "main")
407         {
408           // Okay, time to actually do the optimization. First, get the basic
409           // block of the call instruction
410           BasicBlock* bb = ci->getParent();
411
412           // Create a return instruction that we'll replace the call with.
413           // Note that the argument of the return is the argument of the call
414           // instruction.
415           ReturnInst* ri = new ReturnInst(ci->getOperand(1), ci);
416
417           // Split the block at the call instruction which places it in a new
418           // basic block.
419           bb->splitBasicBlock(ci);
420
421           // The block split caused a branch instruction to be inserted into
422           // the end of the original block, right after the return instruction
423           // that we put there. That's not a valid block, so delete the branch
424           // instruction.
425           bb->getInstList().pop_back();
426
427           // Now we can finally get rid of the call instruction which now lives
428           // in the new basic block.
429           ci->eraseFromParent();
430
431           // Optimization succeeded, return true.
432           return true;
433         }
434     // We didn't pass the criteria for this optimization so return false
435     return false;
436   }
437 } ExitInMainOptimizer;
438
439 /// This LibCallOptimization will simplify a call to the strcat library
440 /// function. The simplification is possible only if the string being
441 /// concatenated is a constant array or a constant expression that results in
442 /// a constant string. In this case we can replace it with strlen + llvm.memcpy
443 /// of the constant string. Both of these calls are further reduced, if possible
444 /// on subsequent passes.
445 /// @brief Simplify the strcat library function.
446 struct StrCatOptimization : public LibCallOptimization
447 {
448 public:
449   /// @brief Default constructor
450   StrCatOptimization() : LibCallOptimization("strcat",
451       "Number of 'strcat' calls simplified") {}
452
453 public:
454   /// @breif  Destructor
455   virtual ~StrCatOptimization() {}
456
457   /// @brief Make sure that the "strcat" function has the right prototype
458   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function* f, SimplifyLibCalls& SLC)
459   {
460     if (f->getReturnType() == PointerType::get(Type::SByteTy))
461       if (f->arg_size() == 2)
462       {
463         Function::const_arg_iterator AI = f->arg_begin();
464         if (AI++->getType() == PointerType::get(Type::SByteTy))
465           if (AI->getType() == PointerType::get(Type::SByteTy))
466           {
467             // Indicate this is a suitable call type.
468             return true;
469           }
470       }
471     return false;
472   }
473
474   /// @brief Optimize the strcat library function
475   virtual bool OptimizeCall(CallInst* ci, SimplifyLibCalls& SLC)
476   {
477     // Extract some information from the instruction
478     Module* M = ci->getParent()->getParent()->getParent();
479     Value* dest = ci->getOperand(1);
480     Value* src  = ci->getOperand(2);
481
482     // Extract the initializer (while making numerous checks) from the
483     // source operand of the call to strcat. If we get null back, one of
484     // a variety of checks in get_GVInitializer failed
485     uint64_t len = 0;
486     if (!getConstantStringLength(src,len))
487       return false;
488
489     // Handle the simple, do-nothing case
490     if (len == 0)
491     {
492       ci->replaceAllUsesWith(dest);
493       ci->eraseFromParent();
494       return true;
495     }
496
497     // Increment the length because we actually want to memcpy the null
498     // terminator as well.
499     len++;
500
501     // We need to find the end of the destination string.  That's where the
502     // memory is to be moved to. We just generate a call to strlen (further
503     // optimized in another pass).  Note that the SLC.get_strlen() call
504     // caches the Function* for us.
505     CallInst* strlen_inst =
506       new CallInst(SLC.get_strlen(), dest, dest->getName()+".len",ci);
507
508     // Now that we have the destination's length, we must index into the
509     // destination's pointer to get the actual memcpy destination (end of
510     // the string .. we're concatenating).
511     std::vector<Value*> idx;
512     idx.push_back(strlen_inst);
513     GetElementPtrInst* gep =
514       new GetElementPtrInst(dest,idx,dest->getName()+".indexed",ci);
515
516     // We have enough information to now generate the memcpy call to
517     // do the concatenation for us.
518     std::vector<Value*> vals;
519     vals.push_back(gep); // destination
520     vals.push_back(ci->getOperand(2)); // source
521     vals.push_back(ConstantUInt::get(Type::UIntTy,len)); // length
522     vals.push_back(ConstantUInt::get(Type::UIntTy,1)); // alignment
523     new CallInst(SLC.get_memcpy(), vals, "", ci);
524
525     // Finally, substitute the first operand of the strcat call for the
526     // strcat call itself since strcat returns its first operand; and,
527     // kill the strcat CallInst.
528     ci->replaceAllUsesWith(dest);
529     ci->eraseFromParent();
530     return true;
531   }
532 } StrCatOptimizer;
533
534 /// This LibCallOptimization will simplify a call to the strchr library
535 /// function.  It optimizes out cases where the arguments are both constant
536 /// and the result can be determined statically.
537 /// @brief Simplify the strcmp library function.
538 struct StrChrOptimization : public LibCallOptimization
539 {
540 public:
541   StrChrOptimization() : LibCallOptimization("strchr",
542       "Number of 'strchr' calls simplified") {}
543   virtual ~StrChrOptimization() {}
544
545   /// @brief Make sure that the "strchr" function has the right prototype
546   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function* f, SimplifyLibCalls& SLC)
547   {
548     if (f->getReturnType() == PointerType::get(Type::SByteTy) &&
549         f->arg_size() == 2)
550       return true;
551     return false;
552   }
553
554   /// @brief Perform the strchr optimizations
555   virtual bool OptimizeCall(CallInst* ci, SimplifyLibCalls& SLC)
556   {
557     // If there aren't three operands, bail
558     if (ci->getNumOperands() != 3)
559       return false;
560
561     // Check that the first argument to strchr is a constant array of sbyte.
562     // If it is, get the length and data, otherwise return false.
563     uint64_t len = 0;
564     ConstantArray* CA;
565     if (!getConstantStringLength(ci->getOperand(1),len,&CA))
566       return false;
567
568     // Check that the second argument to strchr is a constant int, return false
569     // if it isn't
570     ConstantSInt* CSI = dyn_cast<ConstantSInt>(ci->getOperand(2));
571     if (!CSI)
572     {
573       // Just lower this to memchr since we know the length of the string as
574       // it is constant.
575       Function* f = SLC.get_memchr();
576       std::vector<Value*> args;
577       args.push_back(ci->getOperand(1));
578       args.push_back(ci->getOperand(2));
579       args.push_back(ConstantUInt::get(SLC.getIntPtrType(),len));
580       ci->replaceAllUsesWith( new CallInst(f,args,ci->getName(),ci));
581       ci->eraseFromParent();
582       return true;
583     }
584
585     // Get the character we're looking for
586     int64_t chr = CSI->getValue();
587
588     // Compute the offset
589     uint64_t offset = 0;
590     bool char_found = false;
591     for (uint64_t i = 0; i < len; ++i)
592     {
593       if (ConstantSInt* CI = dyn_cast<ConstantSInt>(CA->getOperand(i)))
594       {
595         // Check for the null terminator
596         if (CI->isNullValue())
597           break; // we found end of string
598         else if (CI->getValue() == chr)
599         {
600           char_found = true;
601           offset = i;
602           break;
603         }
604       }
605     }
606
607     // strchr(s,c)  -> offset_of_in(c,s)
608     //    (if c is a constant integer and s is a constant string)
609     if (char_found)
610     {
611       std::vector<Value*> indices;
612       indices.push_back(ConstantUInt::get(Type::ULongTy,offset));
613       GetElementPtrInst* GEP = new GetElementPtrInst(ci->getOperand(1),indices,
614           ci->getOperand(1)->getName()+".strchr",ci);
615       ci->replaceAllUsesWith(GEP);
616     }
617     else
618       ci->replaceAllUsesWith(
619           ConstantPointerNull::get(PointerType::get(Type::SByteTy)));
620
621     ci->eraseFromParent();
622     return true;
623   }
624 } StrChrOptimizer;
625
626 /// This LibCallOptimization will simplify a call to the strcmp library
627 /// function.  It optimizes out cases where one or both arguments are constant
628 /// and the result can be determined statically.
629 /// @brief Simplify the strcmp library function.
630 struct StrCmpOptimization : public LibCallOptimization
631 {
632 public:
633   StrCmpOptimization() : LibCallOptimization("strcmp",
634       "Number of 'strcmp' calls simplified") {}
635   virtual ~StrCmpOptimization() {}
636
637   /// @brief Make sure that the "strcmp" function has the right prototype
638   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function* f, SimplifyLibCalls& SLC)
639   {
640     if (f->getReturnType() == Type::IntTy && f->arg_size() == 2)
641       return true;
642     return false;
643   }
644
645   /// @brief Perform the strcmp optimization
646   virtual bool OptimizeCall(CallInst* ci, SimplifyLibCalls& SLC)
647   {
648     // First, check to see if src and destination are the same. If they are,
649     // then the optimization is to replace the CallInst with a constant 0
650     // because the call is a no-op.
651     Value* s1 = ci->getOperand(1);
652     Value* s2 = ci->getOperand(2);
653     if (s1 == s2)
654     {
655       // strcmp(x,x)  -> 0
656       ci->replaceAllUsesWith(ConstantInt::get(Type::IntTy,0));
657       ci->eraseFromParent();
658       return true;
659     }
660
661     bool isstr_1 = false;
662     uint64_t len_1 = 0;
663     ConstantArray* A1;
664     if (getConstantStringLength(s1,len_1,&A1))
665     {
666       isstr_1 = true;
667       if (len_1 == 0)
668       {
669         // strcmp("",x) -> *x
670         LoadInst* load =
671           new LoadInst(CastToCStr(s2,*ci), ci->getName()+".load",ci);
672         CastInst* cast =
673           new CastInst(load,Type::IntTy,ci->getName()+".int",ci);
674         ci->replaceAllUsesWith(cast);
675         ci->eraseFromParent();
676         return true;
677       }
678     }
679
680     bool isstr_2 = false;
681     uint64_t len_2 = 0;
682     ConstantArray* A2;
683     if (getConstantStringLength(s2,len_2,&A2))
684     {
685       isstr_2 = true;
686       if (len_2 == 0)
687       {
688         // strcmp(x,"") -> *x
689         LoadInst* load =
690           new LoadInst(CastToCStr(s1,*ci),ci->getName()+".val",ci);
691         CastInst* cast =
692           new CastInst(load,Type::IntTy,ci->getName()+".int",ci);
693         ci->replaceAllUsesWith(cast);
694         ci->eraseFromParent();
695         return true;
696       }
697     }
698
699     if (isstr_1 && isstr_2)
700     {
701       // strcmp(x,y)  -> cnst  (if both x and y are constant strings)
702       std::string str1 = A1->getAsString();
703       std::string str2 = A2->getAsString();
704       int result = strcmp(str1.c_str(), str2.c_str());
705       ci->replaceAllUsesWith(ConstantSInt::get(Type::IntTy,result));
706       ci->eraseFromParent();
707       return true;
708     }
709     return false;
710   }
711 } StrCmpOptimizer;
712
713 /// This LibCallOptimization will simplify a call to the strncmp library
714 /// function.  It optimizes out cases where one or both arguments are constant
715 /// and the result can be determined statically.
716 /// @brief Simplify the strncmp library function.
717 struct StrNCmpOptimization : public LibCallOptimization
718 {
719 public:
720   StrNCmpOptimization() : LibCallOptimization("strncmp",
721       "Number of 'strncmp' calls simplified") {}
722   virtual ~StrNCmpOptimization() {}
723
724   /// @brief Make sure that the "strncmp" function has the right prototype
725   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function* f, SimplifyLibCalls& SLC)
726   {
727     if (f->getReturnType() == Type::IntTy && f->arg_size() == 3)
728       return true;
729     return false;
730   }
731
732   /// @brief Perform the strncpy optimization
733   virtual bool OptimizeCall(CallInst* ci, SimplifyLibCalls& SLC)
734   {
735     // First, check to see if src and destination are the same. If they are,
736     // then the optimization is to replace the CallInst with a constant 0
737     // because the call is a no-op.
738     Value* s1 = ci->getOperand(1);
739     Value* s2 = ci->getOperand(2);
740     if (s1 == s2)
741     {
742       // strncmp(x,x,l)  -> 0
743       ci->replaceAllUsesWith(ConstantInt::get(Type::IntTy,0));
744       ci->eraseFromParent();
745       return true;
746     }
747
748     // Check the length argument, if it is Constant zero then the strings are
749     // considered equal.
750     uint64_t len_arg = 0;
751     bool len_arg_is_const = false;
752     if (ConstantInt* len_CI = dyn_cast<ConstantInt>(ci->getOperand(3)))
753     {
754       len_arg_is_const = true;
755       len_arg = len_CI->getRawValue();
756       if (len_arg == 0)
757       {
758         // strncmp(x,y,0)   -> 0
759         ci->replaceAllUsesWith(ConstantInt::get(Type::IntTy,0));
760         ci->eraseFromParent();
761         return true;
762       }
763     }
764
765     bool isstr_1 = false;
766     uint64_t len_1 = 0;
767     ConstantArray* A1;
768     if (getConstantStringLength(s1,len_1,&A1))
769     {
770       isstr_1 = true;
771       if (len_1 == 0)
772       {
773         // strncmp("",x) -> *x
774         LoadInst* load = new LoadInst(s1,ci->getName()+".load",ci);
775         CastInst* cast =
776           new CastInst(load,Type::IntTy,ci->getName()+".int",ci);
777         ci->replaceAllUsesWith(cast);
778         ci->eraseFromParent();
779         return true;
780       }
781     }
782
783     bool isstr_2 = false;
784     uint64_t len_2 = 0;
785     ConstantArray* A2;
786     if (getConstantStringLength(s2,len_2,&A2))
787     {
788       isstr_2 = true;
789       if (len_2 == 0)
790       {
791         // strncmp(x,"") -> *x
792         LoadInst* load = new LoadInst(s2,ci->getName()+".val",ci);
793         CastInst* cast =
794           new CastInst(load,Type::IntTy,ci->getName()+".int",ci);
795         ci->replaceAllUsesWith(cast);
796         ci->eraseFromParent();
797         return true;
798       }
799     }
800
801     if (isstr_1 && isstr_2 && len_arg_is_const)
802     {
803       // strncmp(x,y,const) -> constant
804       std::string str1 = A1->getAsString();
805       std::string str2 = A2->getAsString();
806       int result = strncmp(str1.c_str(), str2.c_str(), len_arg);
807       ci->replaceAllUsesWith(ConstantSInt::get(Type::IntTy,result));
808       ci->eraseFromParent();
809       return true;
810     }
811     return false;
812   }
813 } StrNCmpOptimizer;
814
815 /// This LibCallOptimization will simplify a call to the strcpy library
816 /// function.  Two optimizations are possible:
817 /// (1) If src and dest are the same and not volatile, just return dest
818 /// (2) If the src is a constant then we can convert to llvm.memmove
819 /// @brief Simplify the strcpy library function.
820 struct StrCpyOptimization : public LibCallOptimization
821 {
822 public:
823   StrCpyOptimization() : LibCallOptimization("strcpy",
824       "Number of 'strcpy' calls simplified") {}
825   virtual ~StrCpyOptimization() {}
826
827   /// @brief Make sure that the "strcpy" function has the right prototype
828   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function* f, SimplifyLibCalls& SLC)
829   {
830     if (f->getReturnType() == PointerType::get(Type::SByteTy))
831       if (f->arg_size() == 2)
832       {
833         Function::const_arg_iterator AI = f->arg_begin();
834         if (AI++->getType() == PointerType::get(Type::SByteTy))
835           if (AI->getType() == PointerType::get(Type::SByteTy))
836           {
837             // Indicate this is a suitable call type.
838             return true;
839           }
840       }
841     return false;
842   }
843
844   /// @brief Perform the strcpy optimization
845   virtual bool OptimizeCall(CallInst* ci, SimplifyLibCalls& SLC)
846   {
847     // First, check to see if src and destination are the same. If they are,
848     // then the optimization is to replace the CallInst with the destination
849     // because the call is a no-op. Note that this corresponds to the
850     // degenerate strcpy(X,X) case which should have "undefined" results
851     // according to the C specification. However, it occurs sometimes and
852     // we optimize it as a no-op.
853     Value* dest = ci->getOperand(1);
854     Value* src = ci->getOperand(2);
855     if (dest == src)
856     {
857       ci->replaceAllUsesWith(dest);
858       ci->eraseFromParent();
859       return true;
860     }
861
862     // Get the length of the constant string referenced by the second operand,
863     // the "src" parameter. Fail the optimization if we can't get the length
864     // (note that getConstantStringLength does lots of checks to make sure this
865     // is valid).
866     uint64_t len = 0;
867     if (!getConstantStringLength(ci->getOperand(2),len))
868       return false;
869
870     // If the constant string's length is zero we can optimize this by just
871     // doing a store of 0 at the first byte of the destination
872     if (len == 0)
873     {
874       new StoreInst(ConstantInt::get(Type::SByteTy,0),ci->getOperand(1),ci);
875       ci->replaceAllUsesWith(dest);
876       ci->eraseFromParent();
877       return true;
878     }
879
880     // Increment the length because we actually want to memcpy the null
881     // terminator as well.
882     len++;
883
884     // Extract some information from the instruction
885     Module* M = ci->getParent()->getParent()->getParent();
886
887     // We have enough information to now generate the memcpy call to
888     // do the concatenation for us.
889     std::vector<Value*> vals;
890     vals.push_back(dest); // destination
891     vals.push_back(src); // source
892     vals.push_back(ConstantUInt::get(Type::UIntTy,len)); // length
893     vals.push_back(ConstantUInt::get(Type::UIntTy,1)); // alignment
894     new CallInst(SLC.get_memcpy(), vals, "", ci);
895
896     // Finally, substitute the first operand of the strcat call for the
897     // strcat call itself since strcat returns its first operand; and,
898     // kill the strcat CallInst.
899     ci->replaceAllUsesWith(dest);
900     ci->eraseFromParent();
901     return true;
902   }
903 } StrCpyOptimizer;
904
905 /// This LibCallOptimization will simplify a call to the strlen library
906 /// function by replacing it with a constant value if the string provided to
907 /// it is a constant array.
908 /// @brief Simplify the strlen library function.
909 struct StrLenOptimization : public LibCallOptimization
910 {
911   StrLenOptimization() : LibCallOptimization("strlen",
912       "Number of 'strlen' calls simplified") {}
913   virtual ~StrLenOptimization() {}
914
915   /// @brief Make sure that the "strlen" function has the right prototype
916   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function* f, SimplifyLibCalls& SLC)
917   {
918     if (f->getReturnType() == SLC.getTargetData()->getIntPtrType())
919       if (f->arg_size() == 1)
920         if (Function::const_arg_iterator AI = f->arg_begin())
921           if (AI->getType() == PointerType::get(Type::SByteTy))
922             return true;
923     return false;
924   }
925
926   /// @brief Perform the strlen optimization
927   virtual bool OptimizeCall(CallInst* ci, SimplifyLibCalls& SLC)
928   {
929     // Make sure we're dealing with an sbyte* here.
930     Value* str = ci->getOperand(1);
931     if (str->getType() != PointerType::get(Type::SByteTy))
932       return false;
933
934     // Does the call to strlen have exactly one use?
935     if (ci->hasOneUse())
936       // Is that single use a binary operator?
937       if (BinaryOperator* bop = dyn_cast<BinaryOperator>(ci->use_back()))
938         // Is it compared against a constant integer?
939         if (ConstantInt* CI = dyn_cast<ConstantInt>(bop->getOperand(1)))
940         {
941           // Get the value the strlen result is compared to
942           uint64_t val = CI->getRawValue();
943
944           // If its compared against length 0 with == or !=
945           if (val == 0 &&
946               (bop->getOpcode() == Instruction::SetEQ ||
947                bop->getOpcode() == Instruction::SetNE))
948           {
949             // strlen(x) != 0 -> *x != 0
950             // strlen(x) == 0 -> *x == 0
951             LoadInst* load = new LoadInst(str,str->getName()+".first",ci);
952             BinaryOperator* rbop = BinaryOperator::create(bop->getOpcode(),
953               load, ConstantSInt::get(Type::SByteTy,0),
954               bop->getName()+".strlen", ci);
955             bop->replaceAllUsesWith(rbop);
956             bop->eraseFromParent();
957             ci->eraseFromParent();
958             return true;
959           }
960         }
961
962     // Get the length of the constant string operand
963     uint64_t len = 0;
964     if (!getConstantStringLength(ci->getOperand(1),len))
965       return false;
966
967     // strlen("xyz") -> 3 (for example)
968     const Type *Ty = SLC.getTargetData()->getIntPtrType();
969     if (Ty->isSigned())
970       ci->replaceAllUsesWith(ConstantSInt::get(Ty, len));
971     else
972       ci->replaceAllUsesWith(ConstantUInt::get(Ty, len));
973      
974     ci->eraseFromParent();
975     return true;
976   }
977 } StrLenOptimizer;
978
979 /// IsOnlyUsedInEqualsComparison - Return true if it only matters that the value
980 /// is equal or not-equal to zero. 
981 static bool IsOnlyUsedInEqualsZeroComparison(Instruction *I) {
982   for (Value::use_iterator UI = I->use_begin(), E = I->use_end();
983        UI != E; ++UI) {
984     Instruction *User = cast<Instruction>(*UI);
985     if (User->getOpcode() == Instruction::SetNE ||
986         User->getOpcode() == Instruction::SetEQ) {
987       if (isa<Constant>(User->getOperand(1)) && 
988           cast<Constant>(User->getOperand(1))->isNullValue())
989         continue;
990     } else if (CastInst *CI = dyn_cast<CastInst>(User))
991       if (CI->getType() == Type::BoolTy)
992         continue;
993     // Unknown instruction.
994     return false;
995   }
996   return true;
997 }
998
999 /// This memcmpOptimization will simplify a call to the memcmp library
1000 /// function.
1001 struct memcmpOptimization : public LibCallOptimization {
1002   /// @brief Default Constructor
1003   memcmpOptimization()
1004     : LibCallOptimization("memcmp", "Number of 'memcmp' calls simplified") {}
1005   
1006   /// @brief Make sure that the "memcmp" function has the right prototype
1007   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function *F, SimplifyLibCalls &TD) {
1008     Function::const_arg_iterator AI = F->arg_begin();
1009     if (F->arg_size() != 3 || !isa<PointerType>(AI->getType())) return false;
1010     if (!isa<PointerType>((++AI)->getType())) return false;
1011     if (!(++AI)->getType()->isInteger()) return false;
1012     if (!F->getReturnType()->isInteger()) return false;
1013     return true;
1014   }
1015   
1016   /// Because of alignment and instruction information that we don't have, we
1017   /// leave the bulk of this to the code generators.
1018   ///
1019   /// Note that we could do much more if we could force alignment on otherwise
1020   /// small aligned allocas, or if we could indicate that loads have a small
1021   /// alignment.
1022   virtual bool OptimizeCall(CallInst *CI, SimplifyLibCalls &TD) {
1023     Value *LHS = CI->getOperand(1), *RHS = CI->getOperand(2);
1024
1025     // If the two operands are the same, return zero.
1026     if (LHS == RHS) {
1027       // memcmp(s,s,x) -> 0
1028       CI->replaceAllUsesWith(Constant::getNullValue(CI->getType()));
1029       CI->eraseFromParent();
1030       return true;
1031     }
1032     
1033     // Make sure we have a constant length.
1034     ConstantInt *LenC = dyn_cast<ConstantInt>(CI->getOperand(3));
1035     if (!LenC) return false;
1036     uint64_t Len = LenC->getRawValue();
1037       
1038     // If the length is zero, this returns 0.
1039     switch (Len) {
1040     case 0:
1041       // memcmp(s1,s2,0) -> 0
1042       CI->replaceAllUsesWith(Constant::getNullValue(CI->getType()));
1043       CI->eraseFromParent();
1044       return true;
1045     case 1: {
1046       // memcmp(S1,S2,1) -> *(ubyte*)S1 - *(ubyte*)S2
1047       const Type *UCharPtr = PointerType::get(Type::UByteTy);
1048       CastInst *Op1Cast = new CastInst(LHS, UCharPtr, LHS->getName(), CI);
1049       CastInst *Op2Cast = new CastInst(RHS, UCharPtr, RHS->getName(), CI);
1050       Value *S1V = new LoadInst(Op1Cast, LHS->getName()+".val", CI);
1051       Value *S2V = new LoadInst(Op2Cast, RHS->getName()+".val", CI);
1052       Value *RV = BinaryOperator::createSub(S1V, S2V, CI->getName()+".diff",CI);
1053       if (RV->getType() != CI->getType())
1054         RV = new CastInst(RV, CI->getType(), RV->getName(), CI);
1055       CI->replaceAllUsesWith(RV);
1056       CI->eraseFromParent();
1057       return true;
1058     }
1059     case 2:
1060       if (IsOnlyUsedInEqualsZeroComparison(CI)) {
1061         // TODO: IF both are aligned, use a short load/compare.
1062       
1063         // memcmp(S1,S2,2) -> S1[0]-S2[0] | S1[1]-S2[1] iff only ==/!= 0 matters
1064         const Type *UCharPtr = PointerType::get(Type::UByteTy);
1065         CastInst *Op1Cast = new CastInst(LHS, UCharPtr, LHS->getName(), CI);
1066         CastInst *Op2Cast = new CastInst(RHS, UCharPtr, RHS->getName(), CI);
1067         Value *S1V1 = new LoadInst(Op1Cast, LHS->getName()+".val1", CI);
1068         Value *S2V1 = new LoadInst(Op2Cast, RHS->getName()+".val1", CI);
1069         Value *D1 = BinaryOperator::createSub(S1V1, S2V1,
1070                                               CI->getName()+".d1", CI);
1071         Constant *One = ConstantInt::get(Type::IntTy, 1);
1072         Value *G1 = new GetElementPtrInst(Op1Cast, One, "next1v", CI);
1073         Value *G2 = new GetElementPtrInst(Op2Cast, One, "next2v", CI);
1074         Value *S1V2 = new LoadInst(G1, LHS->getName()+".val2", CI);
1075         Value *S2V2 = new LoadInst(G1, RHS->getName()+".val2", CI);
1076         Value *D2 = BinaryOperator::createSub(S1V2, S2V2,
1077                                               CI->getName()+".d1", CI);
1078         Value *Or = BinaryOperator::createOr(D1, D2, CI->getName()+".res", CI);
1079         if (Or->getType() != CI->getType())
1080           Or = new CastInst(Or, CI->getType(), Or->getName(), CI);
1081         CI->replaceAllUsesWith(Or);
1082         CI->eraseFromParent();
1083         return true;
1084       }
1085       break;
1086     default:
1087       break;
1088     }
1089     
1090     
1091     
1092     return false;
1093   }
1094 } memcmpOptimizer;
1095
1096
1097
1098
1099
1100 /// This LibCallOptimization will simplify a call to the memcpy library
1101 /// function by expanding it out to a single store of size 0, 1, 2, 4, or 8
1102 /// bytes depending on the length of the string and the alignment. Additional
1103 /// optimizations are possible in code generation (sequence of immediate store)
1104 /// @brief Simplify the memcpy library function.
1105 struct LLVMMemCpyOptimization : public LibCallOptimization
1106 {
1107   /// @brief Default Constructor
1108   LLVMMemCpyOptimization() : LibCallOptimization("llvm.memcpy",
1109       "Number of 'llvm.memcpy' calls simplified") {}
1110
1111 protected:
1112   /// @brief Subclass Constructor
1113   LLVMMemCpyOptimization(const char* fname, const char* desc)
1114     : LibCallOptimization(fname, desc) {}
1115 public:
1116   /// @brief Destructor
1117   virtual ~LLVMMemCpyOptimization() {}
1118
1119   /// @brief Make sure that the "memcpy" function has the right prototype
1120   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function* f, SimplifyLibCalls& TD)
1121   {
1122     // Just make sure this has 4 arguments per LLVM spec.
1123     return (f->arg_size() == 4);
1124   }
1125
1126   /// Because of alignment and instruction information that we don't have, we
1127   /// leave the bulk of this to the code generators. The optimization here just
1128   /// deals with a few degenerate cases where the length of the string and the
1129   /// alignment match the sizes of our intrinsic types so we can do a load and
1130   /// store instead of the memcpy call.
1131   /// @brief Perform the memcpy optimization.
1132   virtual bool OptimizeCall(CallInst* ci, SimplifyLibCalls& TD)
1133   {
1134     // Make sure we have constant int values to work with
1135     ConstantInt* LEN = dyn_cast<ConstantInt>(ci->getOperand(3));
1136     if (!LEN)
1137       return false;
1138     ConstantInt* ALIGN = dyn_cast<ConstantInt>(ci->getOperand(4));
1139     if (!ALIGN)
1140       return false;
1141
1142     // If the length is larger than the alignment, we can't optimize
1143     uint64_t len = LEN->getRawValue();
1144     uint64_t alignment = ALIGN->getRawValue();
1145     if (alignment == 0)
1146       alignment = 1; // Alignment 0 is identity for alignment 1
1147     if (len > alignment)
1148       return false;
1149
1150     // Get the type we will cast to, based on size of the string
1151     Value* dest = ci->getOperand(1);
1152     Value* src = ci->getOperand(2);
1153     Type* castType = 0;
1154     switch (len)
1155     {
1156       case 0:
1157         // memcpy(d,s,0,a) -> noop
1158         ci->eraseFromParent();
1159         return true;
1160       case 1: castType = Type::SByteTy; break;
1161       case 2: castType = Type::ShortTy; break;
1162       case 4: castType = Type::IntTy; break;
1163       case 8: castType = Type::LongTy; break;
1164       default:
1165         return false;
1166     }
1167
1168     // Cast source and dest to the right sized primitive and then load/store
1169     CastInst* SrcCast =
1170       new CastInst(src,PointerType::get(castType),src->getName()+".cast",ci);
1171     CastInst* DestCast =
1172       new CastInst(dest,PointerType::get(castType),dest->getName()+".cast",ci);
1173     LoadInst* LI = new LoadInst(SrcCast,SrcCast->getName()+".val",ci);
1174     StoreInst* SI = new StoreInst(LI, DestCast, ci);
1175     ci->eraseFromParent();
1176     return true;
1177   }
1178 } LLVMMemCpyOptimizer;
1179
1180 /// This LibCallOptimization will simplify a call to the memmove library
1181 /// function. It is identical to MemCopyOptimization except for the name of
1182 /// the intrinsic.
1183 /// @brief Simplify the memmove library function.
1184 struct LLVMMemMoveOptimization : public LLVMMemCpyOptimization
1185 {
1186   /// @brief Default Constructor
1187   LLVMMemMoveOptimization() : LLVMMemCpyOptimization("llvm.memmove",
1188       "Number of 'llvm.memmove' calls simplified") {}
1189
1190 } LLVMMemMoveOptimizer;
1191
1192 /// This LibCallOptimization will simplify a call to the memset library
1193 /// function by expanding it out to a single store of size 0, 1, 2, 4, or 8
1194 /// bytes depending on the length argument.
1195 struct LLVMMemSetOptimization : public LibCallOptimization
1196 {
1197   /// @brief Default Constructor
1198   LLVMMemSetOptimization() : LibCallOptimization("llvm.memset",
1199       "Number of 'llvm.memset' calls simplified") {}
1200
1201 public:
1202   /// @brief Destructor
1203   virtual ~LLVMMemSetOptimization() {}
1204
1205   /// @brief Make sure that the "memset" function has the right prototype
1206   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function* f, SimplifyLibCalls& TD)
1207   {
1208     // Just make sure this has 3 arguments per LLVM spec.
1209     return (f->arg_size() == 4);
1210   }
1211
1212   /// Because of alignment and instruction information that we don't have, we
1213   /// leave the bulk of this to the code generators. The optimization here just
1214   /// deals with a few degenerate cases where the length parameter is constant
1215   /// and the alignment matches the sizes of our intrinsic types so we can do
1216   /// store instead of the memcpy call. Other calls are transformed into the
1217   /// llvm.memset intrinsic.
1218   /// @brief Perform the memset optimization.
1219   virtual bool OptimizeCall(CallInst* ci, SimplifyLibCalls& TD)
1220   {
1221     // Make sure we have constant int values to work with
1222     ConstantInt* LEN = dyn_cast<ConstantInt>(ci->getOperand(3));
1223     if (!LEN)
1224       return false;
1225     ConstantInt* ALIGN = dyn_cast<ConstantInt>(ci->getOperand(4));
1226     if (!ALIGN)
1227       return false;
1228
1229     // Extract the length and alignment
1230     uint64_t len = LEN->getRawValue();
1231     uint64_t alignment = ALIGN->getRawValue();
1232
1233     // Alignment 0 is identity for alignment 1
1234     if (alignment == 0)
1235       alignment = 1;
1236
1237     // If the length is zero, this is a no-op
1238     if (len == 0)
1239     {
1240       // memset(d,c,0,a) -> noop
1241       ci->eraseFromParent();
1242       return true;
1243     }
1244
1245     // If the length is larger than the alignment, we can't optimize
1246     if (len > alignment)
1247       return false;
1248
1249     // Make sure we have a constant ubyte to work with so we can extract
1250     // the value to be filled.
1251     ConstantUInt* FILL = dyn_cast<ConstantUInt>(ci->getOperand(2));
1252     if (!FILL)
1253       return false;
1254     if (FILL->getType() != Type::UByteTy)
1255       return false;
1256
1257     // memset(s,c,n) -> store s, c (for n=1,2,4,8)
1258
1259     // Extract the fill character
1260     uint64_t fill_char = FILL->getValue();
1261     uint64_t fill_value = fill_char;
1262
1263     // Get the type we will cast to, based on size of memory area to fill, and
1264     // and the value we will store there.
1265     Value* dest = ci->getOperand(1);
1266     Type* castType = 0;
1267     switch (len)
1268     {
1269       case 1:
1270         castType = Type::UByteTy;
1271         break;
1272       case 2:
1273         castType = Type::UShortTy;
1274         fill_value |= fill_char << 8;
1275         break;
1276       case 4:
1277         castType = Type::UIntTy;
1278         fill_value |= fill_char << 8 | fill_char << 16 | fill_char << 24;
1279         break;
1280       case 8:
1281         castType = Type::ULongTy;
1282         fill_value |= fill_char << 8 | fill_char << 16 | fill_char << 24;
1283         fill_value |= fill_char << 32 | fill_char << 40 | fill_char << 48;
1284         fill_value |= fill_char << 56;
1285         break;
1286       default:
1287         return false;
1288     }
1289
1290     // Cast dest to the right sized primitive and then load/store
1291     CastInst* DestCast =
1292       new CastInst(dest,PointerType::get(castType),dest->getName()+".cast",ci);
1293     new StoreInst(ConstantUInt::get(castType,fill_value),DestCast, ci);
1294     ci->eraseFromParent();
1295     return true;
1296   }
1297 } LLVMMemSetOptimizer;
1298
1299 /// This LibCallOptimization will simplify calls to the "pow" library
1300 /// function. It looks for cases where the result of pow is well known and
1301 /// substitutes the appropriate value.
1302 /// @brief Simplify the pow library function.
1303 struct PowOptimization : public LibCallOptimization
1304 {
1305 public:
1306   /// @brief Default Constructor
1307   PowOptimization() : LibCallOptimization("pow",
1308       "Number of 'pow' calls simplified") {}
1309
1310   /// @brief Destructor
1311   virtual ~PowOptimization() {}
1312
1313   /// @brief Make sure that the "pow" function has the right prototype
1314   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function* f, SimplifyLibCalls& SLC)
1315   {
1316     // Just make sure this has 2 arguments
1317     return (f->arg_size() == 2);
1318   }
1319
1320   /// @brief Perform the pow optimization.
1321   virtual bool OptimizeCall(CallInst* ci, SimplifyLibCalls& SLC)
1322   {
1323     const Type *Ty = cast<Function>(ci->getOperand(0))->getReturnType();
1324     Value* base = ci->getOperand(1);
1325     Value* expn = ci->getOperand(2);
1326     if (ConstantFP *Op1 = dyn_cast<ConstantFP>(base)) {
1327       double Op1V = Op1->getValue();
1328       if (Op1V == 1.0)
1329       {
1330         // pow(1.0,x) -> 1.0
1331         ci->replaceAllUsesWith(ConstantFP::get(Ty,1.0));
1332         ci->eraseFromParent();
1333         return true;
1334       }
1335     }
1336     else if (ConstantFP* Op2 = dyn_cast<ConstantFP>(expn))
1337     {
1338       double Op2V = Op2->getValue();
1339       if (Op2V == 0.0)
1340       {
1341         // pow(x,0.0) -> 1.0
1342         ci->replaceAllUsesWith(ConstantFP::get(Ty,1.0));
1343         ci->eraseFromParent();
1344         return true;
1345       }
1346       else if (Op2V == 0.5)
1347       {
1348         // pow(x,0.5) -> sqrt(x)
1349         CallInst* sqrt_inst = new CallInst(SLC.get_sqrt(), base,
1350             ci->getName()+".pow",ci);
1351         ci->replaceAllUsesWith(sqrt_inst);
1352         ci->eraseFromParent();
1353         return true;
1354       }
1355       else if (Op2V == 1.0)
1356       {
1357         // pow(x,1.0) -> x
1358         ci->replaceAllUsesWith(base);
1359         ci->eraseFromParent();
1360         return true;
1361       }
1362       else if (Op2V == -1.0)
1363       {
1364         // pow(x,-1.0)    -> 1.0/x
1365         BinaryOperator* div_inst= BinaryOperator::createDiv(
1366           ConstantFP::get(Ty,1.0), base, ci->getName()+".pow", ci);
1367         ci->replaceAllUsesWith(div_inst);
1368         ci->eraseFromParent();
1369         return true;
1370       }
1371     }
1372     return false; // opt failed
1373   }
1374 } PowOptimizer;
1375
1376 /// This LibCallOptimization will simplify calls to the "fprintf" library
1377 /// function. It looks for cases where the result of fprintf is not used and the
1378 /// operation can be reduced to something simpler.
1379 /// @brief Simplify the pow library function.
1380 struct FPrintFOptimization : public LibCallOptimization
1381 {
1382 public:
1383   /// @brief Default Constructor
1384   FPrintFOptimization() : LibCallOptimization("fprintf",
1385       "Number of 'fprintf' calls simplified") {}
1386
1387   /// @brief Destructor
1388   virtual ~FPrintFOptimization() {}
1389
1390   /// @brief Make sure that the "fprintf" function has the right prototype
1391   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function* f, SimplifyLibCalls& SLC)
1392   {
1393     // Just make sure this has at least 2 arguments
1394     return (f->arg_size() >= 2);
1395   }
1396
1397   /// @brief Perform the fprintf optimization.
1398   virtual bool OptimizeCall(CallInst* ci, SimplifyLibCalls& SLC)
1399   {
1400     // If the call has more than 3 operands, we can't optimize it
1401     if (ci->getNumOperands() > 4 || ci->getNumOperands() <= 2)
1402       return false;
1403
1404     // If the result of the fprintf call is used, none of these optimizations
1405     // can be made.
1406     if (!ci->use_empty())
1407       return false;
1408
1409     // All the optimizations depend on the length of the second argument and the
1410     // fact that it is a constant string array. Check that now
1411     uint64_t len = 0;
1412     ConstantArray* CA = 0;
1413     if (!getConstantStringLength(ci->getOperand(2), len, &CA))
1414       return false;
1415
1416     if (ci->getNumOperands() == 3)
1417     {
1418       // Make sure there's no % in the constant array
1419       for (unsigned i = 0; i < len; ++i)
1420       {
1421         if (ConstantInt* CI = dyn_cast<ConstantInt>(CA->getOperand(i)))
1422         {
1423           // Check for the null terminator
1424           if (CI->getRawValue() == '%')
1425             return false; // we found end of string
1426         }
1427         else
1428           return false;
1429       }
1430
1431       // fprintf(file,fmt) -> fwrite(fmt,strlen(fmt),file)
1432       const Type* FILEptr_type = ci->getOperand(1)->getType();
1433       Function* fwrite_func = SLC.get_fwrite(FILEptr_type);
1434       if (!fwrite_func)
1435         return false;
1436
1437       // Make sure that the fprintf() and fwrite() functions both take the
1438       // same type of char pointer.
1439       if (ci->getOperand(2)->getType() !=
1440           fwrite_func->getFunctionType()->getParamType(0))
1441         return false;
1442
1443       std::vector<Value*> args;
1444       args.push_back(ci->getOperand(2));
1445       args.push_back(ConstantUInt::get(SLC.getIntPtrType(),len));
1446       args.push_back(ConstantUInt::get(SLC.getIntPtrType(),1));
1447       args.push_back(ci->getOperand(1));
1448       new CallInst(fwrite_func,args,ci->getName(),ci);
1449       ci->replaceAllUsesWith(ConstantSInt::get(Type::IntTy,len));
1450       ci->eraseFromParent();
1451       return true;
1452     }
1453
1454     // The remaining optimizations require the format string to be length 2
1455     // "%s" or "%c".
1456     if (len != 2)
1457       return false;
1458
1459     // The first character has to be a %
1460     if (ConstantInt* CI = dyn_cast<ConstantInt>(CA->getOperand(0)))
1461       if (CI->getRawValue() != '%')
1462         return false;
1463
1464     // Get the second character and switch on its value
1465     ConstantInt* CI = dyn_cast<ConstantInt>(CA->getOperand(1));
1466     switch (CI->getRawValue())
1467     {
1468       case 's':
1469       {
1470         uint64_t len = 0;
1471         ConstantArray* CA = 0;
1472         if (!getConstantStringLength(ci->getOperand(3), len, &CA))
1473           return false;
1474
1475         // fprintf(file,"%s",str) -> fwrite(fmt,strlen(fmt),1,file)
1476         const Type* FILEptr_type = ci->getOperand(1)->getType();
1477         Function* fwrite_func = SLC.get_fwrite(FILEptr_type);
1478         if (!fwrite_func)
1479           return false;
1480         std::vector<Value*> args;
1481         args.push_back(CastToCStr(ci->getOperand(3), *ci));
1482         args.push_back(ConstantUInt::get(SLC.getIntPtrType(),len));
1483         args.push_back(ConstantUInt::get(SLC.getIntPtrType(),1));
1484         args.push_back(ci->getOperand(1));
1485         new CallInst(fwrite_func,args,ci->getName(),ci);
1486         ci->replaceAllUsesWith(ConstantSInt::get(Type::IntTy,len));
1487         break;
1488       }
1489       case 'c':
1490       {
1491         ConstantInt* CI = dyn_cast<ConstantInt>(ci->getOperand(3));
1492         if (!CI)
1493           return false;
1494
1495         const Type* FILEptr_type = ci->getOperand(1)->getType();
1496         Function* fputc_func = SLC.get_fputc(FILEptr_type);
1497         if (!fputc_func)
1498           return false;
1499         CastInst* cast = new CastInst(CI,Type::IntTy,CI->getName()+".int",ci);
1500         new CallInst(fputc_func,cast,ci->getOperand(1),"",ci);
1501         ci->replaceAllUsesWith(ConstantSInt::get(Type::IntTy,1));
1502         break;
1503       }
1504       default:
1505         return false;
1506     }
1507     ci->eraseFromParent();
1508     return true;
1509   }
1510 } FPrintFOptimizer;
1511
1512 /// This LibCallOptimization will simplify calls to the "sprintf" library
1513 /// function. It looks for cases where the result of sprintf is not used and the
1514 /// operation can be reduced to something simpler.
1515 /// @brief Simplify the pow library function.
1516 struct SPrintFOptimization : public LibCallOptimization
1517 {
1518 public:
1519   /// @brief Default Constructor
1520   SPrintFOptimization() : LibCallOptimization("sprintf",
1521       "Number of 'sprintf' calls simplified") {}
1522
1523   /// @brief Destructor
1524   virtual ~SPrintFOptimization() {}
1525
1526   /// @brief Make sure that the "fprintf" function has the right prototype
1527   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function* f, SimplifyLibCalls& SLC)
1528   {
1529     // Just make sure this has at least 2 arguments
1530     return (f->getReturnType() == Type::IntTy && f->arg_size() >= 2);
1531   }
1532
1533   /// @brief Perform the sprintf optimization.
1534   virtual bool OptimizeCall(CallInst* ci, SimplifyLibCalls& SLC)
1535   {
1536     // If the call has more than 3 operands, we can't optimize it
1537     if (ci->getNumOperands() > 4 || ci->getNumOperands() < 3)
1538       return false;
1539
1540     // All the optimizations depend on the length of the second argument and the
1541     // fact that it is a constant string array. Check that now
1542     uint64_t len = 0;
1543     ConstantArray* CA = 0;
1544     if (!getConstantStringLength(ci->getOperand(2), len, &CA))
1545       return false;
1546
1547     if (ci->getNumOperands() == 3)
1548     {
1549       if (len == 0)
1550       {
1551         // If the length is 0, we just need to store a null byte
1552         new StoreInst(ConstantInt::get(Type::SByteTy,0),ci->getOperand(1),ci);
1553         ci->replaceAllUsesWith(ConstantSInt::get(Type::IntTy,0));
1554         ci->eraseFromParent();
1555         return true;
1556       }
1557
1558       // Make sure there's no % in the constant array
1559       for (unsigned i = 0; i < len; ++i)
1560       {
1561         if (ConstantInt* CI = dyn_cast<ConstantInt>(CA->getOperand(i)))
1562         {
1563           // Check for the null terminator
1564           if (CI->getRawValue() == '%')
1565             return false; // we found a %, can't optimize
1566         }
1567         else
1568           return false; // initializer is not constant int, can't optimize
1569       }
1570
1571       // Increment length because we want to copy the null byte too
1572       len++;
1573
1574       // sprintf(str,fmt) -> llvm.memcpy(str,fmt,strlen(fmt),1)
1575       Function* memcpy_func = SLC.get_memcpy();
1576       if (!memcpy_func)
1577         return false;
1578       std::vector<Value*> args;
1579       args.push_back(ci->getOperand(1));
1580       args.push_back(ci->getOperand(2));
1581       args.push_back(ConstantUInt::get(Type::UIntTy,len));
1582       args.push_back(ConstantUInt::get(Type::UIntTy,1));
1583       new CallInst(memcpy_func,args,"",ci);
1584       ci->replaceAllUsesWith(ConstantSInt::get(Type::IntTy,len));
1585       ci->eraseFromParent();
1586       return true;
1587     }
1588
1589     // The remaining optimizations require the format string to be length 2
1590     // "%s" or "%c".
1591     if (len != 2)
1592       return false;
1593
1594     // The first character has to be a %
1595     if (ConstantInt* CI = dyn_cast<ConstantInt>(CA->getOperand(0)))
1596       if (CI->getRawValue() != '%')
1597         return false;
1598
1599     // Get the second character and switch on its value
1600     ConstantInt* CI = dyn_cast<ConstantInt>(CA->getOperand(1));
1601     switch (CI->getRawValue()) {
1602     case 's': {
1603       // sprintf(dest,"%s",str) -> llvm.memcpy(dest, str, strlen(str)+1, 1)
1604       Function* strlen_func = SLC.get_strlen();
1605       Function* memcpy_func = SLC.get_memcpy();
1606       if (!strlen_func || !memcpy_func)
1607         return false;
1608       
1609       Value *Len = new CallInst(strlen_func, CastToCStr(ci->getOperand(3), *ci),
1610                                 ci->getOperand(3)->getName()+".len", ci);
1611       Value *Len1 = BinaryOperator::createAdd(Len,
1612                                             ConstantInt::get(Len->getType(), 1),
1613                                               Len->getName()+"1", ci);
1614       if (Len1->getType() != Type::UIntTy)
1615         Len1 = new CastInst(Len1, Type::UIntTy, Len1->getName(), ci);
1616       std::vector<Value*> args;
1617       args.push_back(CastToCStr(ci->getOperand(1), *ci));
1618       args.push_back(CastToCStr(ci->getOperand(3), *ci));
1619       args.push_back(Len1);
1620       args.push_back(ConstantUInt::get(Type::UIntTy,1));
1621       new CallInst(memcpy_func, args, "", ci);
1622       
1623       // The strlen result is the unincremented number of bytes in the string.
1624       if (!ci->use_empty()) {
1625         if (Len->getType() != ci->getType())
1626           Len = new CastInst(Len, ci->getType(), Len->getName(), ci);
1627         ci->replaceAllUsesWith(Len);
1628       }
1629       ci->eraseFromParent();
1630       return true;
1631     }
1632     case 'c': {
1633       // sprintf(dest,"%c",chr) -> store chr, dest
1634       CastInst* cast = new CastInst(ci->getOperand(3),Type::SByteTy,"char",ci);
1635       new StoreInst(cast, ci->getOperand(1), ci);
1636       GetElementPtrInst* gep = new GetElementPtrInst(ci->getOperand(1),
1637         ConstantUInt::get(Type::UIntTy,1),ci->getOperand(1)->getName()+".end",
1638         ci);
1639       new StoreInst(ConstantInt::get(Type::SByteTy,0),gep,ci);
1640       ci->replaceAllUsesWith(ConstantSInt::get(Type::IntTy,1));
1641       ci->eraseFromParent();
1642       return true;
1643     }
1644     }
1645     return false;
1646   }
1647 } SPrintFOptimizer;
1648
1649 /// This LibCallOptimization will simplify calls to the "fputs" library
1650 /// function. It looks for cases where the result of fputs is not used and the
1651 /// operation can be reduced to something simpler.
1652 /// @brief Simplify the pow library function.
1653 struct PutsOptimization : public LibCallOptimization
1654 {
1655 public:
1656   /// @brief Default Constructor
1657   PutsOptimization() : LibCallOptimization("fputs",
1658       "Number of 'fputs' calls simplified") {}
1659
1660   /// @brief Destructor
1661   virtual ~PutsOptimization() {}
1662
1663   /// @brief Make sure that the "fputs" function has the right prototype
1664   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function* f, SimplifyLibCalls& SLC)
1665   {
1666     // Just make sure this has 2 arguments
1667     return (f->arg_size() == 2);
1668   }
1669
1670   /// @brief Perform the fputs optimization.
1671   virtual bool OptimizeCall(CallInst* ci, SimplifyLibCalls& SLC)
1672   {
1673     // If the result is used, none of these optimizations work
1674     if (!ci->use_empty())
1675       return false;
1676
1677     // All the optimizations depend on the length of the first argument and the
1678     // fact that it is a constant string array. Check that now
1679     uint64_t len = 0;
1680     if (!getConstantStringLength(ci->getOperand(1), len))
1681       return false;
1682
1683     switch (len)
1684     {
1685       case 0:
1686         // fputs("",F) -> noop
1687         break;
1688       case 1:
1689       {
1690         // fputs(s,F)  -> fputc(s[0],F)  (if s is constant and strlen(s) == 1)
1691         const Type* FILEptr_type = ci->getOperand(2)->getType();
1692         Function* fputc_func = SLC.get_fputc(FILEptr_type);
1693         if (!fputc_func)
1694           return false;
1695         LoadInst* loadi = new LoadInst(ci->getOperand(1),
1696           ci->getOperand(1)->getName()+".byte",ci);
1697         CastInst* casti = new CastInst(loadi,Type::IntTy,
1698           loadi->getName()+".int",ci);
1699         new CallInst(fputc_func,casti,ci->getOperand(2),"",ci);
1700         break;
1701       }
1702       default:
1703       {
1704         // fputs(s,F)  -> fwrite(s,1,len,F) (if s is constant and strlen(s) > 1)
1705         const Type* FILEptr_type = ci->getOperand(2)->getType();
1706         Function* fwrite_func = SLC.get_fwrite(FILEptr_type);
1707         if (!fwrite_func)
1708           return false;
1709         std::vector<Value*> parms;
1710         parms.push_back(ci->getOperand(1));
1711         parms.push_back(ConstantUInt::get(SLC.getIntPtrType(),len));
1712         parms.push_back(ConstantUInt::get(SLC.getIntPtrType(),1));
1713         parms.push_back(ci->getOperand(2));
1714         new CallInst(fwrite_func,parms,"",ci);
1715         break;
1716       }
1717     }
1718     ci->eraseFromParent();
1719     return true; // success
1720   }
1721 } PutsOptimizer;
1722
1723 /// This LibCallOptimization will simplify calls to the "isdigit" library
1724 /// function. It simply does range checks the parameter explicitly.
1725 /// @brief Simplify the isdigit library function.
1726 struct IsDigitOptimization : public LibCallOptimization
1727 {
1728 public:
1729   /// @brief Default Constructor
1730   IsDigitOptimization() : LibCallOptimization("isdigit",
1731       "Number of 'isdigit' calls simplified") {}
1732
1733   /// @brief Destructor
1734   virtual ~IsDigitOptimization() {}
1735
1736   /// @brief Make sure that the "fputs" function has the right prototype
1737   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function* f, SimplifyLibCalls& SLC)
1738   {
1739     // Just make sure this has 1 argument
1740     return (f->arg_size() == 1);
1741   }
1742
1743   /// @brief Perform the toascii optimization.
1744   virtual bool OptimizeCall(CallInst* ci, SimplifyLibCalls& SLC)
1745   {
1746     if (ConstantInt* CI = dyn_cast<ConstantInt>(ci->getOperand(1)))
1747     {
1748       // isdigit(c)   -> 0 or 1, if 'c' is constant
1749       uint64_t val = CI->getRawValue();
1750       if (val >= '0' && val <='9')
1751         ci->replaceAllUsesWith(ConstantSInt::get(Type::IntTy,1));
1752       else
1753         ci->replaceAllUsesWith(ConstantSInt::get(Type::IntTy,0));
1754       ci->eraseFromParent();
1755       return true;
1756     }
1757
1758     // isdigit(c)   -> (unsigned)c - '0' <= 9
1759     CastInst* cast =
1760       new CastInst(ci->getOperand(1),Type::UIntTy,
1761         ci->getOperand(1)->getName()+".uint",ci);
1762     BinaryOperator* sub_inst = BinaryOperator::createSub(cast,
1763         ConstantUInt::get(Type::UIntTy,0x30),
1764         ci->getOperand(1)->getName()+".sub",ci);
1765     SetCondInst* setcond_inst = new SetCondInst(Instruction::SetLE,sub_inst,
1766         ConstantUInt::get(Type::UIntTy,9),
1767         ci->getOperand(1)->getName()+".cmp",ci);
1768     CastInst* c2 =
1769       new CastInst(setcond_inst,Type::IntTy,
1770         ci->getOperand(1)->getName()+".isdigit",ci);
1771     ci->replaceAllUsesWith(c2);
1772     ci->eraseFromParent();
1773     return true;
1774   }
1775 } IsDigitOptimizer;
1776
1777 /// This LibCallOptimization will simplify calls to the "toascii" library
1778 /// function. It simply does the corresponding and operation to restrict the
1779 /// range of values to the ASCII character set (0-127).
1780 /// @brief Simplify the toascii library function.
1781 struct ToAsciiOptimization : public LibCallOptimization
1782 {
1783 public:
1784   /// @brief Default Constructor
1785   ToAsciiOptimization() : LibCallOptimization("toascii",
1786       "Number of 'toascii' calls simplified") {}
1787
1788   /// @brief Destructor
1789   virtual ~ToAsciiOptimization() {}
1790
1791   /// @brief Make sure that the "fputs" function has the right prototype
1792   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function* f, SimplifyLibCalls& SLC)
1793   {
1794     // Just make sure this has 2 arguments
1795     return (f->arg_size() == 1);
1796   }
1797
1798   /// @brief Perform the toascii optimization.
1799   virtual bool OptimizeCall(CallInst* ci, SimplifyLibCalls& SLC)
1800   {
1801     // toascii(c)   -> (c & 0x7f)
1802     Value* chr = ci->getOperand(1);
1803     BinaryOperator* and_inst = BinaryOperator::createAnd(chr,
1804         ConstantInt::get(chr->getType(),0x7F),ci->getName()+".toascii",ci);
1805     ci->replaceAllUsesWith(and_inst);
1806     ci->eraseFromParent();
1807     return true;
1808   }
1809 } ToAsciiOptimizer;
1810
1811 /// This LibCallOptimization will simplify calls to the "ffs" library
1812 /// calls which find the first set bit in an int, long, or long long. The
1813 /// optimization is to compute the result at compile time if the argument is
1814 /// a constant.
1815 /// @brief Simplify the ffs library function.
1816 struct FFSOptimization : public LibCallOptimization
1817 {
1818 protected:
1819   /// @brief Subclass Constructor
1820   FFSOptimization(const char* funcName, const char* description)
1821     : LibCallOptimization(funcName, description)
1822     {}
1823
1824 public:
1825   /// @brief Default Constructor
1826   FFSOptimization() : LibCallOptimization("ffs",
1827       "Number of 'ffs' calls simplified") {}
1828
1829   /// @brief Destructor
1830   virtual ~FFSOptimization() {}
1831
1832   /// @brief Make sure that the "fputs" function has the right prototype
1833   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function* f, SimplifyLibCalls& SLC)
1834   {
1835     // Just make sure this has 2 arguments
1836     return (f->arg_size() == 1 && f->getReturnType() == Type::IntTy);
1837   }
1838
1839   /// @brief Perform the ffs optimization.
1840   virtual bool OptimizeCall(CallInst* ci, SimplifyLibCalls& SLC)
1841   {
1842     if (ConstantInt* CI = dyn_cast<ConstantInt>(ci->getOperand(1)))
1843     {
1844       // ffs(cnst)  -> bit#
1845       // ffsl(cnst) -> bit#
1846       // ffsll(cnst) -> bit#
1847       uint64_t val = CI->getRawValue();
1848       int result = 0;
1849       while (val != 0) {
1850         result +=1;
1851         if (val&1)
1852           break;
1853         val >>= 1;
1854       }
1855       ci->replaceAllUsesWith(ConstantSInt::get(Type::IntTy, result));
1856       ci->eraseFromParent();
1857       return true;
1858     }
1859
1860     // ffs(x) -> ( x == 0 ? 0 : llvm.cttz(x)+1)
1861     // ffsl(x) -> ( x == 0 ? 0 : llvm.cttz(x)+1)
1862     // ffsll(x) -> ( x == 0 ? 0 : llvm.cttz(x)+1)
1863     const Type* arg_type = ci->getOperand(1)->getType();
1864     std::vector<const Type*> args;
1865     args.push_back(arg_type);
1866     FunctionType* llvm_cttz_type = FunctionType::get(arg_type,args,false);
1867     Function* F =
1868       SLC.getModule()->getOrInsertFunction("llvm.cttz",llvm_cttz_type);
1869     std::string inst_name(ci->getName()+".ffs");
1870     Instruction* call =
1871       new CallInst(F, ci->getOperand(1), inst_name, ci);
1872     if (arg_type != Type::IntTy)
1873       call = new CastInst(call, Type::IntTy, inst_name, ci);
1874     BinaryOperator* add = BinaryOperator::createAdd(call,
1875       ConstantSInt::get(Type::IntTy,1), inst_name, ci);
1876     SetCondInst* eq = new SetCondInst(Instruction::SetEQ,ci->getOperand(1),
1877       ConstantSInt::get(ci->getOperand(1)->getType(),0),inst_name,ci);
1878     SelectInst* select = new SelectInst(eq,ConstantSInt::get(Type::IntTy,0),add,
1879       inst_name,ci);
1880     ci->replaceAllUsesWith(select);
1881     ci->eraseFromParent();
1882     return true;
1883   }
1884 } FFSOptimizer;
1885
1886 /// This LibCallOptimization will simplify calls to the "ffsl" library
1887 /// calls. It simply uses FFSOptimization for which the transformation is
1888 /// identical.
1889 /// @brief Simplify the ffsl library function.
1890 struct FFSLOptimization : public FFSOptimization
1891 {
1892 public:
1893   /// @brief Default Constructor
1894   FFSLOptimization() : FFSOptimization("ffsl",
1895       "Number of 'ffsl' calls simplified") {}
1896
1897 } FFSLOptimizer;
1898
1899 /// This LibCallOptimization will simplify calls to the "ffsll" library
1900 /// calls. It simply uses FFSOptimization for which the transformation is
1901 /// identical.
1902 /// @brief Simplify the ffsl library function.
1903 struct FFSLLOptimization : public FFSOptimization
1904 {
1905 public:
1906   /// @brief Default Constructor
1907   FFSLLOptimization() : FFSOptimization("ffsll",
1908       "Number of 'ffsll' calls simplified") {}
1909
1910 } FFSLLOptimizer;
1911
1912
1913 /// This LibCallOptimization will simplify calls to the "floor" library
1914 /// function.
1915 /// @brief Simplify the floor library function.
1916 struct FloorOptimization : public LibCallOptimization {
1917   FloorOptimization()
1918     : LibCallOptimization("floor", "Number of 'floor' calls simplified") {}
1919   
1920   /// @brief Make sure that the "floor" function has the right prototype
1921   virtual bool ValidateCalledFunction(const Function *F, SimplifyLibCalls &SLC){
1922     return F->arg_size() == 1 && F->arg_begin()->getType() == Type::DoubleTy &&
1923            F->getReturnType() == Type::DoubleTy;
1924   }
1925   
1926   virtual bool OptimizeCall(CallInst *CI, SimplifyLibCalls &SLC) {
1927     // If this is a float argument passed in, convert to floorf.
1928     // e.g. floor((double)FLT) -> (double)floorf(FLT).  There can be no loss of
1929     // precision due to this.
1930     if (CastInst *Cast = dyn_cast<CastInst>(CI->getOperand(1)))
1931       if (Cast->getOperand(0)->getType() == Type::FloatTy) {
1932         Value *New = new CallInst(SLC.get_floorf(), Cast->getOperand(0),
1933                                   CI->getName(), CI);
1934         New = new CastInst(New, Type::DoubleTy, CI->getName(), CI);
1935         CI->replaceAllUsesWith(New);
1936         CI->eraseFromParent();
1937         if (Cast->use_empty())
1938           Cast->eraseFromParent();
1939         return true;
1940       }
1941     return false; // opt failed
1942   }
1943 } FloorOptimizer;
1944
1945
1946
1947 /// A function to compute the length of a null-terminated constant array of
1948 /// integers.  This function can't rely on the size of the constant array
1949 /// because there could be a null terminator in the middle of the array.
1950 /// We also have to bail out if we find a non-integer constant initializer
1951 /// of one of the elements or if there is no null-terminator. The logic
1952 /// below checks each of these conditions and will return true only if all
1953 /// conditions are met. In that case, the \p len parameter is set to the length
1954 /// of the null-terminated string. If false is returned, the conditions were
1955 /// not met and len is set to 0.
1956 /// @brief Get the length of a constant string (null-terminated array).
1957 bool getConstantStringLength(Value* V, uint64_t& len, ConstantArray** CA )
1958 {
1959   assert(V != 0 && "Invalid args to getConstantStringLength");
1960   len = 0; // make sure we initialize this
1961   User* GEP = 0;
1962   // If the value is not a GEP instruction nor a constant expression with a
1963   // GEP instruction, then return false because ConstantArray can't occur
1964   // any other way
1965   if (GetElementPtrInst* GEPI = dyn_cast<GetElementPtrInst>(V))
1966     GEP = GEPI;
1967   else if (ConstantExpr* CE = dyn_cast<ConstantExpr>(V))
1968     if (CE->getOpcode() == Instruction::GetElementPtr)
1969       GEP = CE;
1970     else
1971       return false;
1972   else
1973     return false;
1974
1975   // Make sure the GEP has exactly three arguments.
1976   if (GEP->getNumOperands() != 3)
1977     return false;
1978
1979   // Check to make sure that the first operand of the GEP is an integer and
1980   // has value 0 so that we are sure we're indexing into the initializer.
1981   if (ConstantInt* op1 = dyn_cast<ConstantInt>(GEP->getOperand(1)))
1982   {
1983     if (!op1->isNullValue())
1984       return false;
1985   }
1986   else
1987     return false;
1988
1989   // Ensure that the second operand is a ConstantInt. If it isn't then this
1990   // GEP is wonky and we're not really sure what were referencing into and
1991   // better of not optimizing it. While we're at it, get the second index
1992   // value. We'll need this later for indexing the ConstantArray.
1993   uint64_t start_idx = 0;
1994   if (ConstantInt* CI = dyn_cast<ConstantInt>(GEP->getOperand(2)))
1995     start_idx = CI->getRawValue();
1996   else
1997     return false;
1998
1999   // The GEP instruction, constant or instruction, must reference a global
2000   // variable that is a constant and is initialized. The referenced constant
2001   // initializer is the array that we'll use for optimization.
2002   GlobalVariable* GV = dyn_cast<GlobalVariable>(GEP->getOperand(0));
2003   if (!GV || !GV->isConstant() || !GV->hasInitializer())
2004     return false;
2005
2006   // Get the initializer.
2007   Constant* INTLZR = GV->getInitializer();
2008
2009   // Handle the ConstantAggregateZero case
2010   if (ConstantAggregateZero* CAZ = dyn_cast<ConstantAggregateZero>(INTLZR))
2011   {
2012     // This is a degenerate case. The initializer is constant zero so the
2013     // length of the string must be zero.
2014     len = 0;
2015     return true;
2016   }
2017
2018   // Must be a Constant Array
2019   ConstantArray* A = dyn_cast<ConstantArray>(INTLZR);
2020   if (!A)
2021     return false;
2022
2023   // Get the number of elements in the array
2024   uint64_t max_elems = A->getType()->getNumElements();
2025
2026   // Traverse the constant array from start_idx (derived above) which is
2027   // the place the GEP refers to in the array.
2028   for ( len = start_idx; len < max_elems; len++)
2029   {
2030     if (ConstantInt* CI = dyn_cast<ConstantInt>(A->getOperand(len)))
2031     {
2032       // Check for the null terminator
2033       if (CI->isNullValue())
2034         break; // we found end of string
2035     }
2036     else
2037       return false; // This array isn't suitable, non-int initializer
2038   }
2039   if (len >= max_elems)
2040     return false; // This array isn't null terminated
2041
2042   // Subtract out the initial value from the length
2043   len -= start_idx;
2044   if (CA)
2045     *CA = A;
2046   return true; // success!
2047 }
2048
2049 /// CastToCStr - Return V if it is an sbyte*, otherwise cast it to sbyte*,
2050 /// inserting the cast before IP, and return the cast.
2051 /// @brief Cast a value to a "C" string.
2052 Value *CastToCStr(Value *V, Instruction &IP) {
2053   const Type *SBPTy = PointerType::get(Type::SByteTy);
2054   if (V->getType() != SBPTy)
2055     return new CastInst(V, SBPTy, V->getName(), &IP);
2056   return V;
2057 }
2058
2059 // TODO:
2060 //   Additional cases that we need to add to this file:
2061 //
2062 // cbrt:
2063 //   * cbrt(expN(X))  -> expN(x/3)
2064 //   * cbrt(sqrt(x))  -> pow(x,1/6)
2065 //   * cbrt(sqrt(x))  -> pow(x,1/9)
2066 //
2067 // cos, cosf, cosl:
2068 //   * cos(-x)  -> cos(x)
2069 //
2070 // exp, expf, expl:
2071 //   * exp(log(x))  -> x
2072 //
2073 // isascii:
2074 //   * isascii(c)    -> ((c & ~0x7f) == 0)
2075 //
2076 // isdigit:
2077 //   * isdigit(c)    -> (unsigned)(c) - '0' <= 9
2078 //
2079 // log, logf, logl:
2080 //   * log(exp(x))   -> x
2081 //   * log(x**y)     -> y*log(x)
2082 //   * log(exp(y))   -> y*log(e)
2083 //   * log(exp2(y))  -> y*log(2)
2084 //   * log(exp10(y)) -> y*log(10)
2085 //   * log(sqrt(x))  -> 0.5*log(x)
2086 //   * log(pow(x,y)) -> y*log(x)
2087 //
2088 // lround, lroundf, lroundl:
2089 //   * lround(cnst) -> cnst'
2090 //
2091 // memcmp:
2092 //   * memcmp(x,y,l)   -> cnst
2093 //      (if all arguments are constant and strlen(x) <= l and strlen(y) <= l)
2094 //
2095 // memmove:
2096 //   * memmove(d,s,l,a) -> memcpy(d,s,l,a)
2097 //       (if s is a global constant array)
2098 //
2099 // pow, powf, powl:
2100 //   * pow(exp(x),y)  -> exp(x*y)
2101 //   * pow(sqrt(x),y) -> pow(x,y*0.5)
2102 //   * pow(pow(x,y),z)-> pow(x,y*z)
2103 //
2104 // puts:
2105 //   * puts("") -> fputc("\n",stdout) (how do we get "stdout"?)
2106 //
2107 // round, roundf, roundl:
2108 //   * round(cnst) -> cnst'
2109 //
2110 // signbit:
2111 //   * signbit(cnst) -> cnst'
2112 //   * signbit(nncst) -> 0 (if pstv is a non-negative constant)
2113 //
2114 // sqrt, sqrtf, sqrtl:
2115 //   * sqrt(expN(x))  -> expN(x*0.5)
2116 //   * sqrt(Nroot(x)) -> pow(x,1/(2*N))
2117 //   * sqrt(pow(x,y)) -> pow(|x|,y*0.5)
2118 //
2119 // stpcpy:
2120 //   * stpcpy(str, "literal") ->
2121 //           llvm.memcpy(str,"literal",strlen("literal")+1,1)
2122 // strrchr:
2123 //   * strrchr(s,c) -> reverse_offset_of_in(c,s)
2124 //      (if c is a constant integer and s is a constant string)
2125 //   * strrchr(s1,0) -> strchr(s1,0)
2126 //
2127 // strncat:
2128 //   * strncat(x,y,0) -> x
2129 //   * strncat(x,y,0) -> x (if strlen(y) = 0)
2130 //   * strncat(x,y,l) -> strcat(x,y) (if y and l are constants an l > strlen(y))
2131 //
2132 // strncpy:
2133 //   * strncpy(d,s,0) -> d
2134 //   * strncpy(d,s,l) -> memcpy(d,s,l,1)
2135 //      (if s and l are constants)
2136 //
2137 // strpbrk:
2138 //   * strpbrk(s,a) -> offset_in_for(s,a)
2139 //      (if s and a are both constant strings)
2140 //   * strpbrk(s,"") -> 0
2141 //   * strpbrk(s,a) -> strchr(s,a[0]) (if a is constant string of length 1)
2142 //
2143 // strspn, strcspn:
2144 //   * strspn(s,a)   -> const_int (if both args are constant)
2145 //   * strspn("",a)  -> 0
2146 //   * strspn(s,"")  -> 0
2147 //   * strcspn(s,a)  -> const_int (if both args are constant)
2148 //   * strcspn("",a) -> 0
2149 //   * strcspn(s,"") -> strlen(a)
2150 //
2151 // strstr:
2152 //   * strstr(x,x)  -> x
2153 //   * strstr(s1,s2) -> offset_of_s2_in(s1)
2154 //       (if s1 and s2 are constant strings)
2155 //
2156 // tan, tanf, tanl:
2157 //   * tan(atan(x)) -> x
2158 //
2159 // trunc, truncf, truncl:
2160 //   * trunc(cnst) -> cnst'
2161 //
2162 //
2163 }