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