1f7625d30499ee37bf813ec7c2150dabbb0c6d28
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / IPO / Inliner.cpp
1 //===- Inliner.cpp - Code common to all inliners --------------------------===//
2 //
3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
4 //
5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
6 // License. See LICENSE.TXT for details.
7 //
8 //===----------------------------------------------------------------------===//
9 //
10 // This file implements the mechanics required to implement inlining without
11 // missing any calls and updating the call graph.  The decisions of which calls
12 // are profitable to inline are implemented elsewhere.
13 //
14 //===----------------------------------------------------------------------===//
15
16 #define DEBUG_TYPE "inline"
17 #include "llvm/Module.h"
18 #include "llvm/Instructions.h"
19 #include "llvm/IntrinsicInst.h"
20 #include "llvm/Analysis/CallGraph.h"
21 #include "llvm/Analysis/InlineCost.h"
22 #include "llvm/Target/TargetData.h"
23 #include "llvm/Transforms/IPO/InlinerPass.h"
24 #include "llvm/Transforms/Utils/Cloning.h"
25 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
26 #include "llvm/Support/CallSite.h"
27 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
28 #include "llvm/Support/Debug.h"
29 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
30 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
31 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
32 using namespace llvm;
33
34 STATISTIC(NumInlined, "Number of functions inlined");
35 STATISTIC(NumCallsDeleted, "Number of call sites deleted, not inlined");
36 STATISTIC(NumDeleted, "Number of functions deleted because all callers found");
37 STATISTIC(NumMergedAllocas, "Number of allocas merged together");
38
39 static cl::opt<int>
40 InlineLimit("inline-threshold", cl::Hidden, cl::init(225), cl::ZeroOrMore,
41         cl::desc("Control the amount of inlining to perform (default = 225)"));
42
43 static cl::opt<int>
44 HintThreshold("inlinehint-threshold", cl::Hidden, cl::init(325),
45               cl::desc("Threshold for inlining functions with inline hint"));
46
47 // Threshold to use when optsize is specified (and there is no -inline-limit).
48 const int OptSizeThreshold = 75;
49
50 Inliner::Inliner(char &ID) 
51   : CallGraphSCCPass(ID), InlineThreshold(InlineLimit), InsertLifetime(true) {}
52
53 Inliner::Inliner(char &ID, int Threshold, bool InsertLifetime)
54   : CallGraphSCCPass(ID), InlineThreshold(InlineLimit.getNumOccurrences() > 0 ?
55                                           InlineLimit : Threshold),
56     InsertLifetime(InsertLifetime) {}
57
58 /// getAnalysisUsage - For this class, we declare that we require and preserve
59 /// the call graph.  If the derived class implements this method, it should
60 /// always explicitly call the implementation here.
61 void Inliner::getAnalysisUsage(AnalysisUsage &Info) const {
62   CallGraphSCCPass::getAnalysisUsage(Info);
63 }
64
65
66 typedef DenseMap<ArrayType*, std::vector<AllocaInst*> >
67 InlinedArrayAllocasTy;
68
69 /// InlineCallIfPossible - If it is possible to inline the specified call site,
70 /// do so and update the CallGraph for this operation.
71 ///
72 /// This function also does some basic book-keeping to update the IR.  The
73 /// InlinedArrayAllocas map keeps track of any allocas that are already
74 /// available from other  functions inlined into the caller.  If we are able to
75 /// inline this call site we attempt to reuse already available allocas or add
76 /// any new allocas to the set if not possible.
77 static bool InlineCallIfPossible(CallSite CS, InlineFunctionInfo &IFI,
78                                  InlinedArrayAllocasTy &InlinedArrayAllocas,
79                                  int InlineHistory, bool InsertLifetime) {
80   Function *Callee = CS.getCalledFunction();
81   Function *Caller = CS.getCaller();
82
83   // Try to inline the function.  Get the list of static allocas that were
84   // inlined.
85   if (!InlineFunction(CS, IFI, InsertLifetime))
86     return false;
87
88   // If the inlined function had a higher stack protection level than the
89   // calling function, then bump up the caller's stack protection level.
90   if (Callee->hasFnAttr(Attribute::StackProtectReq))
91     Caller->addFnAttr(Attribute::StackProtectReq);
92   else if (Callee->hasFnAttr(Attribute::StackProtect) &&
93            !Caller->hasFnAttr(Attribute::StackProtectReq))
94     Caller->addFnAttr(Attribute::StackProtect);
95
96   // Look at all of the allocas that we inlined through this call site.  If we
97   // have already inlined other allocas through other calls into this function,
98   // then we know that they have disjoint lifetimes and that we can merge them.
99   //
100   // There are many heuristics possible for merging these allocas, and the
101   // different options have different tradeoffs.  One thing that we *really*
102   // don't want to hurt is SRoA: once inlining happens, often allocas are no
103   // longer address taken and so they can be promoted.
104   //
105   // Our "solution" for that is to only merge allocas whose outermost type is an
106   // array type.  These are usually not promoted because someone is using a
107   // variable index into them.  These are also often the most important ones to
108   // merge.
109   //
110   // A better solution would be to have real memory lifetime markers in the IR
111   // and not have the inliner do any merging of allocas at all.  This would
112   // allow the backend to do proper stack slot coloring of all allocas that
113   // *actually make it to the backend*, which is really what we want.
114   //
115   // Because we don't have this information, we do this simple and useful hack.
116   //
117   SmallPtrSet<AllocaInst*, 16> UsedAllocas;
118   
119   // When processing our SCC, check to see if CS was inlined from some other
120   // call site.  For example, if we're processing "A" in this code:
121   //   A() { B() }
122   //   B() { x = alloca ... C() }
123   //   C() { y = alloca ... }
124   // Assume that C was not inlined into B initially, and so we're processing A
125   // and decide to inline B into A.  Doing this makes an alloca available for
126   // reuse and makes a callsite (C) available for inlining.  When we process
127   // the C call site we don't want to do any alloca merging between X and Y
128   // because their scopes are not disjoint.  We could make this smarter by
129   // keeping track of the inline history for each alloca in the
130   // InlinedArrayAllocas but this isn't likely to be a significant win.
131   if (InlineHistory != -1)  // Only do merging for top-level call sites in SCC.
132     return true;
133   
134   // Loop over all the allocas we have so far and see if they can be merged with
135   // a previously inlined alloca.  If not, remember that we had it.
136   for (unsigned AllocaNo = 0, e = IFI.StaticAllocas.size();
137        AllocaNo != e; ++AllocaNo) {
138     AllocaInst *AI = IFI.StaticAllocas[AllocaNo];
139     
140     // Don't bother trying to merge array allocations (they will usually be
141     // canonicalized to be an allocation *of* an array), or allocations whose
142     // type is not itself an array (because we're afraid of pessimizing SRoA).
143     ArrayType *ATy = dyn_cast<ArrayType>(AI->getAllocatedType());
144     if (ATy == 0 || AI->isArrayAllocation())
145       continue;
146     
147     // Get the list of all available allocas for this array type.
148     std::vector<AllocaInst*> &AllocasForType = InlinedArrayAllocas[ATy];
149     
150     // Loop over the allocas in AllocasForType to see if we can reuse one.  Note
151     // that we have to be careful not to reuse the same "available" alloca for
152     // multiple different allocas that we just inlined, we use the 'UsedAllocas'
153     // set to keep track of which "available" allocas are being used by this
154     // function.  Also, AllocasForType can be empty of course!
155     bool MergedAwayAlloca = false;
156     for (unsigned i = 0, e = AllocasForType.size(); i != e; ++i) {
157       AllocaInst *AvailableAlloca = AllocasForType[i];
158       
159       // The available alloca has to be in the right function, not in some other
160       // function in this SCC.
161       if (AvailableAlloca->getParent() != AI->getParent())
162         continue;
163       
164       // If the inlined function already uses this alloca then we can't reuse
165       // it.
166       if (!UsedAllocas.insert(AvailableAlloca))
167         continue;
168       
169       // Otherwise, we *can* reuse it, RAUW AI into AvailableAlloca and declare
170       // success!
171       DEBUG(dbgs() << "    ***MERGED ALLOCA: " << *AI << "\n\t\tINTO: "
172                    << *AvailableAlloca << '\n');
173       
174       AI->replaceAllUsesWith(AvailableAlloca);
175       AI->eraseFromParent();
176       MergedAwayAlloca = true;
177       ++NumMergedAllocas;
178       IFI.StaticAllocas[AllocaNo] = 0;
179       break;
180     }
181
182     // If we already nuked the alloca, we're done with it.
183     if (MergedAwayAlloca)
184       continue;
185     
186     // If we were unable to merge away the alloca either because there are no
187     // allocas of the right type available or because we reused them all
188     // already, remember that this alloca came from an inlined function and mark
189     // it used so we don't reuse it for other allocas from this inline
190     // operation.
191     AllocasForType.push_back(AI);
192     UsedAllocas.insert(AI);
193   }
194   
195   return true;
196 }
197
198 unsigned Inliner::getInlineThreshold(CallSite CS) const {
199   int thres = InlineThreshold;
200
201   // Listen to optsize when -inline-limit is not given.
202   Function *Caller = CS.getCaller();
203   if (Caller && !Caller->isDeclaration() &&
204       Caller->hasFnAttr(Attribute::OptimizeForSize) &&
205       InlineLimit.getNumOccurrences() == 0)
206     thres = OptSizeThreshold;
207
208   // Listen to inlinehint when it would increase the threshold.
209   Function *Callee = CS.getCalledFunction();
210   if (HintThreshold > thres && Callee && !Callee->isDeclaration() &&
211       Callee->hasFnAttr(Attribute::InlineHint))
212     thres = HintThreshold;
213
214   return thres;
215 }
216
217 /// shouldInline - Return true if the inliner should attempt to inline
218 /// at the given CallSite.
219 bool Inliner::shouldInline(CallSite CS) {
220   InlineCost IC = getInlineCost(CS);
221   
222   if (IC.isAlways()) {
223     DEBUG(dbgs() << "    Inlining: cost=always"
224           << ", Call: " << *CS.getInstruction() << "\n");
225     return true;
226   }
227   
228   if (IC.isNever()) {
229     DEBUG(dbgs() << "    NOT Inlining: cost=never"
230           << ", Call: " << *CS.getInstruction() << "\n");
231     return false;
232   }
233   
234   int Cost = IC.getValue();
235   Function *Caller = CS.getCaller();
236   int CurrentThreshold = getInlineThreshold(CS);
237   float FudgeFactor = getInlineFudgeFactor(CS);
238   int AdjThreshold = (int)(CurrentThreshold * FudgeFactor);
239   if (Cost >= AdjThreshold) {
240     DEBUG(dbgs() << "    NOT Inlining: cost=" << Cost
241           << ", thres=" << AdjThreshold
242           << ", Call: " << *CS.getInstruction() << "\n");
243     return false;
244   }
245   
246   // Try to detect the case where the current inlining candidate caller
247   // (call it B) is a static function and is an inlining candidate elsewhere,
248   // and the current candidate callee (call it C) is large enough that
249   // inlining it into B would make B too big to inline later.  In these
250   // circumstances it may be best not to inline C into B, but to inline B
251   // into its callers.
252   if (Caller->hasLocalLinkage()) {
253     int TotalSecondaryCost = 0;
254     bool outerCallsFound = false;
255     // This bool tracks what happens if we do NOT inline C into B.
256     bool callerWillBeRemoved = true;
257     // This bool tracks what happens if we DO inline C into B.
258     bool inliningPreventsSomeOuterInline = false;
259     for (Value::use_iterator I = Caller->use_begin(), E =Caller->use_end(); 
260          I != E; ++I) {
261       CallSite CS2(*I);
262
263       // If this isn't a call to Caller (it could be some other sort
264       // of reference) skip it.  Such references will prevent the caller
265       // from being removed.
266       if (!CS2 || CS2.getCalledFunction() != Caller) {
267         callerWillBeRemoved = false;
268         continue;
269       }
270
271       InlineCost IC2 = getInlineCost(CS2);
272       if (IC2.isNever())
273         callerWillBeRemoved = false;
274       if (IC2.isAlways() || IC2.isNever())
275         continue;
276
277       outerCallsFound = true;
278       int Cost2 = IC2.getValue();
279       int CurrentThreshold2 = getInlineThreshold(CS2);
280       float FudgeFactor2 = getInlineFudgeFactor(CS2);
281
282       if (Cost2 >= (int)(CurrentThreshold2 * FudgeFactor2))
283         callerWillBeRemoved = false;
284
285       // See if we have this case.  We subtract off the penalty
286       // for the call instruction, which we would be deleting.
287       if (Cost2 < (int)(CurrentThreshold2 * FudgeFactor2) &&
288           Cost2 + Cost - (InlineConstants::CallPenalty + 1) >= 
289                 (int)(CurrentThreshold2 * FudgeFactor2)) {
290         inliningPreventsSomeOuterInline = true;
291         TotalSecondaryCost += Cost2;
292       }
293     }
294     // If all outer calls to Caller would get inlined, the cost for the last
295     // one is set very low by getInlineCost, in anticipation that Caller will
296     // be removed entirely.  We did not account for this above unless there
297     // is only one caller of Caller.
298     if (callerWillBeRemoved && Caller->use_begin() != Caller->use_end())
299       TotalSecondaryCost += InlineConstants::LastCallToStaticBonus;
300
301     if (outerCallsFound && inliningPreventsSomeOuterInline &&
302         TotalSecondaryCost < Cost) {
303       DEBUG(dbgs() << "    NOT Inlining: " << *CS.getInstruction() << 
304            " Cost = " << Cost << 
305            ", outer Cost = " << TotalSecondaryCost << '\n');
306       return false;
307     }
308   }
309
310   DEBUG(dbgs() << "    Inlining: cost=" << Cost
311         << ", thres=" << AdjThreshold
312         << ", Call: " << *CS.getInstruction() << '\n');
313   return true;
314 }
315
316 /// InlineHistoryIncludes - Return true if the specified inline history ID
317 /// indicates an inline history that includes the specified function.
318 static bool InlineHistoryIncludes(Function *F, int InlineHistoryID,
319             const SmallVectorImpl<std::pair<Function*, int> > &InlineHistory) {
320   while (InlineHistoryID != -1) {
321     assert(unsigned(InlineHistoryID) < InlineHistory.size() &&
322            "Invalid inline history ID");
323     if (InlineHistory[InlineHistoryID].first == F)
324       return true;
325     InlineHistoryID = InlineHistory[InlineHistoryID].second;
326   }
327   return false;
328 }
329
330
331 bool Inliner::runOnSCC(CallGraphSCC &SCC) {
332   CallGraph &CG = getAnalysis<CallGraph>();
333   const TargetData *TD = getAnalysisIfAvailable<TargetData>();
334
335   SmallPtrSet<Function*, 8> SCCFunctions;
336   DEBUG(dbgs() << "Inliner visiting SCC:");
337   for (CallGraphSCC::iterator I = SCC.begin(), E = SCC.end(); I != E; ++I) {
338     Function *F = (*I)->getFunction();
339     if (F) SCCFunctions.insert(F);
340     DEBUG(dbgs() << " " << (F ? F->getName() : "INDIRECTNODE"));
341   }
342
343   // Scan through and identify all call sites ahead of time so that we only
344   // inline call sites in the original functions, not call sites that result
345   // from inlining other functions.
346   SmallVector<std::pair<CallSite, int>, 16> CallSites;
347   
348   // When inlining a callee produces new call sites, we want to keep track of
349   // the fact that they were inlined from the callee.  This allows us to avoid
350   // infinite inlining in some obscure cases.  To represent this, we use an
351   // index into the InlineHistory vector.
352   SmallVector<std::pair<Function*, int>, 8> InlineHistory;
353
354   for (CallGraphSCC::iterator I = SCC.begin(), E = SCC.end(); I != E; ++I) {
355     Function *F = (*I)->getFunction();
356     if (!F) continue;
357     
358     for (Function::iterator BB = F->begin(), E = F->end(); BB != E; ++BB)
359       for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(), E = BB->end(); I != E; ++I) {
360         CallSite CS(cast<Value>(I));
361         // If this isn't a call, or it is a call to an intrinsic, it can
362         // never be inlined.
363         if (!CS || isa<IntrinsicInst>(I))
364           continue;
365         
366         // If this is a direct call to an external function, we can never inline
367         // it.  If it is an indirect call, inlining may resolve it to be a
368         // direct call, so we keep it.
369         if (CS.getCalledFunction() && CS.getCalledFunction()->isDeclaration())
370           continue;
371         
372         CallSites.push_back(std::make_pair(CS, -1));
373       }
374   }
375
376   DEBUG(dbgs() << ": " << CallSites.size() << " call sites.\n");
377
378   // If there are no calls in this function, exit early.
379   if (CallSites.empty())
380     return false;
381   
382   // Now that we have all of the call sites, move the ones to functions in the
383   // current SCC to the end of the list.
384   unsigned FirstCallInSCC = CallSites.size();
385   for (unsigned i = 0; i < FirstCallInSCC; ++i)
386     if (Function *F = CallSites[i].first.getCalledFunction())
387       if (SCCFunctions.count(F))
388         std::swap(CallSites[i--], CallSites[--FirstCallInSCC]);
389
390   
391   InlinedArrayAllocasTy InlinedArrayAllocas;
392   InlineFunctionInfo InlineInfo(&CG, TD);
393   
394   // Now that we have all of the call sites, loop over them and inline them if
395   // it looks profitable to do so.
396   bool Changed = false;
397   bool LocalChange;
398   do {
399     LocalChange = false;
400     // Iterate over the outer loop because inlining functions can cause indirect
401     // calls to become direct calls.
402     for (unsigned CSi = 0; CSi != CallSites.size(); ++CSi) {
403       CallSite CS = CallSites[CSi].first;
404       
405       Function *Caller = CS.getCaller();
406       Function *Callee = CS.getCalledFunction();
407
408       // If this call site is dead and it is to a readonly function, we should
409       // just delete the call instead of trying to inline it, regardless of
410       // size.  This happens because IPSCCP propagates the result out of the
411       // call and then we're left with the dead call.
412       if (isInstructionTriviallyDead(CS.getInstruction())) {
413         DEBUG(dbgs() << "    -> Deleting dead call: "
414                      << *CS.getInstruction() << "\n");
415         // Update the call graph by deleting the edge from Callee to Caller.
416         CG[Caller]->removeCallEdgeFor(CS);
417         CS.getInstruction()->eraseFromParent();
418         ++NumCallsDeleted;
419         // Update the cached cost info with the missing call
420         growCachedCostInfo(Caller, NULL);
421       } else {
422         // We can only inline direct calls to non-declarations.
423         if (Callee == 0 || Callee->isDeclaration()) continue;
424       
425         // If this call site was obtained by inlining another function, verify
426         // that the include path for the function did not include the callee
427         // itself.  If so, we'd be recursively inlining the same function,
428         // which would provide the same callsites, which would cause us to
429         // infinitely inline.
430         int InlineHistoryID = CallSites[CSi].second;
431         if (InlineHistoryID != -1 &&
432             InlineHistoryIncludes(Callee, InlineHistoryID, InlineHistory))
433           continue;
434         
435         
436         // If the policy determines that we should inline this function,
437         // try to do so.
438         if (!shouldInline(CS))
439           continue;
440
441         // Attempt to inline the function.
442         if (!InlineCallIfPossible(CS, InlineInfo, InlinedArrayAllocas,
443                                   InlineHistoryID, InsertLifetime))
444           continue;
445         ++NumInlined;
446         
447         // If inlining this function gave us any new call sites, throw them
448         // onto our worklist to process.  They are useful inline candidates.
449         if (!InlineInfo.InlinedCalls.empty()) {
450           // Create a new inline history entry for this, so that we remember
451           // that these new callsites came about due to inlining Callee.
452           int NewHistoryID = InlineHistory.size();
453           InlineHistory.push_back(std::make_pair(Callee, InlineHistoryID));
454
455           for (unsigned i = 0, e = InlineInfo.InlinedCalls.size();
456                i != e; ++i) {
457             Value *Ptr = InlineInfo.InlinedCalls[i];
458             CallSites.push_back(std::make_pair(CallSite(Ptr), NewHistoryID));
459           }
460         }
461         
462         // Update the cached cost info with the inlined call.
463         growCachedCostInfo(Caller, Callee);
464       }
465       
466       // If we inlined or deleted the last possible call site to the function,
467       // delete the function body now.
468       if (Callee && Callee->use_empty() && Callee->hasLocalLinkage() &&
469           // TODO: Can remove if in SCC now.
470           !SCCFunctions.count(Callee) &&
471           
472           // The function may be apparently dead, but if there are indirect
473           // callgraph references to the node, we cannot delete it yet, this
474           // could invalidate the CGSCC iterator.
475           CG[Callee]->getNumReferences() == 0) {
476         DEBUG(dbgs() << "    -> Deleting dead function: "
477               << Callee->getName() << "\n");
478         CallGraphNode *CalleeNode = CG[Callee];
479         
480         // Remove any call graph edges from the callee to its callees.
481         CalleeNode->removeAllCalledFunctions();
482         
483         resetCachedCostInfo(Callee);
484         
485         // Removing the node for callee from the call graph and delete it.
486         delete CG.removeFunctionFromModule(CalleeNode);
487         ++NumDeleted;
488       }
489
490       // Remove this call site from the list.  If possible, use 
491       // swap/pop_back for efficiency, but do not use it if doing so would
492       // move a call site to a function in this SCC before the
493       // 'FirstCallInSCC' barrier.
494       if (SCC.isSingular()) {
495         CallSites[CSi] = CallSites.back();
496         CallSites.pop_back();
497       } else {
498         CallSites.erase(CallSites.begin()+CSi);
499       }
500       --CSi;
501
502       Changed = true;
503       LocalChange = true;
504     }
505   } while (LocalChange);
506
507   return Changed;
508 }
509
510 // doFinalization - Remove now-dead linkonce functions at the end of
511 // processing to avoid breaking the SCC traversal.
512 bool Inliner::doFinalization(CallGraph &CG) {
513   return removeDeadFunctions(CG);
514 }
515
516 /// removeDeadFunctions - Remove dead functions that are not included in
517 /// DNR (Do Not Remove) list.
518 bool Inliner::removeDeadFunctions(CallGraph &CG, 
519                                   SmallPtrSet<const Function *, 16> *DNR) {
520   SmallPtrSet<CallGraphNode*, 16> FunctionsToRemove;
521
522   // Scan for all of the functions, looking for ones that should now be removed
523   // from the program.  Insert the dead ones in the FunctionsToRemove set.
524   for (CallGraph::iterator I = CG.begin(), E = CG.end(); I != E; ++I) {
525     CallGraphNode *CGN = I->second;
526     if (CGN->getFunction() == 0)
527       continue;
528     
529     Function *F = CGN->getFunction();
530     
531     // If the only remaining users of the function are dead constants, remove
532     // them.
533     F->removeDeadConstantUsers();
534
535     if (DNR && DNR->count(F))
536       continue;
537     if (!F->isDefTriviallyDead())
538       continue;
539     
540     // Remove any call graph edges from the function to its callees.
541     CGN->removeAllCalledFunctions();
542
543     // Remove any edges from the external node to the function's call graph
544     // node.  These edges might have been made irrelegant due to
545     // optimization of the program.
546     CG.getExternalCallingNode()->removeAnyCallEdgeTo(CGN);
547
548     // Removing the node for callee from the call graph and delete it.
549     FunctionsToRemove.insert(CGN);
550   }
551
552   // Now that we know which functions to delete, do so.  We didn't want to do
553   // this inline, because that would invalidate our CallGraph::iterator
554   // objects. :(
555   //
556   // Note that it doesn't matter that we are iterating over a non-stable set
557   // here to do this, it doesn't matter which order the functions are deleted
558   // in.
559   bool Changed = false;
560   for (SmallPtrSet<CallGraphNode*, 16>::iterator I = FunctionsToRemove.begin(),
561        E = FunctionsToRemove.end(); I != E; ++I) {
562     resetCachedCostInfo((*I)->getFunction());
563     delete CG.removeFunctionFromModule(*I);
564     ++NumDeleted;
565     Changed = true;
566   }
567
568   return Changed;
569 }