]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - contrib/llvm/lib/Transforms/IPO/ArgumentPromotion.cpp
Merge ^/head r308842 through r308867.
[FreeBSD/FreeBSD.git] / contrib / llvm / lib / Transforms / IPO / ArgumentPromotion.cpp
1 //===-- ArgumentPromotion.cpp - Promote by-reference arguments ------------===//
2 //
3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
4 //
5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
6 // License. See LICENSE.TXT for details.
7 //
8 //===----------------------------------------------------------------------===//
9 //
10 // This pass promotes "by reference" arguments to be "by value" arguments.  In
11 // practice, this means looking for internal functions that have pointer
12 // arguments.  If it can prove, through the use of alias analysis, that an
13 // argument is *only* loaded, then it can pass the value into the function
14 // instead of the address of the value.  This can cause recursive simplification
15 // of code and lead to the elimination of allocas (especially in C++ template
16 // code like the STL).
17 //
18 // This pass also handles aggregate arguments that are passed into a function,
19 // scalarizing them if the elements of the aggregate are only loaded.  Note that
20 // by default it refuses to scalarize aggregates which would require passing in
21 // more than three operands to the function, because passing thousands of
22 // operands for a large array or structure is unprofitable! This limit can be
23 // configured or disabled, however.
24 //
25 // Note that this transformation could also be done for arguments that are only
26 // stored to (returning the value instead), but does not currently.  This case
27 // would be best handled when and if LLVM begins supporting multiple return
28 // values from functions.
29 //
30 //===----------------------------------------------------------------------===//
31
32 #include "llvm/Transforms/IPO.h"
33 #include "llvm/ADT/DepthFirstIterator.h"
34 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
35 #include "llvm/ADT/StringExtras.h"
36 #include "llvm/Analysis/AliasAnalysis.h"
37 #include "llvm/Analysis/AssumptionCache.h"
38 #include "llvm/Analysis/BasicAliasAnalysis.h"
39 #include "llvm/Analysis/CallGraph.h"
40 #include "llvm/Analysis/CallGraphSCCPass.h"
41 #include "llvm/Analysis/Loads.h"
42 #include "llvm/Analysis/TargetLibraryInfo.h"
43 #include "llvm/Analysis/ValueTracking.h"
44 #include "llvm/IR/CFG.h"
45 #include "llvm/IR/CallSite.h"
46 #include "llvm/IR/Constants.h"
47 #include "llvm/IR/DataLayout.h"
48 #include "llvm/IR/DebugInfo.h"
49 #include "llvm/IR/DerivedTypes.h"
50 #include "llvm/IR/Instructions.h"
51 #include "llvm/IR/LLVMContext.h"
52 #include "llvm/IR/Module.h"
53 #include "llvm/Support/Debug.h"
54 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
55 #include <set>
56 using namespace llvm;
57
58 #define DEBUG_TYPE "argpromotion"
59
60 STATISTIC(NumArgumentsPromoted , "Number of pointer arguments promoted");
61 STATISTIC(NumAggregatesPromoted, "Number of aggregate arguments promoted");
62 STATISTIC(NumByValArgsPromoted , "Number of byval arguments promoted");
63 STATISTIC(NumArgumentsDead     , "Number of dead pointer args eliminated");
64
65 namespace {
66   /// ArgPromotion - The 'by reference' to 'by value' argument promotion pass.
67   ///
68   struct ArgPromotion : public CallGraphSCCPass {
69     void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const override {
70       AU.addRequired<AssumptionCacheTracker>();
71       AU.addRequired<TargetLibraryInfoWrapperPass>();
72       getAAResultsAnalysisUsage(AU);
73       CallGraphSCCPass::getAnalysisUsage(AU);
74     }
75
76     bool runOnSCC(CallGraphSCC &SCC) override;
77     static char ID; // Pass identification, replacement for typeid
78     explicit ArgPromotion(unsigned maxElements = 3)
79         : CallGraphSCCPass(ID), maxElements(maxElements) {
80       initializeArgPromotionPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
81     }
82
83   private:
84
85     using llvm::Pass::doInitialization;
86     bool doInitialization(CallGraph &CG) override;
87     /// The maximum number of elements to expand, or 0 for unlimited.
88     unsigned maxElements;
89   };
90 }
91
92 /// A vector used to hold the indices of a single GEP instruction
93 typedef std::vector<uint64_t> IndicesVector;
94
95 static CallGraphNode *
96 PromoteArguments(CallGraphNode *CGN, CallGraph &CG,
97                  function_ref<AAResults &(Function &F)> AARGetter,
98                  unsigned MaxElements);
99 static bool isDenselyPacked(Type *type, const DataLayout &DL);
100 static bool canPaddingBeAccessed(Argument *Arg);
101 static bool isSafeToPromoteArgument(Argument *Arg, bool isByVal, AAResults &AAR,
102                                     unsigned MaxElements);
103 static CallGraphNode *
104 DoPromotion(Function *F, SmallPtrSetImpl<Argument *> &ArgsToPromote,
105             SmallPtrSetImpl<Argument *> &ByValArgsToTransform, CallGraph &CG);
106
107 char ArgPromotion::ID = 0;
108 INITIALIZE_PASS_BEGIN(ArgPromotion, "argpromotion",
109                 "Promote 'by reference' arguments to scalars", false, false)
110 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(AssumptionCacheTracker)
111 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(CallGraphWrapperPass)
112 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(TargetLibraryInfoWrapperPass)
113 INITIALIZE_PASS_END(ArgPromotion, "argpromotion",
114                 "Promote 'by reference' arguments to scalars", false, false)
115
116 Pass *llvm::createArgumentPromotionPass(unsigned maxElements) {
117   return new ArgPromotion(maxElements);
118 }
119
120 static bool runImpl(CallGraphSCC &SCC, CallGraph &CG,
121                     function_ref<AAResults &(Function &F)> AARGetter,
122                     unsigned MaxElements) {
123   bool Changed = false, LocalChange;
124
125   do {  // Iterate until we stop promoting from this SCC.
126     LocalChange = false;
127     // Attempt to promote arguments from all functions in this SCC.
128     for (CallGraphNode *OldNode : SCC) {
129       if (CallGraphNode *NewNode =
130               PromoteArguments(OldNode, CG, AARGetter, MaxElements)) {
131         LocalChange = true;
132         SCC.ReplaceNode(OldNode, NewNode);
133       }
134     }
135     Changed |= LocalChange;               // Remember that we changed something.
136   } while (LocalChange);
137   
138   return Changed;
139 }
140
141 bool ArgPromotion::runOnSCC(CallGraphSCC &SCC) {
142   if (skipSCC(SCC))
143     return false;
144
145   // Get the callgraph information that we need to update to reflect our
146   // changes.
147   CallGraph &CG = getAnalysis<CallGraphWrapperPass>().getCallGraph();
148
149   // We compute dedicated AA results for each function in the SCC as needed. We
150   // use a lambda referencing external objects so that they live long enough to
151   // be queried, but we re-use them each time.
152   Optional<BasicAAResult> BAR;
153   Optional<AAResults> AAR;
154   auto AARGetter = [&](Function &F) -> AAResults & {
155     BAR.emplace(createLegacyPMBasicAAResult(*this, F));
156     AAR.emplace(createLegacyPMAAResults(*this, F, *BAR));
157     return *AAR;
158   };
159
160   return runImpl(SCC, CG, AARGetter, maxElements);
161 }
162
163 /// \brief Checks if a type could have padding bytes.
164 static bool isDenselyPacked(Type *type, const DataLayout &DL) {
165
166   // There is no size information, so be conservative.
167   if (!type->isSized())
168     return false;
169
170   // If the alloc size is not equal to the storage size, then there are padding
171   // bytes. For x86_fp80 on x86-64, size: 80 alloc size: 128.
172   if (DL.getTypeSizeInBits(type) != DL.getTypeAllocSizeInBits(type))
173     return false;
174
175   if (!isa<CompositeType>(type))
176     return true;
177
178   // For homogenous sequential types, check for padding within members.
179   if (SequentialType *seqTy = dyn_cast<SequentialType>(type))
180     return isa<PointerType>(seqTy) ||
181            isDenselyPacked(seqTy->getElementType(), DL);
182
183   // Check for padding within and between elements of a struct.
184   StructType *StructTy = cast<StructType>(type);
185   const StructLayout *Layout = DL.getStructLayout(StructTy);
186   uint64_t StartPos = 0;
187   for (unsigned i = 0, E = StructTy->getNumElements(); i < E; ++i) {
188     Type *ElTy = StructTy->getElementType(i);
189     if (!isDenselyPacked(ElTy, DL))
190       return false;
191     if (StartPos != Layout->getElementOffsetInBits(i))
192       return false;
193     StartPos += DL.getTypeAllocSizeInBits(ElTy);
194   }
195
196   return true;
197 }
198
199 /// \brief Checks if the padding bytes of an argument could be accessed.
200 static bool canPaddingBeAccessed(Argument *arg) {
201
202   assert(arg->hasByValAttr());
203
204   // Track all the pointers to the argument to make sure they are not captured.
205   SmallPtrSet<Value *, 16> PtrValues;
206   PtrValues.insert(arg);
207
208   // Track all of the stores.
209   SmallVector<StoreInst *, 16> Stores;
210
211   // Scan through the uses recursively to make sure the pointer is always used
212   // sanely.
213   SmallVector<Value *, 16> WorkList;
214   WorkList.insert(WorkList.end(), arg->user_begin(), arg->user_end());
215   while (!WorkList.empty()) {
216     Value *V = WorkList.back();
217     WorkList.pop_back();
218     if (isa<GetElementPtrInst>(V) || isa<PHINode>(V)) {
219       if (PtrValues.insert(V).second)
220         WorkList.insert(WorkList.end(), V->user_begin(), V->user_end());
221     } else if (StoreInst *Store = dyn_cast<StoreInst>(V)) {
222       Stores.push_back(Store);
223     } else if (!isa<LoadInst>(V)) {
224       return true;
225     }
226   }
227
228 // Check to make sure the pointers aren't captured
229   for (StoreInst *Store : Stores)
230     if (PtrValues.count(Store->getValueOperand()))
231       return true;
232
233   return false;
234 }
235
236 /// PromoteArguments - This method checks the specified function to see if there
237 /// are any promotable arguments and if it is safe to promote the function (for
238 /// example, all callers are direct).  If safe to promote some arguments, it
239 /// calls the DoPromotion method.
240 ///
241 static CallGraphNode *
242 PromoteArguments(CallGraphNode *CGN, CallGraph &CG,
243                  function_ref<AAResults &(Function &F)> AARGetter,
244                  unsigned MaxElements) {
245   Function *F = CGN->getFunction();
246
247   // Make sure that it is local to this module.
248   if (!F || !F->hasLocalLinkage()) return nullptr;
249
250   // Don't promote arguments for variadic functions. Adding, removing, or
251   // changing non-pack parameters can change the classification of pack
252   // parameters. Frontends encode that classification at the call site in the
253   // IR, while in the callee the classification is determined dynamically based
254   // on the number of registers consumed so far.
255   if (F->isVarArg()) return nullptr;
256
257   // First check: see if there are any pointer arguments!  If not, quick exit.
258   SmallVector<Argument*, 16> PointerArgs;
259   for (Argument &I : F->args())
260     if (I.getType()->isPointerTy())
261       PointerArgs.push_back(&I);
262   if (PointerArgs.empty()) return nullptr;
263
264   // Second check: make sure that all callers are direct callers.  We can't
265   // transform functions that have indirect callers.  Also see if the function
266   // is self-recursive.
267   bool isSelfRecursive = false;
268   for (Use &U : F->uses()) {
269     CallSite CS(U.getUser());
270     // Must be a direct call.
271     if (CS.getInstruction() == nullptr || !CS.isCallee(&U)) return nullptr;
272     
273     if (CS.getInstruction()->getParent()->getParent() == F)
274       isSelfRecursive = true;
275   }
276   
277   const DataLayout &DL = F->getParent()->getDataLayout();
278
279   AAResults &AAR = AARGetter(*F);
280
281   // Check to see which arguments are promotable.  If an argument is promotable,
282   // add it to ArgsToPromote.
283   SmallPtrSet<Argument*, 8> ArgsToPromote;
284   SmallPtrSet<Argument*, 8> ByValArgsToTransform;
285   for (Argument *PtrArg : PointerArgs) {
286     Type *AgTy = cast<PointerType>(PtrArg->getType())->getElementType();
287
288     // Replace sret attribute with noalias. This reduces register pressure by
289     // avoiding a register copy.
290     if (PtrArg->hasStructRetAttr()) {
291       unsigned ArgNo = PtrArg->getArgNo();
292       F->setAttributes(
293           F->getAttributes()
294               .removeAttribute(F->getContext(), ArgNo + 1, Attribute::StructRet)
295               .addAttribute(F->getContext(), ArgNo + 1, Attribute::NoAlias));
296       for (Use &U : F->uses()) {
297         CallSite CS(U.getUser());
298         CS.setAttributes(
299             CS.getAttributes()
300                 .removeAttribute(F->getContext(), ArgNo + 1,
301                                  Attribute::StructRet)
302                 .addAttribute(F->getContext(), ArgNo + 1, Attribute::NoAlias));
303       }
304     }
305
306     // If this is a byval argument, and if the aggregate type is small, just
307     // pass the elements, which is always safe, if the passed value is densely
308     // packed or if we can prove the padding bytes are never accessed. This does
309     // not apply to inalloca.
310     bool isSafeToPromote =
311         PtrArg->hasByValAttr() &&
312         (isDenselyPacked(AgTy, DL) || !canPaddingBeAccessed(PtrArg));
313     if (isSafeToPromote) {
314       if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(AgTy)) {
315         if (MaxElements > 0 && STy->getNumElements() > MaxElements) {
316           DEBUG(dbgs() << "argpromotion disable promoting argument '"
317                 << PtrArg->getName() << "' because it would require adding more"
318                 << " than " << MaxElements << " arguments to the function.\n");
319           continue;
320         }
321         
322         // If all the elements are single-value types, we can promote it.
323         bool AllSimple = true;
324         for (const auto *EltTy : STy->elements()) {
325           if (!EltTy->isSingleValueType()) {
326             AllSimple = false;
327             break;
328           }
329         }
330
331         // Safe to transform, don't even bother trying to "promote" it.
332         // Passing the elements as a scalar will allow sroa to hack on
333         // the new alloca we introduce.
334         if (AllSimple) {
335           ByValArgsToTransform.insert(PtrArg);
336           continue;
337         }
338       }
339     }
340
341     // If the argument is a recursive type and we're in a recursive
342     // function, we could end up infinitely peeling the function argument.
343     if (isSelfRecursive) {
344       if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(AgTy)) {
345         bool RecursiveType = false;
346         for (const auto *EltTy : STy->elements()) {
347           if (EltTy == PtrArg->getType()) {
348             RecursiveType = true;
349             break;
350           }
351         }
352         if (RecursiveType)
353           continue;
354       }
355     }
356     
357     // Otherwise, see if we can promote the pointer to its value.
358     if (isSafeToPromoteArgument(PtrArg, PtrArg->hasByValOrInAllocaAttr(), AAR,
359                                 MaxElements))
360       ArgsToPromote.insert(PtrArg);
361   }
362
363   // No promotable pointer arguments.
364   if (ArgsToPromote.empty() && ByValArgsToTransform.empty()) 
365     return nullptr;
366
367   return DoPromotion(F, ArgsToPromote, ByValArgsToTransform, CG);
368 }
369
370 /// AllCallersPassInValidPointerForArgument - Return true if we can prove that
371 /// all callees pass in a valid pointer for the specified function argument.
372 static bool AllCallersPassInValidPointerForArgument(Argument *Arg) {
373   Function *Callee = Arg->getParent();
374   const DataLayout &DL = Callee->getParent()->getDataLayout();
375
376   unsigned ArgNo = Arg->getArgNo();
377
378   // Look at all call sites of the function.  At this pointer we know we only
379   // have direct callees.
380   for (User *U : Callee->users()) {
381     CallSite CS(U);
382     assert(CS && "Should only have direct calls!");
383
384     if (!isDereferenceablePointer(CS.getArgument(ArgNo), DL))
385       return false;
386   }
387   return true;
388 }
389
390 /// Returns true if Prefix is a prefix of longer. That means, Longer has a size
391 /// that is greater than or equal to the size of prefix, and each of the
392 /// elements in Prefix is the same as the corresponding elements in Longer.
393 ///
394 /// This means it also returns true when Prefix and Longer are equal!
395 static bool IsPrefix(const IndicesVector &Prefix, const IndicesVector &Longer) {
396   if (Prefix.size() > Longer.size())
397     return false;
398   return std::equal(Prefix.begin(), Prefix.end(), Longer.begin());
399 }
400
401
402 /// Checks if Indices, or a prefix of Indices, is in Set.
403 static bool PrefixIn(const IndicesVector &Indices,
404                      std::set<IndicesVector> &Set) {
405     std::set<IndicesVector>::iterator Low;
406     Low = Set.upper_bound(Indices);
407     if (Low != Set.begin())
408       Low--;
409     // Low is now the last element smaller than or equal to Indices. This means
410     // it points to a prefix of Indices (possibly Indices itself), if such
411     // prefix exists.
412     //
413     // This load is safe if any prefix of its operands is safe to load.
414     return Low != Set.end() && IsPrefix(*Low, Indices);
415 }
416
417 /// Mark the given indices (ToMark) as safe in the given set of indices
418 /// (Safe). Marking safe usually means adding ToMark to Safe. However, if there
419 /// is already a prefix of Indices in Safe, Indices are implicitely marked safe
420 /// already. Furthermore, any indices that Indices is itself a prefix of, are
421 /// removed from Safe (since they are implicitely safe because of Indices now).
422 static void MarkIndicesSafe(const IndicesVector &ToMark,
423                             std::set<IndicesVector> &Safe) {
424   std::set<IndicesVector>::iterator Low;
425   Low = Safe.upper_bound(ToMark);
426   // Guard against the case where Safe is empty
427   if (Low != Safe.begin())
428     Low--;
429   // Low is now the last element smaller than or equal to Indices. This
430   // means it points to a prefix of Indices (possibly Indices itself), if
431   // such prefix exists.
432   if (Low != Safe.end()) {
433     if (IsPrefix(*Low, ToMark))
434       // If there is already a prefix of these indices (or exactly these
435       // indices) marked a safe, don't bother adding these indices
436       return;
437
438     // Increment Low, so we can use it as a "insert before" hint
439     ++Low;
440   }
441   // Insert
442   Low = Safe.insert(Low, ToMark);
443   ++Low;
444   // If there we're a prefix of longer index list(s), remove those
445   std::set<IndicesVector>::iterator End = Safe.end();
446   while (Low != End && IsPrefix(ToMark, *Low)) {
447     std::set<IndicesVector>::iterator Remove = Low;
448     ++Low;
449     Safe.erase(Remove);
450   }
451 }
452
453 /// isSafeToPromoteArgument - As you might guess from the name of this method,
454 /// it checks to see if it is both safe and useful to promote the argument.
455 /// This method limits promotion of aggregates to only promote up to three
456 /// elements of the aggregate in order to avoid exploding the number of
457 /// arguments passed in.
458 static bool isSafeToPromoteArgument(Argument *Arg, bool isByValOrInAlloca,
459                                     AAResults &AAR, unsigned MaxElements) {
460   typedef std::set<IndicesVector> GEPIndicesSet;
461
462   // Quick exit for unused arguments
463   if (Arg->use_empty())
464     return true;
465
466   // We can only promote this argument if all of the uses are loads, or are GEP
467   // instructions (with constant indices) that are subsequently loaded.
468   //
469   // Promoting the argument causes it to be loaded in the caller
470   // unconditionally. This is only safe if we can prove that either the load
471   // would have happened in the callee anyway (ie, there is a load in the entry
472   // block) or the pointer passed in at every call site is guaranteed to be
473   // valid.
474   // In the former case, invalid loads can happen, but would have happened
475   // anyway, in the latter case, invalid loads won't happen. This prevents us
476   // from introducing an invalid load that wouldn't have happened in the
477   // original code.
478   //
479   // This set will contain all sets of indices that are loaded in the entry
480   // block, and thus are safe to unconditionally load in the caller.
481   //
482   // This optimization is also safe for InAlloca parameters, because it verifies
483   // that the address isn't captured.
484   GEPIndicesSet SafeToUnconditionallyLoad;
485
486   // This set contains all the sets of indices that we are planning to promote.
487   // This makes it possible to limit the number of arguments added.
488   GEPIndicesSet ToPromote;
489
490   // If the pointer is always valid, any load with first index 0 is valid.
491   if (isByValOrInAlloca || AllCallersPassInValidPointerForArgument(Arg))
492     SafeToUnconditionallyLoad.insert(IndicesVector(1, 0));
493
494   // First, iterate the entry block and mark loads of (geps of) arguments as
495   // safe.
496   BasicBlock &EntryBlock = Arg->getParent()->front();
497   // Declare this here so we can reuse it
498   IndicesVector Indices;
499   for (Instruction &I : EntryBlock)
500     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(&I)) {
501       Value *V = LI->getPointerOperand();
502       if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(V)) {
503         V = GEP->getPointerOperand();
504         if (V == Arg) {
505           // This load actually loads (part of) Arg? Check the indices then.
506           Indices.reserve(GEP->getNumIndices());
507           for (User::op_iterator II = GEP->idx_begin(), IE = GEP->idx_end();
508                II != IE; ++II)
509             if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(*II))
510               Indices.push_back(CI->getSExtValue());
511             else
512               // We found a non-constant GEP index for this argument? Bail out
513               // right away, can't promote this argument at all.
514               return false;
515
516           // Indices checked out, mark them as safe
517           MarkIndicesSafe(Indices, SafeToUnconditionallyLoad);
518           Indices.clear();
519         }
520       } else if (V == Arg) {
521         // Direct loads are equivalent to a GEP with a single 0 index.
522         MarkIndicesSafe(IndicesVector(1, 0), SafeToUnconditionallyLoad);
523       }
524     }
525
526   // Now, iterate all uses of the argument to see if there are any uses that are
527   // not (GEP+)loads, or any (GEP+)loads that are not safe to promote.
528   SmallVector<LoadInst*, 16> Loads;
529   IndicesVector Operands;
530   for (Use &U : Arg->uses()) {
531     User *UR = U.getUser();
532     Operands.clear();
533     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(UR)) {
534       // Don't hack volatile/atomic loads
535       if (!LI->isSimple()) return false;
536       Loads.push_back(LI);
537       // Direct loads are equivalent to a GEP with a zero index and then a load.
538       Operands.push_back(0);
539     } else if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(UR)) {
540       if (GEP->use_empty()) {
541         // Dead GEP's cause trouble later.  Just remove them if we run into
542         // them.
543         GEP->eraseFromParent();
544         // TODO: This runs the above loop over and over again for dead GEPs
545         // Couldn't we just do increment the UI iterator earlier and erase the
546         // use?
547         return isSafeToPromoteArgument(Arg, isByValOrInAlloca, AAR,
548                                        MaxElements);
549       }
550
551       // Ensure that all of the indices are constants.
552       for (User::op_iterator i = GEP->idx_begin(), e = GEP->idx_end();
553         i != e; ++i)
554         if (ConstantInt *C = dyn_cast<ConstantInt>(*i))
555           Operands.push_back(C->getSExtValue());
556         else
557           return false;  // Not a constant operand GEP!
558
559       // Ensure that the only users of the GEP are load instructions.
560       for (User *GEPU : GEP->users())
561         if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(GEPU)) {
562           // Don't hack volatile/atomic loads
563           if (!LI->isSimple()) return false;
564           Loads.push_back(LI);
565         } else {
566           // Other uses than load?
567           return false;
568         }
569     } else {
570       return false;  // Not a load or a GEP.
571     }
572
573     // Now, see if it is safe to promote this load / loads of this GEP. Loading
574     // is safe if Operands, or a prefix of Operands, is marked as safe.
575     if (!PrefixIn(Operands, SafeToUnconditionallyLoad))
576       return false;
577
578     // See if we are already promoting a load with these indices. If not, check
579     // to make sure that we aren't promoting too many elements.  If so, nothing
580     // to do.
581     if (ToPromote.find(Operands) == ToPromote.end()) {
582       if (MaxElements > 0 && ToPromote.size() == MaxElements) {
583         DEBUG(dbgs() << "argpromotion not promoting argument '"
584               << Arg->getName() << "' because it would require adding more "
585               << "than " << MaxElements << " arguments to the function.\n");
586         // We limit aggregate promotion to only promoting up to a fixed number
587         // of elements of the aggregate.
588         return false;
589       }
590       ToPromote.insert(std::move(Operands));
591     }
592   }
593
594   if (Loads.empty()) return true;  // No users, this is a dead argument.
595
596   // Okay, now we know that the argument is only used by load instructions and
597   // it is safe to unconditionally perform all of them. Use alias analysis to
598   // check to see if the pointer is guaranteed to not be modified from entry of
599   // the function to each of the load instructions.
600
601   // Because there could be several/many load instructions, remember which
602   // blocks we know to be transparent to the load.
603   SmallPtrSet<BasicBlock*, 16> TranspBlocks;
604
605   for (LoadInst *Load : Loads) {
606     // Check to see if the load is invalidated from the start of the block to
607     // the load itself.
608     BasicBlock *BB = Load->getParent();
609
610     MemoryLocation Loc = MemoryLocation::get(Load);
611     if (AAR.canInstructionRangeModRef(BB->front(), *Load, Loc, MRI_Mod))
612       return false;  // Pointer is invalidated!
613
614     // Now check every path from the entry block to the load for transparency.
615     // To do this, we perform a depth first search on the inverse CFG from the
616     // loading block.
617     for (BasicBlock *P : predecessors(BB)) {
618       for (BasicBlock *TranspBB : inverse_depth_first_ext(P, TranspBlocks))
619         if (AAR.canBasicBlockModify(*TranspBB, Loc))
620           return false;
621     }
622   }
623
624   // If the path from the entry of the function to each load is free of
625   // instructions that potentially invalidate the load, we can make the
626   // transformation!
627   return true;
628 }
629
630 /// DoPromotion - This method actually performs the promotion of the specified
631 /// arguments, and returns the new function.  At this point, we know that it's
632 /// safe to do so.
633 static CallGraphNode *
634 DoPromotion(Function *F, SmallPtrSetImpl<Argument *> &ArgsToPromote,
635             SmallPtrSetImpl<Argument *> &ByValArgsToTransform, CallGraph &CG) {
636
637   // Start by computing a new prototype for the function, which is the same as
638   // the old function, but has modified arguments.
639   FunctionType *FTy = F->getFunctionType();
640   std::vector<Type*> Params;
641
642   typedef std::set<std::pair<Type *, IndicesVector>> ScalarizeTable;
643
644   // ScalarizedElements - If we are promoting a pointer that has elements
645   // accessed out of it, keep track of which elements are accessed so that we
646   // can add one argument for each.
647   //
648   // Arguments that are directly loaded will have a zero element value here, to
649   // handle cases where there are both a direct load and GEP accesses.
650   //
651   std::map<Argument*, ScalarizeTable> ScalarizedElements;
652
653   // OriginalLoads - Keep track of a representative load instruction from the
654   // original function so that we can tell the alias analysis implementation
655   // what the new GEP/Load instructions we are inserting look like.
656   // We need to keep the original loads for each argument and the elements
657   // of the argument that are accessed.
658   std::map<std::pair<Argument*, IndicesVector>, LoadInst*> OriginalLoads;
659
660   // Attribute - Keep track of the parameter attributes for the arguments
661   // that we are *not* promoting. For the ones that we do promote, the parameter
662   // attributes are lost
663   SmallVector<AttributeSet, 8> AttributesVec;
664   const AttributeSet &PAL = F->getAttributes();
665
666   // Add any return attributes.
667   if (PAL.hasAttributes(AttributeSet::ReturnIndex))
668     AttributesVec.push_back(AttributeSet::get(F->getContext(),
669                                               PAL.getRetAttributes()));
670
671   // First, determine the new argument list
672   unsigned ArgIndex = 1;
673   for (Function::arg_iterator I = F->arg_begin(), E = F->arg_end(); I != E;
674        ++I, ++ArgIndex) {
675     if (ByValArgsToTransform.count(&*I)) {
676       // Simple byval argument? Just add all the struct element types.
677       Type *AgTy = cast<PointerType>(I->getType())->getElementType();
678       StructType *STy = cast<StructType>(AgTy);
679       Params.insert(Params.end(), STy->element_begin(), STy->element_end());
680       ++NumByValArgsPromoted;
681     } else if (!ArgsToPromote.count(&*I)) {
682       // Unchanged argument
683       Params.push_back(I->getType());
684       AttributeSet attrs = PAL.getParamAttributes(ArgIndex);
685       if (attrs.hasAttributes(ArgIndex)) {
686         AttrBuilder B(attrs, ArgIndex);
687         AttributesVec.
688           push_back(AttributeSet::get(F->getContext(), Params.size(), B));
689       }
690     } else if (I->use_empty()) {
691       // Dead argument (which are always marked as promotable)
692       ++NumArgumentsDead;
693     } else {
694       // Okay, this is being promoted. This means that the only uses are loads
695       // or GEPs which are only used by loads
696
697       // In this table, we will track which indices are loaded from the argument
698       // (where direct loads are tracked as no indices).
699       ScalarizeTable &ArgIndices = ScalarizedElements[&*I];
700       for (User *U : I->users()) {
701         Instruction *UI = cast<Instruction>(U);
702         Type *SrcTy;
703         if (LoadInst *L = dyn_cast<LoadInst>(UI))
704           SrcTy = L->getType();
705         else
706           SrcTy = cast<GetElementPtrInst>(UI)->getSourceElementType();
707         IndicesVector Indices;
708         Indices.reserve(UI->getNumOperands() - 1);
709         // Since loads will only have a single operand, and GEPs only a single
710         // non-index operand, this will record direct loads without any indices,
711         // and gep+loads with the GEP indices.
712         for (User::op_iterator II = UI->op_begin() + 1, IE = UI->op_end();
713              II != IE; ++II)
714           Indices.push_back(cast<ConstantInt>(*II)->getSExtValue());
715         // GEPs with a single 0 index can be merged with direct loads
716         if (Indices.size() == 1 && Indices.front() == 0)
717           Indices.clear();
718         ArgIndices.insert(std::make_pair(SrcTy, Indices));
719         LoadInst *OrigLoad;
720         if (LoadInst *L = dyn_cast<LoadInst>(UI))
721           OrigLoad = L;
722         else
723           // Take any load, we will use it only to update Alias Analysis
724           OrigLoad = cast<LoadInst>(UI->user_back());
725         OriginalLoads[std::make_pair(&*I, Indices)] = OrigLoad;
726       }
727
728       // Add a parameter to the function for each element passed in.
729       for (const auto &ArgIndex : ArgIndices) {
730         // not allowed to dereference ->begin() if size() is 0
731         Params.push_back(GetElementPtrInst::getIndexedType(
732             cast<PointerType>(I->getType()->getScalarType())->getElementType(),
733             ArgIndex.second));
734         assert(Params.back());
735       }
736
737       if (ArgIndices.size() == 1 && ArgIndices.begin()->second.empty())
738         ++NumArgumentsPromoted;
739       else
740         ++NumAggregatesPromoted;
741     }
742   }
743
744   // Add any function attributes.
745   if (PAL.hasAttributes(AttributeSet::FunctionIndex))
746     AttributesVec.push_back(AttributeSet::get(FTy->getContext(),
747                                               PAL.getFnAttributes()));
748
749   Type *RetTy = FTy->getReturnType();
750
751   // Construct the new function type using the new arguments.
752   FunctionType *NFTy = FunctionType::get(RetTy, Params, FTy->isVarArg());
753
754   // Create the new function body and insert it into the module.
755   Function *NF = Function::Create(NFTy, F->getLinkage(), F->getName());
756   NF->copyAttributesFrom(F);
757
758   // Patch the pointer to LLVM function in debug info descriptor.
759   NF->setSubprogram(F->getSubprogram());
760   F->setSubprogram(nullptr);
761
762   DEBUG(dbgs() << "ARG PROMOTION:  Promoting to:" << *NF << "\n"
763         << "From: " << *F);
764   
765   // Recompute the parameter attributes list based on the new arguments for
766   // the function.
767   NF->setAttributes(AttributeSet::get(F->getContext(), AttributesVec));
768   AttributesVec.clear();
769
770   F->getParent()->getFunctionList().insert(F->getIterator(), NF);
771   NF->takeName(F);
772
773   // Get a new callgraph node for NF.
774   CallGraphNode *NF_CGN = CG.getOrInsertFunction(NF);
775
776   // Loop over all of the callers of the function, transforming the call sites
777   // to pass in the loaded pointers.
778   //
779   SmallVector<Value*, 16> Args;
780   while (!F->use_empty()) {
781     CallSite CS(F->user_back());
782     assert(CS.getCalledFunction() == F);
783     Instruction *Call = CS.getInstruction();
784     const AttributeSet &CallPAL = CS.getAttributes();
785
786     // Add any return attributes.
787     if (CallPAL.hasAttributes(AttributeSet::ReturnIndex))
788       AttributesVec.push_back(AttributeSet::get(F->getContext(),
789                                                 CallPAL.getRetAttributes()));
790
791     // Loop over the operands, inserting GEP and loads in the caller as
792     // appropriate.
793     CallSite::arg_iterator AI = CS.arg_begin();
794     ArgIndex = 1;
795     for (Function::arg_iterator I = F->arg_begin(), E = F->arg_end();
796          I != E; ++I, ++AI, ++ArgIndex)
797       if (!ArgsToPromote.count(&*I) && !ByValArgsToTransform.count(&*I)) {
798         Args.push_back(*AI);          // Unmodified argument
799
800         if (CallPAL.hasAttributes(ArgIndex)) {
801           AttrBuilder B(CallPAL, ArgIndex);
802           AttributesVec.
803             push_back(AttributeSet::get(F->getContext(), Args.size(), B));
804         }
805       } else if (ByValArgsToTransform.count(&*I)) {
806         // Emit a GEP and load for each element of the struct.
807         Type *AgTy = cast<PointerType>(I->getType())->getElementType();
808         StructType *STy = cast<StructType>(AgTy);
809         Value *Idxs[2] = {
810               ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(F->getContext()), 0), nullptr };
811         for (unsigned i = 0, e = STy->getNumElements(); i != e; ++i) {
812           Idxs[1] = ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(F->getContext()), i);
813           Value *Idx = GetElementPtrInst::Create(
814               STy, *AI, Idxs, (*AI)->getName() + "." + Twine(i), Call);
815           // TODO: Tell AA about the new values?
816           Args.push_back(new LoadInst(Idx, Idx->getName()+".val", Call));
817         }
818       } else if (!I->use_empty()) {
819         // Non-dead argument: insert GEPs and loads as appropriate.
820         ScalarizeTable &ArgIndices = ScalarizedElements[&*I];
821         // Store the Value* version of the indices in here, but declare it now
822         // for reuse.
823         std::vector<Value*> Ops;
824         for (const auto &ArgIndex : ArgIndices) {
825           Value *V = *AI;
826           LoadInst *OrigLoad =
827               OriginalLoads[std::make_pair(&*I, ArgIndex.second)];
828           if (!ArgIndex.second.empty()) {
829             Ops.reserve(ArgIndex.second.size());
830             Type *ElTy = V->getType();
831             for (unsigned long II : ArgIndex.second) {
832               // Use i32 to index structs, and i64 for others (pointers/arrays).
833               // This satisfies GEP constraints.
834               Type *IdxTy = (ElTy->isStructTy() ?
835                     Type::getInt32Ty(F->getContext()) : 
836                     Type::getInt64Ty(F->getContext()));
837               Ops.push_back(ConstantInt::get(IdxTy, II));
838               // Keep track of the type we're currently indexing.
839               ElTy = cast<CompositeType>(ElTy)->getTypeAtIndex(II);
840             }
841             // And create a GEP to extract those indices.
842             V = GetElementPtrInst::Create(ArgIndex.first, V, Ops,
843                                           V->getName() + ".idx", Call);
844             Ops.clear();
845           }
846           // Since we're replacing a load make sure we take the alignment
847           // of the previous load.
848           LoadInst *newLoad = new LoadInst(V, V->getName()+".val", Call);
849           newLoad->setAlignment(OrigLoad->getAlignment());
850           // Transfer the AA info too.
851           AAMDNodes AAInfo;
852           OrigLoad->getAAMetadata(AAInfo);
853           newLoad->setAAMetadata(AAInfo);
854
855           Args.push_back(newLoad);
856         }
857       }
858
859     // Push any varargs arguments on the list.
860     for (; AI != CS.arg_end(); ++AI, ++ArgIndex) {
861       Args.push_back(*AI);
862       if (CallPAL.hasAttributes(ArgIndex)) {
863         AttrBuilder B(CallPAL, ArgIndex);
864         AttributesVec.
865           push_back(AttributeSet::get(F->getContext(), Args.size(), B));
866       }
867     }
868
869     // Add any function attributes.
870     if (CallPAL.hasAttributes(AttributeSet::FunctionIndex))
871       AttributesVec.push_back(AttributeSet::get(Call->getContext(),
872                                                 CallPAL.getFnAttributes()));
873
874     SmallVector<OperandBundleDef, 1> OpBundles;
875     CS.getOperandBundlesAsDefs(OpBundles);
876
877     Instruction *New;
878     if (InvokeInst *II = dyn_cast<InvokeInst>(Call)) {
879       New = InvokeInst::Create(NF, II->getNormalDest(), II->getUnwindDest(),
880                                Args, OpBundles, "", Call);
881       cast<InvokeInst>(New)->setCallingConv(CS.getCallingConv());
882       cast<InvokeInst>(New)->setAttributes(AttributeSet::get(II->getContext(),
883                                                             AttributesVec));
884     } else {
885       New = CallInst::Create(NF, Args, OpBundles, "", Call);
886       cast<CallInst>(New)->setCallingConv(CS.getCallingConv());
887       cast<CallInst>(New)->setAttributes(AttributeSet::get(New->getContext(),
888                                                           AttributesVec));
889       if (cast<CallInst>(Call)->isTailCall())
890         cast<CallInst>(New)->setTailCall();
891     }
892     New->setDebugLoc(Call->getDebugLoc());
893     Args.clear();
894     AttributesVec.clear();
895
896     // Update the callgraph to know that the callsite has been transformed.
897     CallGraphNode *CalleeNode = CG[Call->getParent()->getParent()];
898     CalleeNode->replaceCallEdge(CS, CallSite(New), NF_CGN);
899
900     if (!Call->use_empty()) {
901       Call->replaceAllUsesWith(New);
902       New->takeName(Call);
903     }
904
905     // Finally, remove the old call from the program, reducing the use-count of
906     // F.
907     Call->eraseFromParent();
908   }
909
910   // Since we have now created the new function, splice the body of the old
911   // function right into the new function, leaving the old rotting hulk of the
912   // function empty.
913   NF->getBasicBlockList().splice(NF->begin(), F->getBasicBlockList());
914
915   // Loop over the argument list, transferring uses of the old arguments over to
916   // the new arguments, also transferring over the names as well.
917   //
918   for (Function::arg_iterator I = F->arg_begin(), E = F->arg_end(),
919        I2 = NF->arg_begin(); I != E; ++I) {
920     if (!ArgsToPromote.count(&*I) && !ByValArgsToTransform.count(&*I)) {
921       // If this is an unmodified argument, move the name and users over to the
922       // new version.
923       I->replaceAllUsesWith(&*I2);
924       I2->takeName(&*I);
925       ++I2;
926       continue;
927     }
928
929     if (ByValArgsToTransform.count(&*I)) {
930       // In the callee, we create an alloca, and store each of the new incoming
931       // arguments into the alloca.
932       Instruction *InsertPt = &NF->begin()->front();
933
934       // Just add all the struct element types.
935       Type *AgTy = cast<PointerType>(I->getType())->getElementType();
936       Value *TheAlloca = new AllocaInst(AgTy, nullptr, "", InsertPt);
937       StructType *STy = cast<StructType>(AgTy);
938       Value *Idxs[2] = {
939             ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(F->getContext()), 0), nullptr };
940
941       for (unsigned i = 0, e = STy->getNumElements(); i != e; ++i) {
942         Idxs[1] = ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(F->getContext()), i);
943         Value *Idx = GetElementPtrInst::Create(
944             AgTy, TheAlloca, Idxs, TheAlloca->getName() + "." + Twine(i),
945             InsertPt);
946         I2->setName(I->getName()+"."+Twine(i));
947         new StoreInst(&*I2++, Idx, InsertPt);
948       }
949
950       // Anything that used the arg should now use the alloca.
951       I->replaceAllUsesWith(TheAlloca);
952       TheAlloca->takeName(&*I);
953
954       // If the alloca is used in a call, we must clear the tail flag since
955       // the callee now uses an alloca from the caller.
956       for (User *U : TheAlloca->users()) {
957         CallInst *Call = dyn_cast<CallInst>(U);
958         if (!Call)
959           continue;
960         Call->setTailCall(false);
961       }
962       continue;
963     }
964
965     if (I->use_empty())
966       continue;
967
968     // Otherwise, if we promoted this argument, then all users are load
969     // instructions (or GEPs with only load users), and all loads should be
970     // using the new argument that we added.
971     ScalarizeTable &ArgIndices = ScalarizedElements[&*I];
972
973     while (!I->use_empty()) {
974       if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I->user_back())) {
975         assert(ArgIndices.begin()->second.empty() &&
976                "Load element should sort to front!");
977         I2->setName(I->getName()+".val");
978         LI->replaceAllUsesWith(&*I2);
979         LI->eraseFromParent();
980         DEBUG(dbgs() << "*** Promoted load of argument '" << I->getName()
981               << "' in function '" << F->getName() << "'\n");
982       } else {
983         GetElementPtrInst *GEP = cast<GetElementPtrInst>(I->user_back());
984         IndicesVector Operands;
985         Operands.reserve(GEP->getNumIndices());
986         for (User::op_iterator II = GEP->idx_begin(), IE = GEP->idx_end();
987              II != IE; ++II)
988           Operands.push_back(cast<ConstantInt>(*II)->getSExtValue());
989
990         // GEPs with a single 0 index can be merged with direct loads
991         if (Operands.size() == 1 && Operands.front() == 0)
992           Operands.clear();
993
994         Function::arg_iterator TheArg = I2;
995         for (ScalarizeTable::iterator It = ArgIndices.begin();
996              It->second != Operands; ++It, ++TheArg) {
997           assert(It != ArgIndices.end() && "GEP not handled??");
998         }
999
1000         std::string NewName = I->getName();
1001         for (unsigned i = 0, e = Operands.size(); i != e; ++i) {
1002             NewName += "." + utostr(Operands[i]);
1003         }
1004         NewName += ".val";
1005         TheArg->setName(NewName);
1006
1007         DEBUG(dbgs() << "*** Promoted agg argument '" << TheArg->getName()
1008               << "' of function '" << NF->getName() << "'\n");
1009
1010         // All of the uses must be load instructions.  Replace them all with
1011         // the argument specified by ArgNo.
1012         while (!GEP->use_empty()) {
1013           LoadInst *L = cast<LoadInst>(GEP->user_back());
1014           L->replaceAllUsesWith(&*TheArg);
1015           L->eraseFromParent();
1016         }
1017         GEP->eraseFromParent();
1018       }
1019     }
1020
1021     // Increment I2 past all of the arguments added for this promoted pointer.
1022     std::advance(I2, ArgIndices.size());
1023   }
1024
1025   NF_CGN->stealCalledFunctionsFrom(CG[F]);
1026   
1027   // Now that the old function is dead, delete it.  If there is a dangling
1028   // reference to the CallgraphNode, just leave the dead function around for
1029   // someone else to nuke.
1030   CallGraphNode *CGN = CG[F];
1031   if (CGN->getNumReferences() == 0)
1032     delete CG.removeFunctionFromModule(CGN);
1033   else
1034     F->setLinkage(Function::ExternalLinkage);
1035   
1036   return NF_CGN;
1037 }
1038
1039 bool ArgPromotion::doInitialization(CallGraph &CG) {
1040   return CallGraphSCCPass::doInitialization(CG);
1041 }