strength reduce exp2 into ldexp, rdar://5852514
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / Scalar / SimplifyLibCalls.cpp
1 //===- SimplifyLibCalls.cpp - Optimize specific well-known library calls --===//
2 //
3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
4 //
5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
6 // License. See LICENSE.TXT for details.
7 //
8 //===----------------------------------------------------------------------===//
9 //
10 // This file implements a simple 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/Transforms/Scalar.h"
22 #include "llvm/Intrinsics.h"
23 #include "llvm/Module.h"
24 #include "llvm/Pass.h"
25 #include "llvm/Support/IRBuilder.h"
26 #include "llvm/Target/TargetData.h"
27 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
28 #include "llvm/ADT/StringMap.h"
29 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
30 #include "llvm/Support/Compiler.h"
31 #include "llvm/Support/Debug.h"
32 #include "llvm/Config/config.h"
33 using namespace llvm;
34
35 STATISTIC(NumSimplified, "Number of library calls simplified");
36
37 //===----------------------------------------------------------------------===//
38 // Optimizer Base Class
39 //===----------------------------------------------------------------------===//
40
41 /// This class is the abstract base class for the set of optimizations that
42 /// corresponds to one library call.
43 namespace {
44 class VISIBILITY_HIDDEN LibCallOptimization {
45 protected:
46   Function *Caller;
47   const TargetData *TD;
48 public:
49   LibCallOptimization() { }
50   virtual ~LibCallOptimization() {}
51
52   /// CallOptimizer - This pure virtual method is implemented by base classes to
53   /// do various optimizations.  If this returns null then no transformation was
54   /// performed.  If it returns CI, then it transformed the call and CI is to be
55   /// deleted.  If it returns something else, replace CI with the new value and
56   /// delete CI.
57   virtual Value *CallOptimizer(Function *Callee, CallInst *CI, IRBuilder &B) =0;
58   
59   Value *OptimizeCall(CallInst *CI, const TargetData &TD, IRBuilder &B) {
60     Caller = CI->getParent()->getParent();
61     this->TD = &TD;
62     return CallOptimizer(CI->getCalledFunction(), CI, B);
63   }
64
65   /// CastToCStr - Return V if it is an i8*, otherwise cast it to i8*.
66   Value *CastToCStr(Value *V, IRBuilder &B);
67
68   /// EmitStrLen - Emit a call to the strlen function to the builder, for the
69   /// specified pointer.  Ptr is required to be some pointer type, and the
70   /// return value has 'intptr_t' type.
71   Value *EmitStrLen(Value *Ptr, IRBuilder &B);
72   
73   /// EmitMemCpy - Emit a call to the memcpy function to the builder.  This
74   /// always expects that the size has type 'intptr_t' and Dst/Src are pointers.
75   Value *EmitMemCpy(Value *Dst, Value *Src, Value *Len, 
76                     unsigned Align, IRBuilder &B);
77   
78   /// EmitMemChr - Emit a call to the memchr function.  This assumes that Ptr is
79   /// a pointer, Val is an i32 value, and Len is an 'intptr_t' value.
80   Value *EmitMemChr(Value *Ptr, Value *Val, Value *Len, IRBuilder &B);
81     
82   /// EmitUnaryFloatFnCall - Emit a call to the unary function named 'Name' (e.g.
83   /// 'floor').  This function is known to take a single of type matching 'Op'
84   /// and returns one value with the same type.  If 'Op' is a long double, 'l'
85   /// is added as the suffix of name, if 'Op' is a float, we add a 'f' suffix.
86   Value *EmitUnaryFloatFnCall(Value *Op, const char *Name, IRBuilder &B);
87   
88   /// EmitPutChar - Emit a call to the putchar function.  This assumes that Char
89   /// is an integer.
90   void EmitPutChar(Value *Char, IRBuilder &B);
91   
92   /// EmitPutS - Emit a call to the puts function.  This assumes that Str is
93   /// some pointer.
94   void EmitPutS(Value *Str, IRBuilder &B);
95     
96   /// EmitFPutC - Emit a call to the fputc function.  This assumes that Char is
97   /// an i32, and File is a pointer to FILE.
98   void EmitFPutC(Value *Char, Value *File, IRBuilder &B);
99   
100   /// EmitFPutS - Emit a call to the puts function.  Str is required to be a
101   /// pointer and File is a pointer to FILE.
102   void EmitFPutS(Value *Str, Value *File, IRBuilder &B);
103   
104   /// EmitFWrite - Emit a call to the fwrite function.  This assumes that Ptr is
105   /// a pointer, Size is an 'intptr_t', and File is a pointer to FILE.
106   void EmitFWrite(Value *Ptr, Value *Size, Value *File, IRBuilder &B);
107     
108 };
109 } // End anonymous namespace.
110
111 /// CastToCStr - Return V if it is an i8*, otherwise cast it to i8*.
112 Value *LibCallOptimization::CastToCStr(Value *V, IRBuilder &B) {
113   return B.CreateBitCast(V, PointerType::getUnqual(Type::Int8Ty), "cstr");
114 }
115
116 /// EmitStrLen - Emit a call to the strlen function to the builder, for the
117 /// specified pointer.  This always returns an integer value of size intptr_t.
118 Value *LibCallOptimization::EmitStrLen(Value *Ptr, IRBuilder &B) {
119   Module *M = Caller->getParent();
120   Constant *StrLen =M->getOrInsertFunction("strlen", TD->getIntPtrType(),
121                                            PointerType::getUnqual(Type::Int8Ty),
122                                            NULL);
123   return B.CreateCall(StrLen, CastToCStr(Ptr, B), "strlen");
124 }
125
126 /// EmitMemCpy - Emit a call to the memcpy function to the builder.  This always
127 /// expects that the size has type 'intptr_t' and Dst/Src are pointers.
128 Value *LibCallOptimization::EmitMemCpy(Value *Dst, Value *Src, Value *Len,
129                                        unsigned Align, IRBuilder &B) {
130   Module *M = Caller->getParent();
131   Intrinsic::ID IID = TD->getIntPtrType() == Type::Int32Ty ?
132                            Intrinsic::memcpy_i32 : Intrinsic::memcpy_i64;
133   Value *MemCpy = Intrinsic::getDeclaration(M, IID);
134   return B.CreateCall4(MemCpy, CastToCStr(Dst, B), CastToCStr(Src, B), Len,
135                        ConstantInt::get(Type::Int32Ty, Align));
136 }
137
138 /// EmitMemChr - Emit a call to the memchr function.  This assumes that Ptr is
139 /// a pointer, Val is an i32 value, and Len is an 'intptr_t' value.
140 Value *LibCallOptimization::EmitMemChr(Value *Ptr, Value *Val,
141                                        Value *Len, IRBuilder &B) {
142   Module *M = Caller->getParent();
143   Value *MemChr = M->getOrInsertFunction("memchr",
144                                          PointerType::getUnqual(Type::Int8Ty),
145                                          PointerType::getUnqual(Type::Int8Ty),
146                                          Type::Int32Ty, TD->getIntPtrType(),
147                                          NULL);
148   return B.CreateCall3(MemChr, CastToCStr(Ptr, B), Val, Len, "memchr");
149 }
150
151 /// EmitUnaryFloatFnCall - Emit a call to the unary function named 'Name' (e.g.
152 /// 'floor').  This function is known to take a single of type matching 'Op' and
153 /// returns one value with the same type.  If 'Op' is a long double, 'l' is
154 /// added as the suffix of name, if 'Op' is a float, we add a 'f' suffix.
155 Value *LibCallOptimization::EmitUnaryFloatFnCall(Value *Op, const char *Name,
156                                                  IRBuilder &B) {
157   char NameBuffer[20];
158   if (Op->getType() != Type::DoubleTy) {
159     // If we need to add a suffix, copy into NameBuffer.
160     unsigned NameLen = strlen(Name);
161     assert(NameLen < sizeof(NameBuffer)-2);
162     memcpy(NameBuffer, Name, NameLen);
163     if (Op->getType() == Type::FloatTy)
164       NameBuffer[NameLen] = 'f';  // floorf
165     else
166       NameBuffer[NameLen] = 'l';  // floorl
167     NameBuffer[NameLen+1] = 0;
168     Name = NameBuffer;
169   }
170   
171   Module *M = Caller->getParent();
172   Value *Callee = M->getOrInsertFunction(Name, Op->getType(), 
173                                          Op->getType(), NULL);
174   return B.CreateCall(Callee, Op, Name);
175 }
176
177 /// EmitPutChar - Emit a call to the putchar function.  This assumes that Char
178 /// is an integer.
179 void LibCallOptimization::EmitPutChar(Value *Char, IRBuilder &B) {
180   Module *M = Caller->getParent();
181   Value *F = M->getOrInsertFunction("putchar", Type::Int32Ty,
182                                     Type::Int32Ty, NULL);
183   B.CreateCall(F, B.CreateIntCast(Char, Type::Int32Ty, "chari"), "putchar");
184 }
185
186 /// EmitPutS - Emit a call to the puts function.  This assumes that Str is
187 /// some pointer.
188 void LibCallOptimization::EmitPutS(Value *Str, IRBuilder &B) {
189   Module *M = Caller->getParent();
190   Value *F = M->getOrInsertFunction("puts", Type::Int32Ty,
191                                     PointerType::getUnqual(Type::Int8Ty), NULL);
192   B.CreateCall(F, CastToCStr(Str, B), "puts");
193 }
194
195 /// EmitFPutC - Emit a call to the fputc function.  This assumes that Char is
196 /// an integer and File is a pointer to FILE.
197 void LibCallOptimization::EmitFPutC(Value *Char, Value *File, IRBuilder &B) {
198   Module *M = Caller->getParent();
199   Constant *F = M->getOrInsertFunction("fputc", Type::Int32Ty, Type::Int32Ty,
200                                        File->getType(), NULL);
201   Char = B.CreateIntCast(Char, Type::Int32Ty, "chari");
202   B.CreateCall2(F, Char, File, "fputc");
203 }
204
205 /// EmitFPutS - Emit a call to the puts function.  Str is required to be a
206 /// pointer and File is a pointer to FILE.
207 void LibCallOptimization::EmitFPutS(Value *Str, Value *File, IRBuilder &B) {
208   Module *M = Caller->getParent();
209   Constant *F = M->getOrInsertFunction("fputs", Type::Int32Ty,
210                                        PointerType::getUnqual(Type::Int8Ty),
211                                        File->getType(), NULL);
212   B.CreateCall2(F, CastToCStr(Str, B), File, "fputs");
213 }
214
215 /// EmitFWrite - Emit a call to the fwrite function.  This assumes that Ptr is
216 /// a pointer, Size is an 'intptr_t', and File is a pointer to FILE.
217 void LibCallOptimization::EmitFWrite(Value *Ptr, Value *Size, Value *File,
218                                      IRBuilder &B) {
219   Module *M = Caller->getParent();
220   Constant *F = M->getOrInsertFunction("fwrite", TD->getIntPtrType(),
221                                        PointerType::getUnqual(Type::Int8Ty),
222                                        TD->getIntPtrType(), TD->getIntPtrType(),
223                                        File->getType(), NULL);
224   B.CreateCall4(F, CastToCStr(Ptr, B), Size, 
225                 ConstantInt::get(TD->getIntPtrType(), 1), File);
226 }
227
228 //===----------------------------------------------------------------------===//
229 // Helper Functions
230 //===----------------------------------------------------------------------===//
231
232 /// GetConstantStringInfo - This function computes the length of a
233 /// null-terminated C string pointed to by V.  If successful, it returns true
234 /// and returns the string in Str.  If unsuccessful, it returns false.
235 static bool GetConstantStringInfo(Value *V, std::string &Str) {
236   // Look bitcast instructions.
237   if (BitCastInst *BCI = dyn_cast<BitCastInst>(V))
238     return GetConstantStringInfo(BCI->getOperand(0), Str);
239   
240   // If the value is not a GEP instruction nor a constant expression with a
241   // GEP instruction, then return false because ConstantArray can't occur
242   // any other way
243   User *GEP = 0;
244   if (GetElementPtrInst *GEPI = dyn_cast<GetElementPtrInst>(V)) {
245     GEP = GEPI;
246   } else if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(V)) {
247     if (CE->getOpcode() != Instruction::GetElementPtr)
248       return false;
249     GEP = CE;
250   } else {
251     return false;
252   }
253   
254   // Make sure the GEP has exactly three arguments.
255   if (GEP->getNumOperands() != 3)
256     return false;
257   
258   // Check to make sure that the first operand of the GEP is an integer and
259   // has value 0 so that we are sure we're indexing into the initializer.
260   if (ConstantInt *Idx = dyn_cast<ConstantInt>(GEP->getOperand(1))) {
261     if (!Idx->isZero())
262       return false;
263   } else
264     return false;
265   
266   // If the second index isn't a ConstantInt, then this is a variable index
267   // into the array.  If this occurs, we can't say anything meaningful about
268   // the string.
269   uint64_t StartIdx = 0;
270   if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(GEP->getOperand(2)))
271     StartIdx = CI->getZExtValue();
272   else
273     return false;
274   
275   // The GEP instruction, constant or instruction, must reference a global
276   // variable that is a constant and is initialized. The referenced constant
277   // initializer is the array that we'll use for optimization.
278   GlobalVariable* GV = dyn_cast<GlobalVariable>(GEP->getOperand(0));
279   if (!GV || !GV->isConstant() || !GV->hasInitializer())
280     return false;
281   Constant *GlobalInit = GV->getInitializer();
282   
283   // Handle the ConstantAggregateZero case
284   if (isa<ConstantAggregateZero>(GlobalInit)) {
285     // This is a degenerate case. The initializer is constant zero so the
286     // length of the string must be zero.
287     Str.clear();
288     return true;
289   }
290   
291   // Must be a Constant Array
292   ConstantArray *Array = dyn_cast<ConstantArray>(GlobalInit);
293   if (Array == 0 || Array->getType()->getElementType() != Type::Int8Ty)
294     return false;
295   
296   // Get the number of elements in the array
297   uint64_t NumElts = Array->getType()->getNumElements();
298   
299   // Traverse the constant array from StartIdx (derived above) which is
300   // the place the GEP refers to in the array.
301   for (unsigned i = StartIdx; i < NumElts; ++i) {
302     Constant *Elt = Array->getOperand(i);
303     ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(Elt);
304     if (!CI) // This array isn't suitable, non-int initializer.
305       return false;
306     if (CI->isZero())
307       return true; // we found end of string, success!
308     Str += (char)CI->getZExtValue();
309   }
310   
311   return false; // The array isn't null terminated.
312 }
313
314 /// GetStringLengthH - If we can compute the length of the string pointed to by
315 /// the specified pointer, return 'len+1'.  If we can't, return 0.
316 static uint64_t GetStringLengthH(Value *V, SmallPtrSet<PHINode*, 32> &PHIs) {
317   // Look through noop bitcast instructions.
318   if (BitCastInst *BCI = dyn_cast<BitCastInst>(V))
319     return GetStringLengthH(BCI->getOperand(0), PHIs);
320   
321   // If this is a PHI node, there are two cases: either we have already seen it
322   // or we haven't.
323   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(V)) {
324     if (!PHIs.insert(PN))
325       return ~0ULL;  // already in the set.
326     
327     // If it was new, see if all the input strings are the same length.
328     uint64_t LenSoFar = ~0ULL;
329     for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
330       uint64_t Len = GetStringLengthH(PN->getIncomingValue(i), PHIs);
331       if (Len == 0) return 0; // Unknown length -> unknown.
332       
333       if (Len == ~0ULL) continue;
334       
335       if (Len != LenSoFar && LenSoFar != ~0ULL)
336         return 0;    // Disagree -> unknown.
337       LenSoFar = Len;
338     }
339     
340     // Success, all agree.
341     return LenSoFar;
342   }
343   
344   // strlen(select(c,x,y)) -> strlen(x) ^ strlen(y)
345   if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(V)) {
346     uint64_t Len1 = GetStringLengthH(SI->getTrueValue(), PHIs);
347     if (Len1 == 0) return 0;
348     uint64_t Len2 = GetStringLengthH(SI->getFalseValue(), PHIs);
349     if (Len2 == 0) return 0;
350     if (Len1 == ~0ULL) return Len2;
351     if (Len2 == ~0ULL) return Len1;
352     if (Len1 != Len2) return 0;
353     return Len1;
354   }
355   
356   // If the value is not a GEP instruction nor a constant expression with a
357   // GEP instruction, then return unknown.
358   User *GEP = 0;
359   if (GetElementPtrInst *GEPI = dyn_cast<GetElementPtrInst>(V)) {
360     GEP = GEPI;
361   } else if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(V)) {
362     if (CE->getOpcode() != Instruction::GetElementPtr)
363       return 0;
364     GEP = CE;
365   } else {
366     return 0;
367   }
368   
369   // Make sure the GEP has exactly three arguments.
370   if (GEP->getNumOperands() != 3)
371     return 0;
372   
373   // Check to make sure that the first operand of the GEP is an integer and
374   // has value 0 so that we are sure we're indexing into the initializer.
375   if (ConstantInt *Idx = dyn_cast<ConstantInt>(GEP->getOperand(1))) {
376     if (!Idx->isZero())
377       return 0;
378   } else
379     return 0;
380   
381   // If the second index isn't a ConstantInt, then this is a variable index
382   // into the array.  If this occurs, we can't say anything meaningful about
383   // the string.
384   uint64_t StartIdx = 0;
385   if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(GEP->getOperand(2)))
386     StartIdx = CI->getZExtValue();
387   else
388     return 0;
389   
390   // The GEP instruction, constant or instruction, must reference a global
391   // variable that is a constant and is initialized. The referenced constant
392   // initializer is the array that we'll use for optimization.
393   GlobalVariable* GV = dyn_cast<GlobalVariable>(GEP->getOperand(0));
394   if (!GV || !GV->isConstant() || !GV->hasInitializer())
395     return 0;
396   Constant *GlobalInit = GV->getInitializer();
397   
398   // Handle the ConstantAggregateZero case, which is a degenerate case. The
399   // initializer is constant zero so the length of the string must be zero.
400   if (isa<ConstantAggregateZero>(GlobalInit))
401     return 1;  // Len = 0 offset by 1.
402   
403   // Must be a Constant Array
404   ConstantArray *Array = dyn_cast<ConstantArray>(GlobalInit);
405   if (!Array || Array->getType()->getElementType() != Type::Int8Ty)
406     return false;
407   
408   // Get the number of elements in the array
409   uint64_t NumElts = Array->getType()->getNumElements();
410   
411   // Traverse the constant array from StartIdx (derived above) which is
412   // the place the GEP refers to in the array.
413   for (unsigned i = StartIdx; i != NumElts; ++i) {
414     Constant *Elt = Array->getOperand(i);
415     ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(Elt);
416     if (!CI) // This array isn't suitable, non-int initializer.
417       return 0;
418     if (CI->isZero())
419       return i-StartIdx+1; // We found end of string, success!
420   }
421   
422   return 0; // The array isn't null terminated, conservatively return 'unknown'.
423 }
424
425 /// GetStringLength - If we can compute the length of the string pointed to by
426 /// the specified pointer, return 'len+1'.  If we can't, return 0.
427 static uint64_t GetStringLength(Value *V) {
428   if (!isa<PointerType>(V->getType())) return 0;
429   
430   SmallPtrSet<PHINode*, 32> PHIs;
431   uint64_t Len = GetStringLengthH(V, PHIs);
432   // If Len is ~0ULL, we had an infinite phi cycle: this is dead code, so return
433   // an empty string as a length.
434   return Len == ~0ULL ? 1 : Len;
435 }
436
437 /// IsOnlyUsedInZeroEqualityComparison - Return true if it only matters that the
438 /// value is equal or not-equal to zero. 
439 static bool IsOnlyUsedInZeroEqualityComparison(Value *V) {
440   for (Value::use_iterator UI = V->use_begin(), E = V->use_end();
441        UI != E; ++UI) {
442     if (ICmpInst *IC = dyn_cast<ICmpInst>(*UI))
443       if (IC->isEquality())
444         if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(IC->getOperand(1)))
445           if (C->isNullValue())
446             continue;
447     // Unknown instruction.
448     return false;
449   }
450   return true;
451 }
452
453 //===----------------------------------------------------------------------===//
454 // Miscellaneous LibCall Optimizations
455 //===----------------------------------------------------------------------===//
456
457 //===---------------------------------------===//
458 // 'exit' Optimizations
459
460 /// ExitOpt - int main() { exit(4); } --> int main() { return 4; }
461 struct VISIBILITY_HIDDEN ExitOpt : public LibCallOptimization {
462   virtual Value *CallOptimizer(Function *Callee, CallInst *CI, IRBuilder &B) {
463     // Verify we have a reasonable prototype for exit.
464     if (Callee->arg_size() == 0 || !CI->use_empty())
465       return 0;
466
467     // Verify the caller is main, and that the result type of main matches the
468     // argument type of exit.
469     if (!Caller->isName("main") || !Caller->hasExternalLinkage() ||
470         Caller->getReturnType() != CI->getOperand(1)->getType())
471       return 0;
472
473     TerminatorInst *OldTI = CI->getParent()->getTerminator();
474     
475     // Create the return after the call.
476     ReturnInst *RI = B.CreateRet(CI->getOperand(1));
477
478     // Drop all successor phi node entries.
479     for (unsigned i = 0, e = OldTI->getNumSuccessors(); i != e; ++i)
480       OldTI->getSuccessor(i)->removePredecessor(CI->getParent());
481     
482     // Erase all instructions from after our return instruction until the end of
483     // the block.
484     BasicBlock::iterator FirstDead = RI; ++FirstDead;
485     CI->getParent()->getInstList().erase(FirstDead, CI->getParent()->end());
486     return CI;
487   }
488 };
489
490 //===----------------------------------------------------------------------===//
491 // String and Memory LibCall Optimizations
492 //===----------------------------------------------------------------------===//
493
494 //===---------------------------------------===//
495 // 'strcat' Optimizations
496
497 struct VISIBILITY_HIDDEN StrCatOpt : public LibCallOptimization {
498   virtual Value *CallOptimizer(Function *Callee, CallInst *CI, IRBuilder &B) {
499     // Verify the "strcat" function prototype.
500     const FunctionType *FT = Callee->getFunctionType();
501     if (FT->getNumParams() != 2 ||
502         FT->getReturnType() != PointerType::getUnqual(Type::Int8Ty) ||
503         FT->getParamType(0) != FT->getReturnType() ||
504         FT->getParamType(1) != FT->getReturnType())
505       return 0;
506     
507     // Extract some information from the instruction
508     Value *Dst = CI->getOperand(1);
509     Value *Src = CI->getOperand(2);
510     
511     // See if we can get the length of the input string.
512     uint64_t Len = GetStringLength(Src);
513     if (Len == 0) return 0;
514     --Len;  // Unbias length.
515     
516     // Handle the simple, do-nothing case: strcat(x, "") -> x
517     if (Len == 0)
518       return Dst;
519     
520     // We need to find the end of the destination string.  That's where the
521     // memory is to be moved to. We just generate a call to strlen.
522     Value *DstLen = EmitStrLen(Dst, B);
523     
524     // Now that we have the destination's length, we must index into the
525     // destination's pointer to get the actual memcpy destination (end of
526     // the string .. we're concatenating).
527     Dst = B.CreateGEP(Dst, DstLen, "endptr");
528     
529     // We have enough information to now generate the memcpy call to do the
530     // concatenation for us.  Make a memcpy to copy the nul byte with align = 1.
531     EmitMemCpy(Dst, Src, ConstantInt::get(TD->getIntPtrType(), Len+1), 1, B);
532     return Dst;
533   }
534 };
535
536 //===---------------------------------------===//
537 // 'strchr' Optimizations
538
539 struct VISIBILITY_HIDDEN StrChrOpt : public LibCallOptimization {
540   virtual Value *CallOptimizer(Function *Callee, CallInst *CI, IRBuilder &B) {
541     // Verify the "strchr" function prototype.
542     const FunctionType *FT = Callee->getFunctionType();
543     if (FT->getNumParams() != 2 ||
544         FT->getReturnType() != PointerType::getUnqual(Type::Int8Ty) ||
545         FT->getParamType(0) != FT->getReturnType())
546       return 0;
547     
548     Value *SrcStr = CI->getOperand(1);
549     
550     // If the second operand is non-constant, see if we can compute the length
551     // of the input string and turn this into memchr.
552     ConstantInt *CharC = dyn_cast<ConstantInt>(CI->getOperand(2));
553     if (CharC == 0) {
554       uint64_t Len = GetStringLength(SrcStr);
555       if (Len == 0 || FT->getParamType(1) != Type::Int32Ty) // memchr needs i32.
556         return 0;
557       
558       return EmitMemChr(SrcStr, CI->getOperand(2), // include nul.
559                         ConstantInt::get(TD->getIntPtrType(), Len), B);
560     }
561
562     // Otherwise, the character is a constant, see if the first argument is
563     // a string literal.  If so, we can constant fold.
564     std::string Str;
565     if (!GetConstantStringInfo(SrcStr, Str))
566       return 0;
567     
568     // strchr can find the nul character.
569     Str += '\0';
570     char CharValue = CharC->getSExtValue();
571     
572     // Compute the offset.
573     uint64_t i = 0;
574     while (1) {
575       if (i == Str.size())    // Didn't find the char.  strchr returns null.
576         return Constant::getNullValue(CI->getType());
577       // Did we find our match?
578       if (Str[i] == CharValue)
579         break;
580       ++i;
581     }
582     
583     // strchr(s+n,c)  -> gep(s+n+i,c)
584     Value *Idx = ConstantInt::get(Type::Int64Ty, i);
585     return B.CreateGEP(SrcStr, Idx, "strchr");
586   }
587 };
588
589 //===---------------------------------------===//
590 // 'strcmp' Optimizations
591
592 struct VISIBILITY_HIDDEN StrCmpOpt : public LibCallOptimization {
593   virtual Value *CallOptimizer(Function *Callee, CallInst *CI, IRBuilder &B) {
594     // Verify the "strcmp" function prototype.
595     const FunctionType *FT = Callee->getFunctionType();
596     if (FT->getNumParams() != 2 || FT->getReturnType() != Type::Int32Ty ||
597         FT->getParamType(0) != FT->getParamType(1) ||
598         FT->getParamType(0) != PointerType::getUnqual(Type::Int8Ty))
599       return 0;
600     
601     Value *Str1P = CI->getOperand(1), *Str2P = CI->getOperand(2);
602     if (Str1P == Str2P)      // strcmp(x,x)  -> 0
603       return ConstantInt::get(CI->getType(), 0);
604     
605     std::string Str1, Str2;
606     bool HasStr1 = GetConstantStringInfo(Str1P, Str1);
607     bool HasStr2 = GetConstantStringInfo(Str2P, Str2);
608     
609     if (HasStr1 && Str1.empty()) // strcmp("", x) -> *x
610       return B.CreateZExt(B.CreateLoad(Str2P, "strcmpload"), CI->getType());
611     
612     if (HasStr2 && Str2.empty()) // strcmp(x,"") -> *x
613       return B.CreateZExt(B.CreateLoad(Str1P, "strcmpload"), CI->getType());
614     
615     // strcmp(x, y)  -> cnst  (if both x and y are constant strings)
616     if (HasStr1 && HasStr2)
617       return ConstantInt::get(CI->getType(), strcmp(Str1.c_str(),Str2.c_str()));
618     return 0;
619   }
620 };
621
622 //===---------------------------------------===//
623 // 'strncmp' Optimizations
624
625 struct VISIBILITY_HIDDEN StrNCmpOpt : public LibCallOptimization {
626   virtual Value *CallOptimizer(Function *Callee, CallInst *CI, IRBuilder &B) {
627     // Verify the "strncmp" function prototype.
628     const FunctionType *FT = Callee->getFunctionType();
629     if (FT->getNumParams() != 3 || FT->getReturnType() != Type::Int32Ty ||
630         FT->getParamType(0) != FT->getParamType(1) ||
631         FT->getParamType(0) != PointerType::getUnqual(Type::Int8Ty) ||
632         !isa<IntegerType>(FT->getParamType(2)))
633       return 0;
634     
635     Value *Str1P = CI->getOperand(1), *Str2P = CI->getOperand(2);
636     if (Str1P == Str2P)      // strncmp(x,x,n)  -> 0
637       return ConstantInt::get(CI->getType(), 0);
638     
639     // Get the length argument if it is constant.
640     uint64_t Length;
641     if (ConstantInt *LengthArg = dyn_cast<ConstantInt>(CI->getOperand(3)))
642       Length = LengthArg->getZExtValue();
643     else
644       return 0;
645     
646     if (Length == 0) // strncmp(x,y,0)   -> 0
647       return ConstantInt::get(CI->getType(), 0);
648     
649     std::string Str1, Str2;
650     bool HasStr1 = GetConstantStringInfo(Str1P, Str1);
651     bool HasStr2 = GetConstantStringInfo(Str2P, Str2);
652     
653     if (HasStr1 && Str1.empty())  // strncmp("", x, n) -> *x
654       return B.CreateZExt(B.CreateLoad(Str2P, "strcmpload"), CI->getType());
655     
656     if (HasStr2 && Str2.empty())  // strncmp(x, "", n) -> *x
657       return B.CreateZExt(B.CreateLoad(Str1P, "strcmpload"), CI->getType());
658     
659     // strncmp(x, y)  -> cnst  (if both x and y are constant strings)
660     if (HasStr1 && HasStr2)
661       return ConstantInt::get(CI->getType(),
662                               strncmp(Str1.c_str(), Str2.c_str(), Length));
663     return 0;
664   }
665 };
666
667
668 //===---------------------------------------===//
669 // 'strcpy' Optimizations
670
671 struct VISIBILITY_HIDDEN StrCpyOpt : public LibCallOptimization {
672   virtual Value *CallOptimizer(Function *Callee, CallInst *CI, IRBuilder &B) {
673     // Verify the "strcpy" function prototype.
674     const FunctionType *FT = Callee->getFunctionType();
675     if (FT->getNumParams() != 2 || FT->getReturnType() != FT->getParamType(0) ||
676         FT->getParamType(0) != FT->getParamType(1) ||
677         FT->getParamType(0) != PointerType::getUnqual(Type::Int8Ty))
678       return 0;
679     
680     Value *Dst = CI->getOperand(1), *Src = CI->getOperand(2);
681     if (Dst == Src)      // strcpy(x,x)  -> x
682       return Src;
683     
684     // See if we can get the length of the input string.
685     uint64_t Len = GetStringLength(Src);
686     if (Len == 0) return 0;
687     
688     // We have enough information to now generate the memcpy call to do the
689     // concatenation for us.  Make a memcpy to copy the nul byte with align = 1.
690     EmitMemCpy(Dst, Src, ConstantInt::get(TD->getIntPtrType(), Len), 1, B);
691     return Dst;
692   }
693 };
694
695
696
697 //===---------------------------------------===//
698 // 'strlen' Optimizations
699
700 struct VISIBILITY_HIDDEN StrLenOpt : public LibCallOptimization {
701   virtual Value *CallOptimizer(Function *Callee, CallInst *CI, IRBuilder &B) {
702     const FunctionType *FT = Callee->getFunctionType();
703     if (FT->getNumParams() != 1 ||
704         FT->getParamType(0) != PointerType::getUnqual(Type::Int8Ty) ||
705         !isa<IntegerType>(FT->getReturnType()))
706       return 0;
707     
708     Value *Src = CI->getOperand(1);
709
710     // Constant folding: strlen("xyz") -> 3
711     if (uint64_t Len = GetStringLength(Src))
712       return ConstantInt::get(CI->getType(), Len-1);
713
714     // Handle strlen(p) != 0.
715     if (!IsOnlyUsedInZeroEqualityComparison(CI)) return 0;
716
717     // strlen(x) != 0 --> *x != 0
718     // strlen(x) == 0 --> *x == 0
719     return B.CreateZExt(B.CreateLoad(Src, "strlenfirst"), CI->getType());
720   }
721 };
722
723 //===---------------------------------------===//
724 // 'memcmp' Optimizations
725
726 struct VISIBILITY_HIDDEN MemCmpOpt : public LibCallOptimization {
727   virtual Value *CallOptimizer(Function *Callee, CallInst *CI, IRBuilder &B) {
728     const FunctionType *FT = Callee->getFunctionType();
729     if (FT->getNumParams() != 3 || !isa<PointerType>(FT->getParamType(0)) ||
730         !isa<PointerType>(FT->getParamType(1)) ||
731         FT->getReturnType() != Type::Int32Ty)
732       return 0;
733     
734     Value *LHS = CI->getOperand(1), *RHS = CI->getOperand(2);
735     
736     if (LHS == RHS)  // memcmp(s,s,x) -> 0
737       return Constant::getNullValue(CI->getType());
738     
739     // Make sure we have a constant length.
740     ConstantInt *LenC = dyn_cast<ConstantInt>(CI->getOperand(3));
741     if (!LenC) return 0;
742     uint64_t Len = LenC->getZExtValue();
743     
744     if (Len == 0) // memcmp(s1,s2,0) -> 0
745       return Constant::getNullValue(CI->getType());
746
747     if (Len == 1) { // memcmp(S1,S2,1) -> *LHS - *RHS
748       Value *LHSV = B.CreateLoad(CastToCStr(LHS, B), "lhsv");
749       Value *RHSV = B.CreateLoad(CastToCStr(RHS, B), "rhsv");
750       return B.CreateZExt(B.CreateSub(LHSV, RHSV, "chardiff"), CI->getType());
751     }
752     
753     // memcmp(S1,S2,2) != 0 -> (*(short*)LHS ^ *(short*)RHS)  != 0
754     // memcmp(S1,S2,4) != 0 -> (*(int*)LHS ^ *(int*)RHS)  != 0
755     if ((Len == 2 || Len == 4) && IsOnlyUsedInZeroEqualityComparison(CI)) {
756       LHS = B.CreateBitCast(LHS, PointerType::getUnqual(Type::Int16Ty), "tmp");
757       RHS = B.CreateBitCast(RHS, LHS->getType(), "tmp");
758       LoadInst *LHSV = B.CreateLoad(LHS, "lhsv");
759       LoadInst *RHSV = B.CreateLoad(RHS, "rhsv");
760       LHSV->setAlignment(1); RHSV->setAlignment(1);  // Unaligned loads.
761       return B.CreateZExt(B.CreateXor(LHSV, RHSV, "shortdiff"), CI->getType());
762     }
763     
764     return 0;
765   }
766 };
767
768 //===---------------------------------------===//
769 // 'memcpy' Optimizations
770
771 struct VISIBILITY_HIDDEN MemCpyOpt : public LibCallOptimization {
772   virtual Value *CallOptimizer(Function *Callee, CallInst *CI, IRBuilder &B) {
773     const FunctionType *FT = Callee->getFunctionType();
774     if (FT->getNumParams() != 3 || FT->getReturnType() != FT->getParamType(0) ||
775         !isa<PointerType>(FT->getParamType(0)) ||
776         !isa<PointerType>(FT->getParamType(1)) ||
777         FT->getParamType(2) != TD->getIntPtrType())
778       return 0;
779
780     // memcpy(x, y, n) -> llvm.memcpy(x, y, n, 1)
781     EmitMemCpy(CI->getOperand(1), CI->getOperand(2), CI->getOperand(3), 1, B);
782     return CI->getOperand(1);
783   }
784 };
785
786 //===----------------------------------------------------------------------===//
787 // Math Library Optimizations
788 //===----------------------------------------------------------------------===//
789
790 //===---------------------------------------===//
791 // 'pow*' Optimizations
792
793 struct VISIBILITY_HIDDEN PowOpt : public LibCallOptimization {
794   virtual Value *CallOptimizer(Function *Callee, CallInst *CI, IRBuilder &B) {
795     const FunctionType *FT = Callee->getFunctionType();
796     // Just make sure this has 2 arguments of the same FP type, which match the
797     // result type.
798     if (FT->getNumParams() != 2 || FT->getReturnType() != FT->getParamType(0) ||
799         FT->getParamType(0) != FT->getParamType(1) ||
800         !FT->getParamType(0)->isFloatingPoint())
801       return 0;
802     
803     Value *Op1 = CI->getOperand(1), *Op2 = CI->getOperand(2);
804     if (ConstantFP *Op1C = dyn_cast<ConstantFP>(Op1)) {
805       if (Op1C->isExactlyValue(1.0))  // pow(1.0, x) -> 1.0
806         return Op1C;
807       if (Op1C->isExactlyValue(2.0))  // pow(2.0, x) -> exp2(x)
808         return EmitUnaryFloatFnCall(Op2, "exp2", B);
809     }
810     
811     ConstantFP *Op2C = dyn_cast<ConstantFP>(Op2);
812     if (Op2C == 0) return 0;
813     
814     if (Op2C->getValueAPF().isZero())  // pow(x, 0.0) -> 1.0
815       return ConstantFP::get(CI->getType(), 1.0);
816     
817     if (Op2C->isExactlyValue(0.5)) {
818       // FIXME: This is not safe for -0.0 and -inf.  This can only be done when
819       // 'unsafe' math optimizations are allowed.
820       // x    pow(x, 0.5)  sqrt(x)
821       // ---------------------------------------------
822       // -0.0    +0.0       -0.0
823       // -inf    +inf       NaN
824 #if 0
825       // pow(x, 0.5) -> sqrt(x)
826       return B.CreateCall(get_sqrt(), Op1, "sqrt");
827 #endif
828     }
829     
830     if (Op2C->isExactlyValue(1.0))  // pow(x, 1.0) -> x
831       return Op1;
832     if (Op2C->isExactlyValue(2.0))  // pow(x, 2.0) -> x*x
833       return B.CreateMul(Op1, Op1, "pow2");
834     if (Op2C->isExactlyValue(-1.0)) // pow(x, -1.0) -> 1.0/x
835       return B.CreateFDiv(ConstantFP::get(CI->getType(), 1.0), Op1, "powrecip");
836     return 0;
837   }
838 };
839
840 //===---------------------------------------===//
841 // 'exp2' Optimizations
842
843 struct VISIBILITY_HIDDEN Exp2Opt : public LibCallOptimization {
844   virtual Value *CallOptimizer(Function *Callee, CallInst *CI, IRBuilder &B) {
845     const FunctionType *FT = Callee->getFunctionType();
846     // Just make sure this has 1 argument of FP type, which matches the
847     // result type.
848     if (FT->getNumParams() != 1 || FT->getReturnType() != FT->getParamType(0) ||
849         !FT->getParamType(0)->isFloatingPoint())
850       return 0;
851     
852     Value *Op = CI->getOperand(1);
853     // Turn exp2(sitofp(x)) -> ldexp(1.0, sext(x))  if sizeof(x) <= 32
854     // Turn exp2(uitofp(x)) -> ldexp(1.0, zext(x))  if sizeof(x) < 32
855     Value *LdExpArg = 0;
856     if (SIToFPInst *OpC = dyn_cast<SIToFPInst>(Op)) {
857       if (OpC->getOperand(0)->getType()->getPrimitiveSizeInBits() <= 32)
858         LdExpArg = B.CreateSExt(OpC->getOperand(0), Type::Int32Ty, "tmp");
859     } else if (UIToFPInst *OpC = dyn_cast<UIToFPInst>(Op)) {
860       if (OpC->getOperand(0)->getType()->getPrimitiveSizeInBits() < 32)
861         LdExpArg = B.CreateZExt(OpC->getOperand(0), Type::Int32Ty, "tmp");
862     }
863     
864     if (LdExpArg) {
865       const char *Name;
866       if (Op->getType() == Type::FloatTy)
867         Name = "ldexpf";
868       else if (Op->getType() == Type::DoubleTy)
869         Name = "ldexp";
870       else
871         Name = "ldexpl";
872
873       Constant *One = ConstantFP::get(APFloat(1.0f));
874       if (Op->getType() != Type::FloatTy)
875         One = ConstantExpr::getFPExtend(One, Op->getType());
876
877       Module *M = Caller->getParent();
878       Value *Callee = M->getOrInsertFunction(Name, Op->getType(),
879                                              Op->getType(), Type::Int32Ty,NULL);
880       return B.CreateCall2(Callee, One, LdExpArg);
881     }
882     return 0;
883   }
884 };
885     
886
887 //===---------------------------------------===//
888 // Double -> Float Shrinking Optimizations for Unary Functions like 'floor'
889
890 struct VISIBILITY_HIDDEN UnaryDoubleFPOpt : public LibCallOptimization {
891   virtual Value *CallOptimizer(Function *Callee, CallInst *CI, IRBuilder &B) {
892     const FunctionType *FT = Callee->getFunctionType();
893     if (FT->getNumParams() != 1 || FT->getReturnType() != Type::DoubleTy ||
894         FT->getParamType(0) != Type::DoubleTy)
895       return 0;
896     
897     // If this is something like 'floor((double)floatval)', convert to floorf.
898     FPExtInst *Cast = dyn_cast<FPExtInst>(CI->getOperand(1));
899     if (Cast == 0 || Cast->getOperand(0)->getType() != Type::FloatTy)
900       return 0;
901
902     // floor((double)floatval) -> (double)floorf(floatval)
903     Value *V = Cast->getOperand(0);
904     V = EmitUnaryFloatFnCall(V, Callee->getNameStart(), B);
905     return B.CreateFPExt(V, Type::DoubleTy);
906   }
907 };
908
909 //===----------------------------------------------------------------------===//
910 // Integer Optimizations
911 //===----------------------------------------------------------------------===//
912
913 //===---------------------------------------===//
914 // 'ffs*' Optimizations
915
916 struct VISIBILITY_HIDDEN FFSOpt : public LibCallOptimization {
917   virtual Value *CallOptimizer(Function *Callee, CallInst *CI, IRBuilder &B) {
918     const FunctionType *FT = Callee->getFunctionType();
919     // Just make sure this has 2 arguments of the same FP type, which match the
920     // result type.
921     if (FT->getNumParams() != 1 || FT->getReturnType() != Type::Int32Ty ||
922         !isa<IntegerType>(FT->getParamType(0)))
923       return 0;
924     
925     Value *Op = CI->getOperand(1);
926     
927     // Constant fold.
928     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(Op)) {
929       if (CI->getValue() == 0)  // ffs(0) -> 0.
930         return Constant::getNullValue(CI->getType());
931       return ConstantInt::get(Type::Int32Ty, // ffs(c) -> cttz(c)+1
932                               CI->getValue().countTrailingZeros()+1);
933     }
934     
935     // ffs(x) -> x != 0 ? (i32)llvm.cttz(x)+1 : 0
936     const Type *ArgType = Op->getType();
937     Value *F = Intrinsic::getDeclaration(Callee->getParent(),
938                                          Intrinsic::cttz, &ArgType, 1);
939     Value *V = B.CreateCall(F, Op, "cttz");
940     V = B.CreateAdd(V, ConstantInt::get(Type::Int32Ty, 1), "tmp");
941     V = B.CreateIntCast(V, Type::Int32Ty, false, "tmp");
942     
943     Value *Cond = B.CreateICmpNE(Op, Constant::getNullValue(ArgType), "tmp");
944     return B.CreateSelect(Cond, V, ConstantInt::get(Type::Int32Ty, 0));
945   }
946 };
947
948 //===---------------------------------------===//
949 // 'isdigit' Optimizations
950
951 struct VISIBILITY_HIDDEN IsDigitOpt : public LibCallOptimization {
952   virtual Value *CallOptimizer(Function *Callee, CallInst *CI, IRBuilder &B) {
953     const FunctionType *FT = Callee->getFunctionType();
954     // We require integer(i32)
955     if (FT->getNumParams() != 1 || !isa<IntegerType>(FT->getReturnType()) ||
956         FT->getParamType(0) != Type::Int32Ty)
957       return 0;
958     
959     // isdigit(c) -> (c-'0') <u 10
960     Value *Op = CI->getOperand(1);
961     Op = B.CreateSub(Op, ConstantInt::get(Type::Int32Ty, '0'), "isdigittmp");
962     Op = B.CreateICmpULT(Op, ConstantInt::get(Type::Int32Ty, 10), "isdigit");
963     return B.CreateZExt(Op, CI->getType());
964   }
965 };
966
967 //===---------------------------------------===//
968 // 'isascii' Optimizations
969
970 struct VISIBILITY_HIDDEN IsAsciiOpt : public LibCallOptimization {
971   virtual Value *CallOptimizer(Function *Callee, CallInst *CI, IRBuilder &B) {
972     const FunctionType *FT = Callee->getFunctionType();
973     // We require integer(i32)
974     if (FT->getNumParams() != 1 || !isa<IntegerType>(FT->getReturnType()) ||
975         FT->getParamType(0) != Type::Int32Ty)
976       return 0;
977     
978     // isascii(c) -> c <u 128
979     Value *Op = CI->getOperand(1);
980     Op = B.CreateICmpULT(Op, ConstantInt::get(Type::Int32Ty, 128), "isascii");
981     return B.CreateZExt(Op, CI->getType());
982   }
983 };
984
985 //===---------------------------------------===//
986 // 'toascii' Optimizations
987
988 struct VISIBILITY_HIDDEN ToAsciiOpt : public LibCallOptimization {
989   virtual Value *CallOptimizer(Function *Callee, CallInst *CI, IRBuilder &B) {
990     const FunctionType *FT = Callee->getFunctionType();
991     // We require i32(i32)
992     if (FT->getNumParams() != 1 || FT->getReturnType() != FT->getParamType(0) ||
993         FT->getParamType(0) != Type::Int32Ty)
994       return 0;
995     
996     // isascii(c) -> c & 0x7f
997     return B.CreateAnd(CI->getOperand(1), ConstantInt::get(CI->getType(),0x7F));
998   }
999 };
1000
1001 //===----------------------------------------------------------------------===//
1002 // Formatting and IO Optimizations
1003 //===----------------------------------------------------------------------===//
1004
1005 //===---------------------------------------===//
1006 // 'printf' Optimizations
1007
1008 struct VISIBILITY_HIDDEN PrintFOpt : public LibCallOptimization {
1009   virtual Value *CallOptimizer(Function *Callee, CallInst *CI, IRBuilder &B) {
1010     // Require one fixed pointer argument and an integer/void result.
1011     const FunctionType *FT = Callee->getFunctionType();
1012     if (FT->getNumParams() < 1 || !isa<PointerType>(FT->getParamType(0)) ||
1013         !(isa<IntegerType>(FT->getReturnType()) ||
1014           FT->getReturnType() == Type::VoidTy))
1015       return 0;
1016     
1017     // Check for a fixed format string.
1018     std::string FormatStr;
1019     if (!GetConstantStringInfo(CI->getOperand(1), FormatStr))
1020       return 0;
1021
1022     // Empty format string -> noop.
1023     if (FormatStr.empty())  // Tolerate printf's declared void.
1024       return CI->use_empty() ? (Value*)CI : ConstantInt::get(CI->getType(), 0);
1025     
1026     // printf("x") -> putchar('x'), even for '%'.
1027     if (FormatStr.size() == 1) {
1028       EmitPutChar(ConstantInt::get(Type::Int32Ty, FormatStr[0]), B);
1029       return CI->use_empty() ? (Value*)CI : ConstantInt::get(CI->getType(), 1);
1030     }
1031     
1032     // printf("foo\n") --> puts("foo")
1033     if (FormatStr[FormatStr.size()-1] == '\n' &&
1034         FormatStr.find('%') == std::string::npos) {  // no format characters.
1035       // Create a string literal with no \n on it.  We expect the constant merge
1036       // pass to be run after this pass, to merge duplicate strings.
1037       FormatStr.erase(FormatStr.end()-1);
1038       Constant *C = ConstantArray::get(FormatStr, true);
1039       C = new GlobalVariable(C->getType(), true,GlobalVariable::InternalLinkage,
1040                              C, "str", Callee->getParent());
1041       EmitPutS(C, B);
1042       return CI->use_empty() ? (Value*)CI : 
1043                           ConstantInt::get(CI->getType(), FormatStr.size()+1);
1044     }
1045     
1046     // Optimize specific format strings.
1047     // printf("%c", chr) --> putchar(*(i8*)dst)
1048     if (FormatStr == "%c" && CI->getNumOperands() > 2 &&
1049         isa<IntegerType>(CI->getOperand(2)->getType())) {
1050       EmitPutChar(CI->getOperand(2), B);
1051       return CI->use_empty() ? (Value*)CI : ConstantInt::get(CI->getType(), 1);
1052     }
1053     
1054     // printf("%s\n", str) --> puts(str)
1055     if (FormatStr == "%s\n" && CI->getNumOperands() > 2 &&
1056         isa<PointerType>(CI->getOperand(2)->getType()) &&
1057         CI->use_empty()) {
1058       EmitPutS(CI->getOperand(2), B);
1059       return CI;
1060     }
1061     return 0;
1062   }
1063 };
1064
1065 //===---------------------------------------===//
1066 // 'sprintf' Optimizations
1067
1068 struct VISIBILITY_HIDDEN SPrintFOpt : public LibCallOptimization {
1069   virtual Value *CallOptimizer(Function *Callee, CallInst *CI, IRBuilder &B) {
1070     // Require two fixed pointer arguments and an integer result.
1071     const FunctionType *FT = Callee->getFunctionType();
1072     if (FT->getNumParams() != 2 || !isa<PointerType>(FT->getParamType(0)) ||
1073         !isa<PointerType>(FT->getParamType(1)) ||
1074         !isa<IntegerType>(FT->getReturnType()))
1075       return 0;
1076
1077     // Check for a fixed format string.
1078     std::string FormatStr;
1079     if (!GetConstantStringInfo(CI->getOperand(2), FormatStr))
1080       return 0;
1081     
1082     // If we just have a format string (nothing else crazy) transform it.
1083     if (CI->getNumOperands() == 3) {
1084       // Make sure there's no % in the constant array.  We could try to handle
1085       // %% -> % in the future if we cared.
1086       for (unsigned i = 0, e = FormatStr.size(); i != e; ++i)
1087         if (FormatStr[i] == '%')
1088           return 0; // we found a format specifier, bail out.
1089       
1090       // sprintf(str, fmt) -> llvm.memcpy(str, fmt, strlen(fmt)+1, 1)
1091       EmitMemCpy(CI->getOperand(1), CI->getOperand(2), // Copy the nul byte.
1092                  ConstantInt::get(TD->getIntPtrType(), FormatStr.size()+1),1,B);
1093       return ConstantInt::get(CI->getType(), FormatStr.size());
1094     }
1095     
1096     // The remaining optimizations require the format string to be "%s" or "%c"
1097     // and have an extra operand.
1098     if (FormatStr.size() != 2 || FormatStr[0] != '%' || CI->getNumOperands() <4)
1099       return 0;
1100     
1101     // Decode the second character of the format string.
1102     if (FormatStr[1] == 'c') {
1103       // sprintf(dst, "%c", chr) --> *(i8*)dst = chr; *((i8*)dst+1) = 0
1104       if (!isa<IntegerType>(CI->getOperand(3)->getType())) return 0;
1105       Value *V = B.CreateTrunc(CI->getOperand(3), Type::Int8Ty, "char");
1106       Value *Ptr = CastToCStr(CI->getOperand(1), B);
1107       B.CreateStore(V, Ptr);
1108       Ptr = B.CreateGEP(Ptr, ConstantInt::get(Type::Int32Ty, 1), "nul");
1109       B.CreateStore(Constant::getNullValue(Type::Int8Ty), Ptr);
1110       
1111       return ConstantInt::get(CI->getType(), 1);
1112     }
1113     
1114     if (FormatStr[1] == 's') {
1115       // sprintf(dest, "%s", str) -> llvm.memcpy(dest, str, strlen(str)+1, 1)
1116       if (!isa<PointerType>(CI->getOperand(3)->getType())) return 0;
1117
1118       Value *Len = EmitStrLen(CI->getOperand(3), B);
1119       Value *IncLen = B.CreateAdd(Len, ConstantInt::get(Len->getType(), 1),
1120                                   "leninc");
1121       EmitMemCpy(CI->getOperand(1), CI->getOperand(3), IncLen, 1, B);
1122       
1123       // The sprintf result is the unincremented number of bytes in the string.
1124       return B.CreateIntCast(Len, CI->getType(), false);
1125     }
1126     return 0;
1127   }
1128 };
1129
1130 //===---------------------------------------===//
1131 // 'fwrite' Optimizations
1132
1133 struct VISIBILITY_HIDDEN FWriteOpt : public LibCallOptimization {
1134   virtual Value *CallOptimizer(Function *Callee, CallInst *CI, IRBuilder &B) {
1135     // Require a pointer, an integer, an integer, a pointer, returning integer.
1136     const FunctionType *FT = Callee->getFunctionType();
1137     if (FT->getNumParams() != 4 || !isa<PointerType>(FT->getParamType(0)) ||
1138         !isa<IntegerType>(FT->getParamType(1)) ||
1139         !isa<IntegerType>(FT->getParamType(2)) ||
1140         !isa<PointerType>(FT->getParamType(3)) ||
1141         !isa<IntegerType>(FT->getReturnType()))
1142       return 0;
1143     
1144     // Get the element size and count.
1145     ConstantInt *SizeC = dyn_cast<ConstantInt>(CI->getOperand(2));
1146     ConstantInt *CountC = dyn_cast<ConstantInt>(CI->getOperand(3));
1147     if (!SizeC || !CountC) return 0;
1148     uint64_t Bytes = SizeC->getZExtValue()*CountC->getZExtValue();
1149     
1150     // If this is writing zero records, remove the call (it's a noop).
1151     if (Bytes == 0)
1152       return ConstantInt::get(CI->getType(), 0);
1153     
1154     // If this is writing one byte, turn it into fputc.
1155     if (Bytes == 1) {  // fwrite(S,1,1,F) -> fputc(S[0],F)
1156       Value *Char = B.CreateLoad(CastToCStr(CI->getOperand(1), B), "char");
1157       EmitFPutC(Char, CI->getOperand(4), B);
1158       return ConstantInt::get(CI->getType(), 1);
1159     }
1160
1161     return 0;
1162   }
1163 };
1164
1165 //===---------------------------------------===//
1166 // 'fputs' Optimizations
1167
1168 struct VISIBILITY_HIDDEN FPutsOpt : public LibCallOptimization {
1169   virtual Value *CallOptimizer(Function *Callee, CallInst *CI, IRBuilder &B) {
1170     // Require two pointers.  Also, we can't optimize if return value is used.
1171     const FunctionType *FT = Callee->getFunctionType();
1172     if (FT->getNumParams() != 2 || !isa<PointerType>(FT->getParamType(0)) ||
1173         !isa<PointerType>(FT->getParamType(1)) ||
1174         !CI->use_empty())
1175       return 0;
1176     
1177     // fputs(s,F) --> fwrite(s,1,strlen(s),F)
1178     uint64_t Len = GetStringLength(CI->getOperand(1));
1179     if (!Len) return 0;
1180     EmitFWrite(CI->getOperand(1), ConstantInt::get(TD->getIntPtrType(), Len-1),
1181                CI->getOperand(2), B);
1182     return CI;  // Known to have no uses (see above).
1183   }
1184 };
1185
1186 //===---------------------------------------===//
1187 // 'fprintf' Optimizations
1188
1189 struct VISIBILITY_HIDDEN FPrintFOpt : public LibCallOptimization {
1190   virtual Value *CallOptimizer(Function *Callee, CallInst *CI, IRBuilder &B) {
1191     // Require two fixed paramters as pointers and integer result.
1192     const FunctionType *FT = Callee->getFunctionType();
1193     if (FT->getNumParams() != 2 || !isa<PointerType>(FT->getParamType(0)) ||
1194         !isa<PointerType>(FT->getParamType(1)) ||
1195         !isa<IntegerType>(FT->getReturnType()))
1196       return 0;
1197     
1198     // All the optimizations depend on the format string.
1199     std::string FormatStr;
1200     if (!GetConstantStringInfo(CI->getOperand(2), FormatStr))
1201       return 0;
1202
1203     // fprintf(F, "foo") --> fwrite("foo", 3, 1, F)
1204     if (CI->getNumOperands() == 3) {
1205       for (unsigned i = 0, e = FormatStr.size(); i != e; ++i)
1206         if (FormatStr[i] == '%')  // Could handle %% -> % if we cared.
1207           return 0; // We found a format specifier.
1208       
1209       EmitFWrite(CI->getOperand(2), ConstantInt::get(TD->getIntPtrType(),
1210                                                      FormatStr.size()),
1211                  CI->getOperand(1), B);
1212       return ConstantInt::get(CI->getType(), FormatStr.size());
1213     }
1214     
1215     // The remaining optimizations require the format string to be "%s" or "%c"
1216     // and have an extra operand.
1217     if (FormatStr.size() != 2 || FormatStr[0] != '%' || CI->getNumOperands() <4)
1218       return 0;
1219     
1220     // Decode the second character of the format string.
1221     if (FormatStr[1] == 'c') {
1222       // fprintf(F, "%c", chr) --> *(i8*)dst = chr
1223       if (!isa<IntegerType>(CI->getOperand(3)->getType())) return 0;
1224       EmitFPutC(CI->getOperand(3), CI->getOperand(1), B);
1225       return ConstantInt::get(CI->getType(), 1);
1226     }
1227     
1228     if (FormatStr[1] == 's') {
1229       // fprintf(F, "%s", str) -> fputs(str, F)
1230       if (!isa<PointerType>(CI->getOperand(3)->getType()) || !CI->use_empty())
1231         return 0;
1232       EmitFPutS(CI->getOperand(3), CI->getOperand(1), B);
1233       return CI;
1234     }
1235     return 0;
1236   }
1237 };
1238
1239
1240 //===----------------------------------------------------------------------===//
1241 // SimplifyLibCalls Pass Implementation
1242 //===----------------------------------------------------------------------===//
1243
1244 namespace {
1245   /// This pass optimizes well known library functions from libc and libm.
1246   ///
1247   class VISIBILITY_HIDDEN SimplifyLibCalls : public FunctionPass {
1248     StringMap<LibCallOptimization*> Optimizations;
1249     // Miscellaneous LibCall Optimizations
1250     ExitOpt Exit; 
1251     // String and Memory LibCall Optimizations
1252     StrCatOpt StrCat; StrChrOpt StrChr; StrCmpOpt StrCmp; StrNCmpOpt StrNCmp;
1253     StrCpyOpt StrCpy; StrLenOpt StrLen; MemCmpOpt MemCmp; MemCpyOpt  MemCpy;
1254     // Math Library Optimizations
1255     PowOpt Pow; Exp2Opt Exp2; UnaryDoubleFPOpt UnaryDoubleFP;
1256     // Integer Optimizations
1257     FFSOpt FFS; IsDigitOpt IsDigit; IsAsciiOpt IsAscii; ToAsciiOpt ToAscii;
1258     // Formatting and IO Optimizations
1259     SPrintFOpt SPrintF; PrintFOpt PrintF;
1260     FWriteOpt FWrite; FPutsOpt FPuts; FPrintFOpt FPrintF;
1261   public:
1262     static char ID; // Pass identification
1263     SimplifyLibCalls() : FunctionPass((intptr_t)&ID) {}
1264
1265     void InitOptimizations();
1266     bool runOnFunction(Function &F);
1267
1268     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
1269       AU.addRequired<TargetData>();
1270     }
1271   };
1272   char SimplifyLibCalls::ID = 0;
1273 } // end anonymous namespace.
1274
1275 static RegisterPass<SimplifyLibCalls>
1276 X("simplify-libcalls", "Simplify well-known library calls");
1277
1278 // Public interface to the Simplify LibCalls pass.
1279 FunctionPass *llvm::createSimplifyLibCallsPass() {
1280   return new SimplifyLibCalls(); 
1281 }
1282
1283 /// Optimizations - Populate the Optimizations map with all the optimizations
1284 /// we know.
1285 void SimplifyLibCalls::InitOptimizations() {
1286   // Miscellaneous LibCall Optimizations
1287   Optimizations["exit"] = &Exit;
1288   
1289   // String and Memory LibCall Optimizations
1290   Optimizations["strcat"] = &StrCat;
1291   Optimizations["strchr"] = &StrChr;
1292   Optimizations["strcmp"] = &StrCmp;
1293   Optimizations["strncmp"] = &StrNCmp;
1294   Optimizations["strcpy"] = &StrCpy;
1295   Optimizations["strlen"] = &StrLen;
1296   Optimizations["memcmp"] = &MemCmp;
1297   Optimizations["memcpy"] = &MemCpy;
1298   
1299   // Math Library Optimizations
1300   Optimizations["powf"] = &Pow;
1301   Optimizations["pow"] = &Pow;
1302   Optimizations["powl"] = &Pow;
1303   Optimizations["exp2l"] = &Exp2;
1304   Optimizations["exp2"] = &Exp2;
1305   Optimizations["exp2f"] = &Exp2;
1306   
1307 #ifdef HAVE_FLOORF
1308   Optimizations["floor"] = &UnaryDoubleFP;
1309 #endif
1310 #ifdef HAVE_CEILF
1311   Optimizations["ceil"] = &UnaryDoubleFP;
1312 #endif
1313 #ifdef HAVE_ROUNDF
1314   Optimizations["round"] = &UnaryDoubleFP;
1315 #endif
1316 #ifdef HAVE_RINTF
1317   Optimizations["rint"] = &UnaryDoubleFP;
1318 #endif
1319 #ifdef HAVE_NEARBYINTF
1320   Optimizations["nearbyint"] = &UnaryDoubleFP;
1321 #endif
1322   
1323   // Integer Optimizations
1324   Optimizations["ffs"] = &FFS;
1325   Optimizations["ffsl"] = &FFS;
1326   Optimizations["ffsll"] = &FFS;
1327   Optimizations["isdigit"] = &IsDigit;
1328   Optimizations["isascii"] = &IsAscii;
1329   Optimizations["toascii"] = &ToAscii;
1330   
1331   // Formatting and IO Optimizations
1332   Optimizations["sprintf"] = &SPrintF;
1333   Optimizations["printf"] = &PrintF;
1334   Optimizations["fwrite"] = &FWrite;
1335   Optimizations["fputs"] = &FPuts;
1336   Optimizations["fprintf"] = &FPrintF;
1337 }
1338
1339
1340 /// runOnFunction - Top level algorithm.
1341 ///
1342 bool SimplifyLibCalls::runOnFunction(Function &F) {
1343   if (Optimizations.empty())
1344     InitOptimizations();
1345   
1346   const TargetData &TD = getAnalysis<TargetData>();
1347   
1348   IRBuilder Builder;
1349
1350   bool Changed = false;
1351   for (Function::iterator BB = F.begin(), E = F.end(); BB != E; ++BB) {
1352     for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(), E = BB->end(); I != E; ) {
1353       // Ignore non-calls.
1354       CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(I++);
1355       if (!CI) continue;
1356       
1357       // Ignore indirect calls and calls to non-external functions.
1358       Function *Callee = CI->getCalledFunction();
1359       if (Callee == 0 || !Callee->isDeclaration() ||
1360           !(Callee->hasExternalLinkage() || Callee->hasDLLImportLinkage()))
1361         continue;
1362       
1363       // Ignore unknown calls.
1364       const char *CalleeName = Callee->getNameStart();
1365       StringMap<LibCallOptimization*>::iterator OMI =
1366         Optimizations.find(CalleeName, CalleeName+Callee->getNameLen());
1367       if (OMI == Optimizations.end()) continue;
1368       
1369       // Set the builder to the instruction after the call.
1370       Builder.SetInsertPoint(BB, I);
1371       
1372       // Try to optimize this call.
1373       Value *Result = OMI->second->OptimizeCall(CI, TD, Builder);
1374       if (Result == 0) continue;
1375
1376       DEBUG(DOUT << "SimplifyLibCalls simplified: " << *CI;
1377             DOUT << "  into: " << *Result << "\n");
1378       
1379       // Something changed!
1380       Changed = true;
1381       ++NumSimplified;
1382       
1383       // Inspect the instruction after the call (which was potentially just
1384       // added) next.
1385       I = CI; ++I;
1386       
1387       if (CI != Result && !CI->use_empty()) {
1388         CI->replaceAllUsesWith(Result);
1389         if (!Result->hasName())
1390           Result->takeName(CI);
1391       }
1392       CI->eraseFromParent();
1393     }
1394   }
1395   return Changed;
1396 }
1397
1398
1399 // TODO:
1400 //   Additional cases that we need to add to this file:
1401 //
1402 // cbrt:
1403 //   * cbrt(expN(X))  -> expN(x/3)
1404 //   * cbrt(sqrt(x))  -> pow(x,1/6)
1405 //   * cbrt(sqrt(x))  -> pow(x,1/9)
1406 //
1407 // cos, cosf, cosl:
1408 //   * cos(-x)  -> cos(x)
1409 //
1410 // exp, expf, expl:
1411 //   * exp(log(x))  -> x
1412 //
1413 // log, logf, logl:
1414 //   * log(exp(x))   -> x
1415 //   * log(x**y)     -> y*log(x)
1416 //   * log(exp(y))   -> y*log(e)
1417 //   * log(exp2(y))  -> y*log(2)
1418 //   * log(exp10(y)) -> y*log(10)
1419 //   * log(sqrt(x))  -> 0.5*log(x)
1420 //   * log(pow(x,y)) -> y*log(x)
1421 //
1422 // lround, lroundf, lroundl:
1423 //   * lround(cnst) -> cnst'
1424 //
1425 // memcmp:
1426 //   * memcmp(x,y,l)   -> cnst
1427 //      (if all arguments are constant and strlen(x) <= l and strlen(y) <= l)
1428 //
1429 // memmove:
1430 //   * memmove(d,s,l,a) -> memcpy(d,s,l,a)
1431 //       (if s is a global constant array)
1432 //
1433 // pow, powf, powl:
1434 //   * pow(exp(x),y)  -> exp(x*y)
1435 //   * pow(sqrt(x),y) -> pow(x,y*0.5)
1436 //   * pow(pow(x,y),z)-> pow(x,y*z)
1437 //
1438 // puts:
1439 //   * puts("") -> putchar("\n")
1440 //
1441 // round, roundf, roundl:
1442 //   * round(cnst) -> cnst'
1443 //
1444 // signbit:
1445 //   * signbit(cnst) -> cnst'
1446 //   * signbit(nncst) -> 0 (if pstv is a non-negative constant)
1447 //
1448 // sqrt, sqrtf, sqrtl:
1449 //   * sqrt(expN(x))  -> expN(x*0.5)
1450 //   * sqrt(Nroot(x)) -> pow(x,1/(2*N))
1451 //   * sqrt(pow(x,y)) -> pow(|x|,y*0.5)
1452 //
1453 // stpcpy:
1454 //   * stpcpy(str, "literal") ->
1455 //           llvm.memcpy(str,"literal",strlen("literal")+1,1)
1456 // strrchr:
1457 //   * strrchr(s,c) -> reverse_offset_of_in(c,s)
1458 //      (if c is a constant integer and s is a constant string)
1459 //   * strrchr(s1,0) -> strchr(s1,0)
1460 //
1461 // strncat:
1462 //   * strncat(x,y,0) -> x
1463 //   * strncat(x,y,0) -> x (if strlen(y) = 0)
1464 //   * strncat(x,y,l) -> strcat(x,y) (if y and l are constants an l > strlen(y))
1465 //
1466 // strncpy:
1467 //   * strncpy(d,s,0) -> d
1468 //   * strncpy(d,s,l) -> memcpy(d,s,l,1)
1469 //      (if s and l are constants)
1470 //
1471 // strpbrk:
1472 //   * strpbrk(s,a) -> offset_in_for(s,a)
1473 //      (if s and a are both constant strings)
1474 //   * strpbrk(s,"") -> 0
1475 //   * strpbrk(s,a) -> strchr(s,a[0]) (if a is constant string of length 1)
1476 //
1477 // strspn, strcspn:
1478 //   * strspn(s,a)   -> const_int (if both args are constant)
1479 //   * strspn("",a)  -> 0
1480 //   * strspn(s,"")  -> 0
1481 //   * strcspn(s,a)  -> const_int (if both args are constant)
1482 //   * strcspn("",a) -> 0
1483 //   * strcspn(s,"") -> strlen(a)
1484 //
1485 // strstr:
1486 //   * strstr(x,x)  -> x
1487 //   * strstr(s1,s2) -> offset_of_s2_in(s1)
1488 //       (if s1 and s2 are constant strings)
1489 //
1490 // tan, tanf, tanl:
1491 //   * tan(atan(x)) -> x
1492 //
1493 // trunc, truncf, truncl:
1494 //   * trunc(cnst) -> cnst'
1495 //
1496 //