]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - lib/Transforms/IPO/DeadArgumentElimination.cpp
Vendor import of llvm trunk r256633:
[FreeBSD/FreeBSD.git] / lib / Transforms / IPO / DeadArgumentElimination.cpp
1 //===-- DeadArgumentElimination.cpp - Eliminate dead 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 deletes dead arguments from internal functions.  Dead argument
11 // elimination removes arguments which are directly dead, as well as arguments
12 // only passed into function calls as dead arguments of other functions.  This
13 // pass also deletes dead return values in a similar way.
14 //
15 // This pass is often useful as a cleanup pass to run after aggressive
16 // interprocedural passes, which add possibly-dead arguments or return values.
17 //
18 //===----------------------------------------------------------------------===//
19
20 #include "llvm/Transforms/IPO.h"
21 #include "llvm/ADT/DenseMap.h"
22 #include "llvm/ADT/SmallVector.h"
23 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
24 #include "llvm/ADT/StringExtras.h"
25 #include "llvm/IR/CallSite.h"
26 #include "llvm/IR/CallingConv.h"
27 #include "llvm/IR/Constant.h"
28 #include "llvm/IR/DIBuilder.h"
29 #include "llvm/IR/DebugInfo.h"
30 #include "llvm/IR/DerivedTypes.h"
31 #include "llvm/IR/Instructions.h"
32 #include "llvm/IR/IntrinsicInst.h"
33 #include "llvm/IR/LLVMContext.h"
34 #include "llvm/IR/Module.h"
35 #include "llvm/Pass.h"
36 #include "llvm/Support/Debug.h"
37 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
38 #include "llvm/Transforms/Utils/BasicBlockUtils.h"
39 #include <map>
40 #include <set>
41 #include <tuple>
42 using namespace llvm;
43
44 #define DEBUG_TYPE "deadargelim"
45
46 STATISTIC(NumArgumentsEliminated, "Number of unread args removed");
47 STATISTIC(NumRetValsEliminated  , "Number of unused return values removed");
48 STATISTIC(NumArgumentsReplacedWithUndef, 
49           "Number of unread args replaced with undef");
50 namespace {
51   /// DAE - The dead argument elimination pass.
52   ///
53   class DAE : public ModulePass {
54   public:
55
56     /// Struct that represents (part of) either a return value or a function
57     /// argument.  Used so that arguments and return values can be used
58     /// interchangeably.
59     struct RetOrArg {
60       RetOrArg(const Function *F, unsigned Idx, bool IsArg) : F(F), Idx(Idx),
61                IsArg(IsArg) {}
62       const Function *F;
63       unsigned Idx;
64       bool IsArg;
65
66       /// Make RetOrArg comparable, so we can put it into a map.
67       bool operator<(const RetOrArg &O) const {
68         return std::tie(F, Idx, IsArg) < std::tie(O.F, O.Idx, O.IsArg);
69       }
70
71       /// Make RetOrArg comparable, so we can easily iterate the multimap.
72       bool operator==(const RetOrArg &O) const {
73         return F == O.F && Idx == O.Idx && IsArg == O.IsArg;
74       }
75
76       std::string getDescription() const {
77         return (Twine(IsArg ? "Argument #" : "Return value #") + utostr(Idx) +
78                 " of function " + F->getName()).str();
79       }
80     };
81
82     /// Liveness enum - During our initial pass over the program, we determine
83     /// that things are either alive or maybe alive. We don't mark anything
84     /// explicitly dead (even if we know they are), since anything not alive
85     /// with no registered uses (in Uses) will never be marked alive and will
86     /// thus become dead in the end.
87     enum Liveness { Live, MaybeLive };
88
89     /// Convenience wrapper
90     RetOrArg CreateRet(const Function *F, unsigned Idx) {
91       return RetOrArg(F, Idx, false);
92     }
93     /// Convenience wrapper
94     RetOrArg CreateArg(const Function *F, unsigned Idx) {
95       return RetOrArg(F, Idx, true);
96     }
97
98     typedef std::multimap<RetOrArg, RetOrArg> UseMap;
99     /// This maps a return value or argument to any MaybeLive return values or
100     /// arguments it uses. This allows the MaybeLive values to be marked live
101     /// when any of its users is marked live.
102     /// For example (indices are left out for clarity):
103     ///  - Uses[ret F] = ret G
104     ///    This means that F calls G, and F returns the value returned by G.
105     ///  - Uses[arg F] = ret G
106     ///    This means that some function calls G and passes its result as an
107     ///    argument to F.
108     ///  - Uses[ret F] = arg F
109     ///    This means that F returns one of its own arguments.
110     ///  - Uses[arg F] = arg G
111     ///    This means that G calls F and passes one of its own (G's) arguments
112     ///    directly to F.
113     UseMap Uses;
114
115     typedef std::set<RetOrArg> LiveSet;
116     typedef std::set<const Function*> LiveFuncSet;
117
118     /// This set contains all values that have been determined to be live.
119     LiveSet LiveValues;
120     /// This set contains all values that are cannot be changed in any way.
121     LiveFuncSet LiveFunctions;
122
123     typedef SmallVector<RetOrArg, 5> UseVector;
124
125   protected:
126     // DAH uses this to specify a different ID.
127     explicit DAE(char &ID) : ModulePass(ID) {}
128
129   public:
130     static char ID; // Pass identification, replacement for typeid
131     DAE() : ModulePass(ID) {
132       initializeDAEPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
133     }
134
135     bool runOnModule(Module &M) override;
136
137     virtual bool ShouldHackArguments() const { return false; }
138
139   private:
140     Liveness MarkIfNotLive(RetOrArg Use, UseVector &MaybeLiveUses);
141     Liveness SurveyUse(const Use *U, UseVector &MaybeLiveUses,
142                        unsigned RetValNum = -1U);
143     Liveness SurveyUses(const Value *V, UseVector &MaybeLiveUses);
144
145     void SurveyFunction(const Function &F);
146     void MarkValue(const RetOrArg &RA, Liveness L,
147                    const UseVector &MaybeLiveUses);
148     void MarkLive(const RetOrArg &RA);
149     void MarkLive(const Function &F);
150     void PropagateLiveness(const RetOrArg &RA);
151     bool RemoveDeadStuffFromFunction(Function *F);
152     bool DeleteDeadVarargs(Function &Fn);
153     bool RemoveDeadArgumentsFromCallers(Function &Fn);
154   };
155 }
156
157
158 char DAE::ID = 0;
159 INITIALIZE_PASS(DAE, "deadargelim", "Dead Argument Elimination", false, false)
160
161 namespace {
162   /// DAH - DeadArgumentHacking pass - Same as dead argument elimination, but
163   /// deletes arguments to functions which are external.  This is only for use
164   /// by bugpoint.
165   struct DAH : public DAE {
166     static char ID;
167     DAH() : DAE(ID) {}
168
169     bool ShouldHackArguments() const override { return true; }
170   };
171 }
172
173 char DAH::ID = 0;
174 INITIALIZE_PASS(DAH, "deadarghaX0r", 
175                 "Dead Argument Hacking (BUGPOINT USE ONLY; DO NOT USE)",
176                 false, false)
177
178 /// createDeadArgEliminationPass - This pass removes arguments from functions
179 /// which are not used by the body of the function.
180 ///
181 ModulePass *llvm::createDeadArgEliminationPass() { return new DAE(); }
182 ModulePass *llvm::createDeadArgHackingPass() { return new DAH(); }
183
184 /// DeleteDeadVarargs - If this is an function that takes a ... list, and if
185 /// llvm.vastart is never called, the varargs list is dead for the function.
186 bool DAE::DeleteDeadVarargs(Function &Fn) {
187   assert(Fn.getFunctionType()->isVarArg() && "Function isn't varargs!");
188   if (Fn.isDeclaration() || !Fn.hasLocalLinkage()) return false;
189
190   // Ensure that the function is only directly called.
191   if (Fn.hasAddressTaken())
192     return false;
193
194   // Don't touch naked functions. The assembly might be using an argument, or
195   // otherwise rely on the frame layout in a way that this analysis will not
196   // see.
197   if (Fn.hasFnAttribute(Attribute::Naked)) {
198     return false;
199   }
200
201   // Okay, we know we can transform this function if safe.  Scan its body
202   // looking for calls marked musttail or calls to llvm.vastart.
203   for (Function::iterator BB = Fn.begin(), E = Fn.end(); BB != E; ++BB) {
204     for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(), E = BB->end(); I != E; ++I) {
205       CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(I);
206       if (!CI)
207         continue;
208       if (CI->isMustTailCall())
209         return false;
210       if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(CI)) {
211         if (II->getIntrinsicID() == Intrinsic::vastart)
212           return false;
213       }
214     }
215   }
216
217   // If we get here, there are no calls to llvm.vastart in the function body,
218   // remove the "..." and adjust all the calls.
219
220   // Start by computing a new prototype for the function, which is the same as
221   // the old function, but doesn't have isVarArg set.
222   FunctionType *FTy = Fn.getFunctionType();
223
224   std::vector<Type*> Params(FTy->param_begin(), FTy->param_end());
225   FunctionType *NFTy = FunctionType::get(FTy->getReturnType(),
226                                                 Params, false);
227   unsigned NumArgs = Params.size();
228
229   // Create the new function body and insert it into the module...
230   Function *NF = Function::Create(NFTy, Fn.getLinkage());
231   NF->copyAttributesFrom(&Fn);
232   Fn.getParent()->getFunctionList().insert(Fn.getIterator(), NF);
233   NF->takeName(&Fn);
234
235   // Loop over all of the callers of the function, transforming the call sites
236   // to pass in a smaller number of arguments into the new function.
237   //
238   std::vector<Value*> Args;
239   for (Value::user_iterator I = Fn.user_begin(), E = Fn.user_end(); I != E; ) {
240     CallSite CS(*I++);
241     if (!CS)
242       continue;
243     Instruction *Call = CS.getInstruction();
244
245     // Pass all the same arguments.
246     Args.assign(CS.arg_begin(), CS.arg_begin() + NumArgs);
247
248     // Drop any attributes that were on the vararg arguments.
249     AttributeSet PAL = CS.getAttributes();
250     if (!PAL.isEmpty() && PAL.getSlotIndex(PAL.getNumSlots() - 1) > NumArgs) {
251       SmallVector<AttributeSet, 8> AttributesVec;
252       for (unsigned i = 0; PAL.getSlotIndex(i) <= NumArgs; ++i)
253         AttributesVec.push_back(PAL.getSlotAttributes(i));
254       if (PAL.hasAttributes(AttributeSet::FunctionIndex))
255         AttributesVec.push_back(AttributeSet::get(Fn.getContext(),
256                                                   PAL.getFnAttributes()));
257       PAL = AttributeSet::get(Fn.getContext(), AttributesVec);
258     }
259
260     Instruction *New;
261     if (InvokeInst *II = dyn_cast<InvokeInst>(Call)) {
262       New = InvokeInst::Create(NF, II->getNormalDest(), II->getUnwindDest(),
263                                Args, "", Call);
264       cast<InvokeInst>(New)->setCallingConv(CS.getCallingConv());
265       cast<InvokeInst>(New)->setAttributes(PAL);
266     } else {
267       New = CallInst::Create(NF, Args, "", Call);
268       cast<CallInst>(New)->setCallingConv(CS.getCallingConv());
269       cast<CallInst>(New)->setAttributes(PAL);
270       if (cast<CallInst>(Call)->isTailCall())
271         cast<CallInst>(New)->setTailCall();
272     }
273     New->setDebugLoc(Call->getDebugLoc());
274
275     Args.clear();
276
277     if (!Call->use_empty())
278       Call->replaceAllUsesWith(New);
279
280     New->takeName(Call);
281
282     // Finally, remove the old call from the program, reducing the use-count of
283     // F.
284     Call->eraseFromParent();
285   }
286
287   // Since we have now created the new function, splice the body of the old
288   // function right into the new function, leaving the old rotting hulk of the
289   // function empty.
290   NF->getBasicBlockList().splice(NF->begin(), Fn.getBasicBlockList());
291
292   // Loop over the argument list, transferring uses of the old arguments over to
293   // the new arguments, also transferring over the names as well.  While we're at
294   // it, remove the dead arguments from the DeadArguments list.
295   //
296   for (Function::arg_iterator I = Fn.arg_begin(), E = Fn.arg_end(),
297        I2 = NF->arg_begin(); I != E; ++I, ++I2) {
298     // Move the name and users over to the new version.
299     I->replaceAllUsesWith(&*I2);
300     I2->takeName(&*I);
301   }
302
303   // Patch the pointer to LLVM function in debug info descriptor.
304   NF->setSubprogram(Fn.getSubprogram());
305
306   // Fix up any BlockAddresses that refer to the function.
307   Fn.replaceAllUsesWith(ConstantExpr::getBitCast(NF, Fn.getType()));
308   // Delete the bitcast that we just created, so that NF does not
309   // appear to be address-taken.
310   NF->removeDeadConstantUsers();
311   // Finally, nuke the old function.
312   Fn.eraseFromParent();
313   return true;
314 }
315
316 /// RemoveDeadArgumentsFromCallers - Checks if the given function has any 
317 /// arguments that are unused, and changes the caller parameters to be undefined
318 /// instead.
319 bool DAE::RemoveDeadArgumentsFromCallers(Function &Fn)
320 {
321   // We cannot change the arguments if this TU does not define the function or
322   // if the linker may choose a function body from another TU, even if the
323   // nominal linkage indicates that other copies of the function have the same
324   // semantics. In the below example, the dead load from %p may not have been
325   // eliminated from the linker-chosen copy of f, so replacing %p with undef
326   // in callers may introduce undefined behavior.
327   //
328   // define linkonce_odr void @f(i32* %p) {
329   //   %v = load i32 %p
330   //   ret void
331   // }
332   if (!Fn.isStrongDefinitionForLinker())
333     return false;
334
335   // Functions with local linkage should already have been handled, except the
336   // fragile (variadic) ones which we can improve here.
337   if (Fn.hasLocalLinkage() && !Fn.getFunctionType()->isVarArg())
338     return false;
339
340   // Don't touch naked functions. The assembly might be using an argument, or
341   // otherwise rely on the frame layout in a way that this analysis will not
342   // see.
343   if (Fn.hasFnAttribute(Attribute::Naked))
344     return false;
345
346   if (Fn.use_empty())
347     return false;
348
349   SmallVector<unsigned, 8> UnusedArgs;
350   for (Argument &Arg : Fn.args()) {
351     if (Arg.use_empty() && !Arg.hasByValOrInAllocaAttr())
352       UnusedArgs.push_back(Arg.getArgNo());
353   }
354
355   if (UnusedArgs.empty())
356     return false;
357
358   bool Changed = false;
359
360   for (Use &U : Fn.uses()) {
361     CallSite CS(U.getUser());
362     if (!CS || !CS.isCallee(&U))
363       continue;
364
365     // Now go through all unused args and replace them with "undef".
366     for (unsigned I = 0, E = UnusedArgs.size(); I != E; ++I) {
367       unsigned ArgNo = UnusedArgs[I];
368
369       Value *Arg = CS.getArgument(ArgNo);
370       CS.setArgument(ArgNo, UndefValue::get(Arg->getType()));
371       ++NumArgumentsReplacedWithUndef;
372       Changed = true;
373     }
374   }
375
376   return Changed;
377 }
378
379 /// Convenience function that returns the number of return values. It returns 0
380 /// for void functions and 1 for functions not returning a struct. It returns
381 /// the number of struct elements for functions returning a struct.
382 static unsigned NumRetVals(const Function *F) {
383   Type *RetTy = F->getReturnType();
384   if (RetTy->isVoidTy())
385     return 0;
386   else if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(RetTy))
387     return STy->getNumElements();
388   else if (ArrayType *ATy = dyn_cast<ArrayType>(RetTy))
389     return ATy->getNumElements();
390   else
391     return 1;
392 }
393
394 /// Returns the sub-type a function will return at a given Idx. Should
395 /// correspond to the result type of an ExtractValue instruction executed with
396 /// just that one Idx (i.e. only top-level structure is considered).
397 static Type *getRetComponentType(const Function *F, unsigned Idx) {
398   Type *RetTy = F->getReturnType();
399   assert(!RetTy->isVoidTy() && "void type has no subtype");
400
401   if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(RetTy))
402     return STy->getElementType(Idx);
403   else if (ArrayType *ATy = dyn_cast<ArrayType>(RetTy))
404     return ATy->getElementType();
405   else
406     return RetTy;
407 }
408
409 /// MarkIfNotLive - This checks Use for liveness in LiveValues. If Use is not
410 /// live, it adds Use to the MaybeLiveUses argument. Returns the determined
411 /// liveness of Use.
412 DAE::Liveness DAE::MarkIfNotLive(RetOrArg Use, UseVector &MaybeLiveUses) {
413   // We're live if our use or its Function is already marked as live.
414   if (LiveFunctions.count(Use.F) || LiveValues.count(Use))
415     return Live;
416
417   // We're maybe live otherwise, but remember that we must become live if
418   // Use becomes live.
419   MaybeLiveUses.push_back(Use);
420   return MaybeLive;
421 }
422
423
424 /// SurveyUse - This looks at a single use of an argument or return value
425 /// and determines if it should be alive or not. Adds this use to MaybeLiveUses
426 /// if it causes the used value to become MaybeLive.
427 ///
428 /// RetValNum is the return value number to use when this use is used in a
429 /// return instruction. This is used in the recursion, you should always leave
430 /// it at 0.
431 DAE::Liveness DAE::SurveyUse(const Use *U,
432                              UseVector &MaybeLiveUses, unsigned RetValNum) {
433     const User *V = U->getUser();
434     if (const ReturnInst *RI = dyn_cast<ReturnInst>(V)) {
435       // The value is returned from a function. It's only live when the
436       // function's return value is live. We use RetValNum here, for the case
437       // that U is really a use of an insertvalue instruction that uses the
438       // original Use.
439       const Function *F = RI->getParent()->getParent();
440       if (RetValNum != -1U) {
441         RetOrArg Use = CreateRet(F, RetValNum);
442         // We might be live, depending on the liveness of Use.
443         return MarkIfNotLive(Use, MaybeLiveUses);
444       } else {
445         DAE::Liveness Result = MaybeLive;
446         for (unsigned i = 0; i < NumRetVals(F); ++i) {
447           RetOrArg Use = CreateRet(F, i);
448           // We might be live, depending on the liveness of Use. If any
449           // sub-value is live, then the entire value is considered live. This
450           // is a conservative choice, and better tracking is possible.
451           DAE::Liveness SubResult = MarkIfNotLive(Use, MaybeLiveUses);
452           if (Result != Live)
453             Result = SubResult;
454         }
455         return Result;
456       }
457     }
458     if (const InsertValueInst *IV = dyn_cast<InsertValueInst>(V)) {
459       if (U->getOperandNo() != InsertValueInst::getAggregateOperandIndex()
460           && IV->hasIndices())
461         // The use we are examining is inserted into an aggregate. Our liveness
462         // depends on all uses of that aggregate, but if it is used as a return
463         // value, only index at which we were inserted counts.
464         RetValNum = *IV->idx_begin();
465
466       // Note that if we are used as the aggregate operand to the insertvalue,
467       // we don't change RetValNum, but do survey all our uses.
468
469       Liveness Result = MaybeLive;
470       for (const Use &UU : IV->uses()) {
471         Result = SurveyUse(&UU, MaybeLiveUses, RetValNum);
472         if (Result == Live)
473           break;
474       }
475       return Result;
476     }
477
478     if (auto CS = ImmutableCallSite(V)) {
479       const Function *F = CS.getCalledFunction();
480       if (F) {
481         // Used in a direct call.
482
483         // The function argument is live if it is used as a bundle operand.
484         if (CS.isBundleOperand(U))
485           return Live;
486
487         // Find the argument number. We know for sure that this use is an
488         // argument, since if it was the function argument this would be an
489         // indirect call and the we know can't be looking at a value of the
490         // label type (for the invoke instruction).
491         unsigned ArgNo = CS.getArgumentNo(U);
492
493         if (ArgNo >= F->getFunctionType()->getNumParams())
494           // The value is passed in through a vararg! Must be live.
495           return Live;
496
497         assert(CS.getArgument(ArgNo)
498                == CS->getOperand(U->getOperandNo())
499                && "Argument is not where we expected it");
500
501         // Value passed to a normal call. It's only live when the corresponding
502         // argument to the called function turns out live.
503         RetOrArg Use = CreateArg(F, ArgNo);
504         return MarkIfNotLive(Use, MaybeLiveUses);
505       }
506     }
507     // Used in any other way? Value must be live.
508     return Live;
509 }
510
511 /// SurveyUses - This looks at all the uses of the given value
512 /// Returns the Liveness deduced from the uses of this value.
513 ///
514 /// Adds all uses that cause the result to be MaybeLive to MaybeLiveRetUses. If
515 /// the result is Live, MaybeLiveUses might be modified but its content should
516 /// be ignored (since it might not be complete).
517 DAE::Liveness DAE::SurveyUses(const Value *V, UseVector &MaybeLiveUses) {
518   // Assume it's dead (which will only hold if there are no uses at all..).
519   Liveness Result = MaybeLive;
520   // Check each use.
521   for (const Use &U : V->uses()) {
522     Result = SurveyUse(&U, MaybeLiveUses);
523     if (Result == Live)
524       break;
525   }
526   return Result;
527 }
528
529 // SurveyFunction - This performs the initial survey of the specified function,
530 // checking out whether or not it uses any of its incoming arguments or whether
531 // any callers use the return value.  This fills in the LiveValues set and Uses
532 // map.
533 //
534 // We consider arguments of non-internal functions to be intrinsically alive as
535 // well as arguments to functions which have their "address taken".
536 //
537 void DAE::SurveyFunction(const Function &F) {
538   // Functions with inalloca parameters are expecting args in a particular
539   // register and memory layout.
540   if (F.getAttributes().hasAttrSomewhere(Attribute::InAlloca)) {
541     MarkLive(F);
542     return;
543   }
544
545   // Don't touch naked functions. The assembly might be using an argument, or
546   // otherwise rely on the frame layout in a way that this analysis will not
547   // see.
548   if (F.hasFnAttribute(Attribute::Naked)) {
549     MarkLive(F);
550     return;
551   }
552
553   unsigned RetCount = NumRetVals(&F);
554   // Assume all return values are dead
555   typedef SmallVector<Liveness, 5> RetVals;
556   RetVals RetValLiveness(RetCount, MaybeLive);
557
558   typedef SmallVector<UseVector, 5> RetUses;
559   // These vectors map each return value to the uses that make it MaybeLive, so
560   // we can add those to the Uses map if the return value really turns out to be
561   // MaybeLive. Initialized to a list of RetCount empty lists.
562   RetUses MaybeLiveRetUses(RetCount);
563
564   for (Function::const_iterator BB = F.begin(), E = F.end(); BB != E; ++BB)
565     if (const ReturnInst *RI = dyn_cast<ReturnInst>(BB->getTerminator()))
566       if (RI->getNumOperands() != 0 && RI->getOperand(0)->getType()
567           != F.getFunctionType()->getReturnType()) {
568         // We don't support old style multiple return values.
569         MarkLive(F);
570         return;
571       }
572
573   if (!F.hasLocalLinkage() && (!ShouldHackArguments() || F.isIntrinsic())) {
574     MarkLive(F);
575     return;
576   }
577
578   DEBUG(dbgs() << "DAE - Inspecting callers for fn: " << F.getName() << "\n");
579   // Keep track of the number of live retvals, so we can skip checks once all
580   // of them turn out to be live.
581   unsigned NumLiveRetVals = 0;
582   // Loop all uses of the function.
583   for (const Use &U : F.uses()) {
584     // If the function is PASSED IN as an argument, its address has been
585     // taken.
586     ImmutableCallSite CS(U.getUser());
587     if (!CS || !CS.isCallee(&U)) {
588       MarkLive(F);
589       return;
590     }
591
592     // If this use is anything other than a call site, the function is alive.
593     const Instruction *TheCall = CS.getInstruction();
594     if (!TheCall) {   // Not a direct call site?
595       MarkLive(F);
596       return;
597     }
598
599     // If we end up here, we are looking at a direct call to our function.
600
601     // Now, check how our return value(s) is/are used in this caller. Don't
602     // bother checking return values if all of them are live already.
603     if (NumLiveRetVals == RetCount)
604       continue;
605
606     // Check all uses of the return value.
607     for (const Use &U : TheCall->uses()) {
608       if (ExtractValueInst *Ext = dyn_cast<ExtractValueInst>(U.getUser())) {
609         // This use uses a part of our return value, survey the uses of
610         // that part and store the results for this index only.
611         unsigned Idx = *Ext->idx_begin();
612         if (RetValLiveness[Idx] != Live) {
613           RetValLiveness[Idx] = SurveyUses(Ext, MaybeLiveRetUses[Idx]);
614           if (RetValLiveness[Idx] == Live)
615             NumLiveRetVals++;
616         }
617       } else {
618         // Used by something else than extractvalue. Survey, but assume that the
619         // result applies to all sub-values.
620         UseVector MaybeLiveAggregateUses;
621         if (SurveyUse(&U, MaybeLiveAggregateUses) == Live) {
622           NumLiveRetVals = RetCount;
623           RetValLiveness.assign(RetCount, Live);
624           break;
625         } else {
626           for (unsigned i = 0; i != RetCount; ++i) {
627             if (RetValLiveness[i] != Live)
628               MaybeLiveRetUses[i].append(MaybeLiveAggregateUses.begin(),
629                                          MaybeLiveAggregateUses.end());
630           }
631         }
632       }
633     }
634   }
635
636   // Now we've inspected all callers, record the liveness of our return values.
637   for (unsigned i = 0; i != RetCount; ++i)
638     MarkValue(CreateRet(&F, i), RetValLiveness[i], MaybeLiveRetUses[i]);
639
640   DEBUG(dbgs() << "DAE - Inspecting args for fn: " << F.getName() << "\n");
641
642   // Now, check all of our arguments.
643   unsigned i = 0;
644   UseVector MaybeLiveArgUses;
645   for (Function::const_arg_iterator AI = F.arg_begin(),
646        E = F.arg_end(); AI != E; ++AI, ++i) {
647     Liveness Result;
648     if (F.getFunctionType()->isVarArg()) {
649       // Variadic functions will already have a va_arg function expanded inside
650       // them, making them potentially very sensitive to ABI changes resulting
651       // from removing arguments entirely, so don't. For example AArch64 handles
652       // register and stack HFAs very differently, and this is reflected in the
653       // IR which has already been generated.
654       Result = Live;
655     } else {
656       // See what the effect of this use is (recording any uses that cause
657       // MaybeLive in MaybeLiveArgUses). 
658       Result = SurveyUses(&*AI, MaybeLiveArgUses);
659     }
660
661     // Mark the result.
662     MarkValue(CreateArg(&F, i), Result, MaybeLiveArgUses);
663     // Clear the vector again for the next iteration.
664     MaybeLiveArgUses.clear();
665   }
666 }
667
668 /// MarkValue - This function marks the liveness of RA depending on L. If L is
669 /// MaybeLive, it also takes all uses in MaybeLiveUses and records them in Uses,
670 /// such that RA will be marked live if any use in MaybeLiveUses gets marked
671 /// live later on.
672 void DAE::MarkValue(const RetOrArg &RA, Liveness L,
673                     const UseVector &MaybeLiveUses) {
674   switch (L) {
675     case Live: MarkLive(RA); break;
676     case MaybeLive:
677     {
678       // Note any uses of this value, so this return value can be
679       // marked live whenever one of the uses becomes live.
680       for (UseVector::const_iterator UI = MaybeLiveUses.begin(),
681            UE = MaybeLiveUses.end(); UI != UE; ++UI)
682         Uses.insert(std::make_pair(*UI, RA));
683       break;
684     }
685   }
686 }
687
688 /// MarkLive - Mark the given Function as alive, meaning that it cannot be
689 /// changed in any way. Additionally,
690 /// mark any values that are used as this function's parameters or by its return
691 /// values (according to Uses) live as well.
692 void DAE::MarkLive(const Function &F) {
693   DEBUG(dbgs() << "DAE - Intrinsically live fn: " << F.getName() << "\n");
694   // Mark the function as live.
695   LiveFunctions.insert(&F);
696   // Mark all arguments as live.
697   for (unsigned i = 0, e = F.arg_size(); i != e; ++i)
698     PropagateLiveness(CreateArg(&F, i));
699   // Mark all return values as live.
700   for (unsigned i = 0, e = NumRetVals(&F); i != e; ++i)
701     PropagateLiveness(CreateRet(&F, i));
702 }
703
704 /// MarkLive - Mark the given return value or argument as live. Additionally,
705 /// mark any values that are used by this value (according to Uses) live as
706 /// well.
707 void DAE::MarkLive(const RetOrArg &RA) {
708   if (LiveFunctions.count(RA.F))
709     return; // Function was already marked Live.
710
711   if (!LiveValues.insert(RA).second)
712     return; // We were already marked Live.
713
714   DEBUG(dbgs() << "DAE - Marking " << RA.getDescription() << " live\n");
715   PropagateLiveness(RA);
716 }
717
718 /// PropagateLiveness - Given that RA is a live value, propagate it's liveness
719 /// to any other values it uses (according to Uses).
720 void DAE::PropagateLiveness(const RetOrArg &RA) {
721   // We don't use upper_bound (or equal_range) here, because our recursive call
722   // to ourselves is likely to cause the upper_bound (which is the first value
723   // not belonging to RA) to become erased and the iterator invalidated.
724   UseMap::iterator Begin = Uses.lower_bound(RA);
725   UseMap::iterator E = Uses.end();
726   UseMap::iterator I;
727   for (I = Begin; I != E && I->first == RA; ++I)
728     MarkLive(I->second);
729
730   // Erase RA from the Uses map (from the lower bound to wherever we ended up
731   // after the loop).
732   Uses.erase(Begin, I);
733 }
734
735 // RemoveDeadStuffFromFunction - Remove any arguments and return values from F
736 // that are not in LiveValues. Transform the function and all of the callees of
737 // the function to not have these arguments and return values.
738 //
739 bool DAE::RemoveDeadStuffFromFunction(Function *F) {
740   // Don't modify fully live functions
741   if (LiveFunctions.count(F))
742     return false;
743
744   // Start by computing a new prototype for the function, which is the same as
745   // the old function, but has fewer arguments and a different return type.
746   FunctionType *FTy = F->getFunctionType();
747   std::vector<Type*> Params;
748
749   // Keep track of if we have a live 'returned' argument
750   bool HasLiveReturnedArg = false;
751
752   // Set up to build a new list of parameter attributes.
753   SmallVector<AttributeSet, 8> AttributesVec;
754   const AttributeSet &PAL = F->getAttributes();
755
756   // Remember which arguments are still alive.
757   SmallVector<bool, 10> ArgAlive(FTy->getNumParams(), false);
758   // Construct the new parameter list from non-dead arguments. Also construct
759   // a new set of parameter attributes to correspond. Skip the first parameter
760   // attribute, since that belongs to the return value.
761   unsigned i = 0;
762   for (Function::arg_iterator I = F->arg_begin(), E = F->arg_end();
763        I != E; ++I, ++i) {
764     RetOrArg Arg = CreateArg(F, i);
765     if (LiveValues.erase(Arg)) {
766       Params.push_back(I->getType());
767       ArgAlive[i] = true;
768
769       // Get the original parameter attributes (skipping the first one, that is
770       // for the return value.
771       if (PAL.hasAttributes(i + 1)) {
772         AttrBuilder B(PAL, i + 1);
773         if (B.contains(Attribute::Returned))
774           HasLiveReturnedArg = true;
775         AttributesVec.
776           push_back(AttributeSet::get(F->getContext(), Params.size(), B));
777       }
778     } else {
779       ++NumArgumentsEliminated;
780       DEBUG(dbgs() << "DAE - Removing argument " << i << " (" << I->getName()
781             << ") from " << F->getName() << "\n");
782     }
783   }
784
785   // Find out the new return value.
786   Type *RetTy = FTy->getReturnType();
787   Type *NRetTy = nullptr;
788   unsigned RetCount = NumRetVals(F);
789
790   // -1 means unused, other numbers are the new index
791   SmallVector<int, 5> NewRetIdxs(RetCount, -1);
792   std::vector<Type*> RetTypes;
793
794   // If there is a function with a live 'returned' argument but a dead return
795   // value, then there are two possible actions:
796   // 1) Eliminate the return value and take off the 'returned' attribute on the
797   //    argument.
798   // 2) Retain the 'returned' attribute and treat the return value (but not the
799   //    entire function) as live so that it is not eliminated.
800   // 
801   // It's not clear in the general case which option is more profitable because,
802   // even in the absence of explicit uses of the return value, code generation
803   // is free to use the 'returned' attribute to do things like eliding
804   // save/restores of registers across calls. Whether or not this happens is
805   // target and ABI-specific as well as depending on the amount of register
806   // pressure, so there's no good way for an IR-level pass to figure this out.
807   //
808   // Fortunately, the only places where 'returned' is currently generated by
809   // the FE are places where 'returned' is basically free and almost always a
810   // performance win, so the second option can just be used always for now.
811   //
812   // This should be revisited if 'returned' is ever applied more liberally.
813   if (RetTy->isVoidTy() || HasLiveReturnedArg) {
814     NRetTy = RetTy;
815   } else {
816     // Look at each of the original return values individually.
817     for (unsigned i = 0; i != RetCount; ++i) {
818       RetOrArg Ret = CreateRet(F, i);
819       if (LiveValues.erase(Ret)) {
820         RetTypes.push_back(getRetComponentType(F, i));
821         NewRetIdxs[i] = RetTypes.size() - 1;
822       } else {
823         ++NumRetValsEliminated;
824         DEBUG(dbgs() << "DAE - Removing return value " << i << " from "
825               << F->getName() << "\n");
826       }
827     }
828     if (RetTypes.size() > 1) {
829       // More than one return type? Reduce it down to size.
830       if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(RetTy)) {
831         // Make the new struct packed if we used to return a packed struct
832         // already.
833         NRetTy = StructType::get(STy->getContext(), RetTypes, STy->isPacked());
834       } else {
835         assert(isa<ArrayType>(RetTy) && "unexpected multi-value return");
836         NRetTy = ArrayType::get(RetTypes[0], RetTypes.size());
837       }
838     } else if (RetTypes.size() == 1)
839       // One return type? Just a simple value then, but only if we didn't use to
840       // return a struct with that simple value before.
841       NRetTy = RetTypes.front();
842     else if (RetTypes.size() == 0)
843       // No return types? Make it void, but only if we didn't use to return {}.
844       NRetTy = Type::getVoidTy(F->getContext());
845   }
846
847   assert(NRetTy && "No new return type found?");
848
849   // The existing function return attributes.
850   AttributeSet RAttrs = PAL.getRetAttributes();
851
852   // Remove any incompatible attributes, but only if we removed all return
853   // values. Otherwise, ensure that we don't have any conflicting attributes
854   // here. Currently, this should not be possible, but special handling might be
855   // required when new return value attributes are added.
856   if (NRetTy->isVoidTy())
857     RAttrs = RAttrs.removeAttributes(NRetTy->getContext(),
858                                      AttributeSet::ReturnIndex,
859                                      AttributeFuncs::typeIncompatible(NRetTy));
860   else
861     assert(!AttrBuilder(RAttrs, AttributeSet::ReturnIndex).
862              overlaps(AttributeFuncs::typeIncompatible(NRetTy)) &&
863            "Return attributes no longer compatible?");
864
865   if (RAttrs.hasAttributes(AttributeSet::ReturnIndex))
866     AttributesVec.push_back(AttributeSet::get(NRetTy->getContext(), RAttrs));
867
868   if (PAL.hasAttributes(AttributeSet::FunctionIndex))
869     AttributesVec.push_back(AttributeSet::get(F->getContext(),
870                                               PAL.getFnAttributes()));
871
872   // Reconstruct the AttributesList based on the vector we constructed.
873   AttributeSet NewPAL = AttributeSet::get(F->getContext(), AttributesVec);
874
875   // Create the new function type based on the recomputed parameters.
876   FunctionType *NFTy = FunctionType::get(NRetTy, Params, FTy->isVarArg());
877
878   // No change?
879   if (NFTy == FTy)
880     return false;
881
882   // Create the new function body and insert it into the module...
883   Function *NF = Function::Create(NFTy, F->getLinkage());
884   NF->copyAttributesFrom(F);
885   NF->setAttributes(NewPAL);
886   // Insert the new function before the old function, so we won't be processing
887   // it again.
888   F->getParent()->getFunctionList().insert(F->getIterator(), NF);
889   NF->takeName(F);
890
891   // Loop over all of the callers of the function, transforming the call sites
892   // to pass in a smaller number of arguments into the new function.
893   //
894   std::vector<Value*> Args;
895   while (!F->use_empty()) {
896     CallSite CS(F->user_back());
897     Instruction *Call = CS.getInstruction();
898
899     AttributesVec.clear();
900     const AttributeSet &CallPAL = CS.getAttributes();
901
902     // The call return attributes.
903     AttributeSet RAttrs = CallPAL.getRetAttributes();
904
905     // Adjust in case the function was changed to return void.
906     RAttrs = RAttrs.removeAttributes(NRetTy->getContext(),
907                                      AttributeSet::ReturnIndex,
908                         AttributeFuncs::typeIncompatible(NF->getReturnType()));
909     if (RAttrs.hasAttributes(AttributeSet::ReturnIndex))
910       AttributesVec.push_back(AttributeSet::get(NF->getContext(), RAttrs));
911
912     // Declare these outside of the loops, so we can reuse them for the second
913     // loop, which loops the varargs.
914     CallSite::arg_iterator I = CS.arg_begin();
915     unsigned i = 0;
916     // Loop over those operands, corresponding to the normal arguments to the
917     // original function, and add those that are still alive.
918     for (unsigned e = FTy->getNumParams(); i != e; ++I, ++i)
919       if (ArgAlive[i]) {
920         Args.push_back(*I);
921         // Get original parameter attributes, but skip return attributes.
922         if (CallPAL.hasAttributes(i + 1)) {
923           AttrBuilder B(CallPAL, i + 1);
924           // If the return type has changed, then get rid of 'returned' on the
925           // call site. The alternative is to make all 'returned' attributes on
926           // call sites keep the return value alive just like 'returned'
927           // attributes on function declaration but it's less clearly a win
928           // and this is not an expected case anyway
929           if (NRetTy != RetTy && B.contains(Attribute::Returned))
930             B.removeAttribute(Attribute::Returned);
931           AttributesVec.
932             push_back(AttributeSet::get(F->getContext(), Args.size(), B));
933         }
934       }
935
936     // Push any varargs arguments on the list. Don't forget their attributes.
937     for (CallSite::arg_iterator E = CS.arg_end(); I != E; ++I, ++i) {
938       Args.push_back(*I);
939       if (CallPAL.hasAttributes(i + 1)) {
940         AttrBuilder B(CallPAL, i + 1);
941         AttributesVec.
942           push_back(AttributeSet::get(F->getContext(), Args.size(), B));
943       }
944     }
945
946     if (CallPAL.hasAttributes(AttributeSet::FunctionIndex))
947       AttributesVec.push_back(AttributeSet::get(Call->getContext(),
948                                                 CallPAL.getFnAttributes()));
949
950     // Reconstruct the AttributesList based on the vector we constructed.
951     AttributeSet NewCallPAL = AttributeSet::get(F->getContext(), AttributesVec);
952
953     Instruction *New;
954     if (InvokeInst *II = dyn_cast<InvokeInst>(Call)) {
955       New = InvokeInst::Create(NF, II->getNormalDest(), II->getUnwindDest(),
956                                Args, "", Call->getParent());
957       cast<InvokeInst>(New)->setCallingConv(CS.getCallingConv());
958       cast<InvokeInst>(New)->setAttributes(NewCallPAL);
959     } else {
960       New = CallInst::Create(NF, Args, "", Call);
961       cast<CallInst>(New)->setCallingConv(CS.getCallingConv());
962       cast<CallInst>(New)->setAttributes(NewCallPAL);
963       if (cast<CallInst>(Call)->isTailCall())
964         cast<CallInst>(New)->setTailCall();
965     }
966     New->setDebugLoc(Call->getDebugLoc());
967
968     Args.clear();
969
970     if (!Call->use_empty()) {
971       if (New->getType() == Call->getType()) {
972         // Return type not changed? Just replace users then.
973         Call->replaceAllUsesWith(New);
974         New->takeName(Call);
975       } else if (New->getType()->isVoidTy()) {
976         // Our return value has uses, but they will get removed later on.
977         // Replace by null for now.
978         if (!Call->getType()->isX86_MMXTy())
979           Call->replaceAllUsesWith(Constant::getNullValue(Call->getType()));
980       } else {
981         assert((RetTy->isStructTy() || RetTy->isArrayTy()) &&
982                "Return type changed, but not into a void. The old return type"
983                " must have been a struct or an array!");
984         Instruction *InsertPt = Call;
985         if (InvokeInst *II = dyn_cast<InvokeInst>(Call)) {
986           BasicBlock *NewEdge = SplitEdge(New->getParent(), II->getNormalDest());
987           InsertPt = &*NewEdge->getFirstInsertionPt();
988         }
989
990         // We used to return a struct or array. Instead of doing smart stuff
991         // with all the uses, we will just rebuild it using extract/insertvalue
992         // chaining and let instcombine clean that up.
993         //
994         // Start out building up our return value from undef
995         Value *RetVal = UndefValue::get(RetTy);
996         for (unsigned i = 0; i != RetCount; ++i)
997           if (NewRetIdxs[i] != -1) {
998             Value *V;
999             if (RetTypes.size() > 1)
1000               // We are still returning a struct, so extract the value from our
1001               // return value
1002               V = ExtractValueInst::Create(New, NewRetIdxs[i], "newret",
1003                                            InsertPt);
1004             else
1005               // We are now returning a single element, so just insert that
1006               V = New;
1007             // Insert the value at the old position
1008             RetVal = InsertValueInst::Create(RetVal, V, i, "oldret", InsertPt);
1009           }
1010         // Now, replace all uses of the old call instruction with the return
1011         // struct we built
1012         Call->replaceAllUsesWith(RetVal);
1013         New->takeName(Call);
1014       }
1015     }
1016
1017     // Finally, remove the old call from the program, reducing the use-count of
1018     // F.
1019     Call->eraseFromParent();
1020   }
1021
1022   // Since we have now created the new function, splice the body of the old
1023   // function right into the new function, leaving the old rotting hulk of the
1024   // function empty.
1025   NF->getBasicBlockList().splice(NF->begin(), F->getBasicBlockList());
1026
1027   // Loop over the argument list, transferring uses of the old arguments over to
1028   // the new arguments, also transferring over the names as well.
1029   i = 0;
1030   for (Function::arg_iterator I = F->arg_begin(), E = F->arg_end(),
1031        I2 = NF->arg_begin(); I != E; ++I, ++i)
1032     if (ArgAlive[i]) {
1033       // If this is a live argument, move the name and users over to the new
1034       // version.
1035       I->replaceAllUsesWith(&*I2);
1036       I2->takeName(&*I);
1037       ++I2;
1038     } else {
1039       // If this argument is dead, replace any uses of it with null constants
1040       // (these are guaranteed to become unused later on).
1041       if (!I->getType()->isX86_MMXTy())
1042         I->replaceAllUsesWith(Constant::getNullValue(I->getType()));
1043     }
1044
1045   // If we change the return value of the function we must rewrite any return
1046   // instructions.  Check this now.
1047   if (F->getReturnType() != NF->getReturnType())
1048     for (Function::iterator BB = NF->begin(), E = NF->end(); BB != E; ++BB)
1049       if (ReturnInst *RI = dyn_cast<ReturnInst>(BB->getTerminator())) {
1050         Value *RetVal;
1051
1052         if (NFTy->getReturnType()->isVoidTy()) {
1053           RetVal = nullptr;
1054         } else {
1055           assert(RetTy->isStructTy() || RetTy->isArrayTy());
1056           // The original return value was a struct or array, insert
1057           // extractvalue/insertvalue chains to extract only the values we need
1058           // to return and insert them into our new result.
1059           // This does generate messy code, but we'll let it to instcombine to
1060           // clean that up.
1061           Value *OldRet = RI->getOperand(0);
1062           // Start out building up our return value from undef
1063           RetVal = UndefValue::get(NRetTy);
1064           for (unsigned i = 0; i != RetCount; ++i)
1065             if (NewRetIdxs[i] != -1) {
1066               ExtractValueInst *EV = ExtractValueInst::Create(OldRet, i,
1067                                                               "oldret", RI);
1068               if (RetTypes.size() > 1) {
1069                 // We're still returning a struct, so reinsert the value into
1070                 // our new return value at the new index
1071
1072                 RetVal = InsertValueInst::Create(RetVal, EV, NewRetIdxs[i],
1073                                                  "newret", RI);
1074               } else {
1075                 // We are now only returning a simple value, so just return the
1076                 // extracted value.
1077                 RetVal = EV;
1078               }
1079             }
1080         }
1081         // Replace the return instruction with one returning the new return
1082         // value (possibly 0 if we became void).
1083         ReturnInst::Create(F->getContext(), RetVal, RI);
1084         BB->getInstList().erase(RI);
1085       }
1086
1087   // Patch the pointer to LLVM function in debug info descriptor.
1088   NF->setSubprogram(F->getSubprogram());
1089
1090   // Now that the old function is dead, delete it.
1091   F->eraseFromParent();
1092
1093   return true;
1094 }
1095
1096 bool DAE::runOnModule(Module &M) {
1097   bool Changed = false;
1098
1099   // First pass: Do a simple check to see if any functions can have their "..."
1100   // removed.  We can do this if they never call va_start.  This loop cannot be
1101   // fused with the next loop, because deleting a function invalidates
1102   // information computed while surveying other functions.
1103   DEBUG(dbgs() << "DAE - Deleting dead varargs\n");
1104   for (Module::iterator I = M.begin(), E = M.end(); I != E; ) {
1105     Function &F = *I++;
1106     if (F.getFunctionType()->isVarArg())
1107       Changed |= DeleteDeadVarargs(F);
1108   }
1109
1110   // Second phase:loop through the module, determining which arguments are live.
1111   // We assume all arguments are dead unless proven otherwise (allowing us to
1112   // determine that dead arguments passed into recursive functions are dead).
1113   //
1114   DEBUG(dbgs() << "DAE - Determining liveness\n");
1115   for (auto &F : M)
1116     SurveyFunction(F);
1117
1118   // Now, remove all dead arguments and return values from each function in
1119   // turn.
1120   for (Module::iterator I = M.begin(), E = M.end(); I != E; ) {
1121     // Increment now, because the function will probably get removed (ie.
1122     // replaced by a new one).
1123     Function *F = &*I++;
1124     Changed |= RemoveDeadStuffFromFunction(F);
1125   }
1126
1127   // Finally, look for any unused parameters in functions with non-local
1128   // linkage and replace the passed in parameters with undef.
1129   for (auto &F : M)
1130     Changed |= RemoveDeadArgumentsFromCallers(F);
1131
1132   return Changed;
1133 }