5cf6c5ae8326d7d588ac705af97244275c56786d
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / IPO / MergeFunctions.cpp
1 //===- MergeFunctions.cpp - Merge identical functions ---------------------===//
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 looks for equivalent functions that are mergable and folds them.
11 //
12 // A hash is computed from the function, based on its type and number of
13 // basic blocks.
14 //
15 // Once all hashes are computed, we perform an expensive equality comparison
16 // on each function pair. This takes n^2/2 comparisons per bucket, so it's
17 // important that the hash function be high quality. The equality comparison
18 // iterates through each instruction in each basic block.
19 //
20 // When a match is found the functions are folded. If both functions are
21 // overridable, we move the functionality into a new internal function and
22 // leave two overridable thunks to it.
23 //
24 //===----------------------------------------------------------------------===//
25 //
26 // Future work:
27 //
28 // * virtual functions.
29 //
30 // Many functions have their address taken by the virtual function table for
31 // the object they belong to. However, as long as it's only used for a lookup
32 // and call, this is irrelevant, and we'd like to fold such functions.
33 //
34 // * switch from n^2 pair-wise comparisons to an n-way comparison for each
35 // bucket.
36 //
37 // * be smarter about bitcasts.
38 //
39 // In order to fold functions, we will sometimes add either bitcast instructions
40 // or bitcast constant expressions. Unfortunately, this can confound further
41 // analysis since the two functions differ where one has a bitcast and the
42 // other doesn't. We should learn to look through bitcasts.
43 //
44 //===----------------------------------------------------------------------===//
45
46 #include "llvm/Transforms/IPO.h"
47 #include "llvm/ADT/DenseSet.h"
48 #include "llvm/ADT/FoldingSet.h"
49 #include "llvm/ADT/STLExtras.h"
50 #include "llvm/ADT/SmallSet.h"
51 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
52 #include "llvm/IR/CallSite.h"
53 #include "llvm/IR/Constants.h"
54 #include "llvm/IR/DataLayout.h"
55 #include "llvm/IR/IRBuilder.h"
56 #include "llvm/IR/InlineAsm.h"
57 #include "llvm/IR/Instructions.h"
58 #include "llvm/IR/LLVMContext.h"
59 #include "llvm/IR/Module.h"
60 #include "llvm/IR/Operator.h"
61 #include "llvm/IR/ValueHandle.h"
62 #include "llvm/Pass.h"
63 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
64 #include "llvm/Support/Debug.h"
65 #include "llvm/Support/ErrorHandling.h"
66 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
67 #include <vector>
68 using namespace llvm;
69
70 #define DEBUG_TYPE "mergefunc"
71
72 STATISTIC(NumFunctionsMerged, "Number of functions merged");
73 STATISTIC(NumThunksWritten, "Number of thunks generated");
74 STATISTIC(NumAliasesWritten, "Number of aliases generated");
75 STATISTIC(NumDoubleWeak, "Number of new functions created");
76
77 static cl::opt<unsigned> NumFunctionsForSanityCheck(
78     "mergefunc-sanity",
79     cl::desc("How many functions in module could be used for "
80              "MergeFunctions pass sanity check. "
81              "'0' disables this check. Works only with '-debug' key."),
82     cl::init(0), cl::Hidden);
83
84 /// Returns the type id for a type to be hashed. We turn pointer types into
85 /// integers here because the actual compare logic below considers pointers and
86 /// integers of the same size as equal.
87 static Type::TypeID getTypeIDForHash(Type *Ty) {
88   if (Ty->isPointerTy())
89     return Type::IntegerTyID;
90   return Ty->getTypeID();
91 }
92
93 /// Creates a hash-code for the function which is the same for any two
94 /// functions that will compare equal, without looking at the instructions
95 /// inside the function.
96 static unsigned profileFunction(const Function *F) {
97   FunctionType *FTy = F->getFunctionType();
98
99   FoldingSetNodeID ID;
100   ID.AddInteger(F->size());
101   ID.AddInteger(F->getCallingConv());
102   ID.AddBoolean(F->hasGC());
103   ID.AddBoolean(FTy->isVarArg());
104   ID.AddInteger(getTypeIDForHash(FTy->getReturnType()));
105   for (unsigned i = 0, e = FTy->getNumParams(); i != e; ++i)
106     ID.AddInteger(getTypeIDForHash(FTy->getParamType(i)));
107   return ID.ComputeHash();
108 }
109
110 namespace {
111
112 /// ComparableFunction - A struct that pairs together functions with a
113 /// DataLayout so that we can keep them together as elements in the DenseSet.
114 class ComparableFunction {
115 public:
116   static const ComparableFunction EmptyKey;
117   static const ComparableFunction TombstoneKey;
118   static DataLayout * const LookupOnly;
119
120   ComparableFunction(Function *Func, const DataLayout *DL)
121     : Func(Func), Hash(profileFunction(Func)), DL(DL) {}
122
123   Function *getFunc() const { return Func; }
124   unsigned getHash() const { return Hash; }
125   const DataLayout *getDataLayout() const { return DL; }
126
127   // Drops AssertingVH reference to the function. Outside of debug mode, this
128   // does nothing.
129   void release() {
130     assert(Func &&
131            "Attempted to release function twice, or release empty/tombstone!");
132     Func = nullptr;
133   }
134
135 private:
136   explicit ComparableFunction(unsigned Hash)
137     : Func(nullptr), Hash(Hash), DL(nullptr) {}
138
139   AssertingVH<Function> Func;
140   unsigned Hash;
141   const DataLayout *DL;
142 };
143
144 const ComparableFunction ComparableFunction::EmptyKey = ComparableFunction(0);
145 const ComparableFunction ComparableFunction::TombstoneKey =
146     ComparableFunction(1);
147 DataLayout *const ComparableFunction::LookupOnly = (DataLayout*)(-1);
148
149 }
150
151 namespace llvm {
152   template <>
153   struct DenseMapInfo<ComparableFunction> {
154     static ComparableFunction getEmptyKey() {
155       return ComparableFunction::EmptyKey;
156     }
157     static ComparableFunction getTombstoneKey() {
158       return ComparableFunction::TombstoneKey;
159     }
160     static unsigned getHashValue(const ComparableFunction &CF) {
161       return CF.getHash();
162     }
163     static bool isEqual(const ComparableFunction &LHS,
164                         const ComparableFunction &RHS);
165   };
166 }
167
168 namespace {
169
170 /// FunctionComparator - Compares two functions to determine whether or not
171 /// they will generate machine code with the same behaviour. DataLayout is
172 /// used if available. The comparator always fails conservatively (erring on the
173 /// side of claiming that two functions are different).
174 class FunctionComparator {
175 public:
176   FunctionComparator(const DataLayout *DL, const Function *F1,
177                      const Function *F2)
178       : FnL(F1), FnR(F2), DL(DL) {}
179
180   /// Test whether the two functions have equivalent behaviour.
181   int compare();
182
183 private:
184   /// Test whether two basic blocks have equivalent behaviour.
185   int compare(const BasicBlock *BBL, const BasicBlock *BBR);
186
187   /// Constants comparison.
188   /// Its analog to lexicographical comparison between hypothetical numbers
189   /// of next format:
190   /// <bitcastability-trait><raw-bit-contents>
191   ///
192   /// 1. Bitcastability.
193   /// Check whether L's type could be losslessly bitcasted to R's type.
194   /// On this stage method, in case when lossless bitcast is not possible
195   /// method returns -1 or 1, thus also defining which type is greater in
196   /// context of bitcastability.
197   /// Stage 0: If types are equal in terms of cmpTypes, then we can go straight
198   ///          to the contents comparison.
199   ///          If types differ, remember types comparison result and check
200   ///          whether we still can bitcast types.
201   /// Stage 1: Types that satisfies isFirstClassType conditions are always
202   ///          greater then others.
203   /// Stage 2: Vector is greater then non-vector.
204   ///          If both types are vectors, then vector with greater bitwidth is
205   ///          greater.
206   ///          If both types are vectors with the same bitwidth, then types
207   ///          are bitcastable, and we can skip other stages, and go to contents
208   ///          comparison.
209   /// Stage 3: Pointer types are greater than non-pointers. If both types are
210   ///          pointers of the same address space - go to contents comparison.
211   ///          Different address spaces: pointer with greater address space is
212   ///          greater.
213   /// Stage 4: Types are neither vectors, nor pointers. And they differ.
214   ///          We don't know how to bitcast them. So, we better don't do it,
215   ///          and return types comparison result (so it determines the
216   ///          relationship among constants we don't know how to bitcast).
217   ///
218   /// Just for clearance, let's see how the set of constants could look
219   /// on single dimension axis:
220   ///
221   /// [NFCT], [FCT, "others"], [FCT, pointers], [FCT, vectors]
222   /// Where: NFCT - Not a FirstClassType
223   ///        FCT - FirstClassTyp:
224   ///
225   /// 2. Compare raw contents.
226   /// It ignores types on this stage and only compares bits from L and R.
227   /// Returns 0, if L and R has equivalent contents.
228   /// -1 or 1 if values are different.
229   /// Pretty trivial:
230   /// 2.1. If contents are numbers, compare numbers.
231   ///    Ints with greater bitwidth are greater. Ints with same bitwidths
232   ///    compared by their contents.
233   /// 2.2. "And so on". Just to avoid discrepancies with comments
234   /// perhaps it would be better to read the implementation itself.
235   /// 3. And again about overall picture. Let's look back at how the ordered set
236   /// of constants will look like:
237   /// [NFCT], [FCT, "others"], [FCT, pointers], [FCT, vectors]
238   ///
239   /// Now look, what could be inside [FCT, "others"], for example:
240   /// [FCT, "others"] =
241   /// [
242   ///   [double 0.1], [double 1.23],
243   ///   [i32 1], [i32 2],
244   ///   { double 1.0 },       ; StructTyID, NumElements = 1
245   ///   { i32 1 },            ; StructTyID, NumElements = 1
246   ///   { double 1, i32 1 },  ; StructTyID, NumElements = 2
247   ///   { i32 1, double 1 }   ; StructTyID, NumElements = 2
248   /// ]
249   ///
250   /// Let's explain the order. Float numbers will be less than integers, just
251   /// because of cmpType terms: FloatTyID < IntegerTyID.
252   /// Floats (with same fltSemantics) are sorted according to their value.
253   /// Then you can see integers, and they are, like a floats,
254   /// could be easy sorted among each others.
255   /// The structures. Structures are grouped at the tail, again because of their
256   /// TypeID: StructTyID > IntegerTyID > FloatTyID.
257   /// Structures with greater number of elements are greater. Structures with
258   /// greater elements going first are greater.
259   /// The same logic with vectors, arrays and other possible complex types.
260   ///
261   /// Bitcastable constants.
262   /// Let's assume, that some constant, belongs to some group of
263   /// "so-called-equal" values with different types, and at the same time
264   /// belongs to another group of constants with equal types
265   /// and "really" equal values.
266   ///
267   /// Now, prove that this is impossible:
268   ///
269   /// If constant A with type TyA is bitcastable to B with type TyB, then:
270   /// 1. All constants with equal types to TyA, are bitcastable to B. Since
271   ///    those should be vectors (if TyA is vector), pointers
272   ///    (if TyA is pointer), or else (if TyA equal to TyB), those types should
273   ///    be equal to TyB.
274   /// 2. All constants with non-equal, but bitcastable types to TyA, are
275   ///    bitcastable to B.
276   ///    Once again, just because we allow it to vectors and pointers only.
277   ///    This statement could be expanded as below:
278   /// 2.1. All vectors with equal bitwidth to vector A, has equal bitwidth to
279   ///      vector B, and thus bitcastable to B as well.
280   /// 2.2. All pointers of the same address space, no matter what they point to,
281   ///      bitcastable. So if C is pointer, it could be bitcasted to A and to B.
282   /// So any constant equal or bitcastable to A is equal or bitcastable to B.
283   /// QED.
284   ///
285   /// In another words, for pointers and vectors, we ignore top-level type and
286   /// look at their particular properties (bit-width for vectors, and
287   /// address space for pointers).
288   /// If these properties are equal - compare their contents.
289   int cmpConstants(const Constant *L, const Constant *R);
290
291   /// Assign or look up previously assigned numbers for the two values, and
292   /// return whether the numbers are equal. Numbers are assigned in the order
293   /// visited.
294   /// Comparison order:
295   /// Stage 0: Value that is function itself is always greater then others.
296   ///          If left and right values are references to their functions, then
297   ///          they are equal.
298   /// Stage 1: Constants are greater than non-constants.
299   ///          If both left and right are constants, then the result of
300   ///          cmpConstants is used as cmpValues result.
301   /// Stage 2: InlineAsm instances are greater than others. If both left and
302   ///          right are InlineAsm instances, InlineAsm* pointers casted to
303   ///          integers and compared as numbers.
304   /// Stage 3: For all other cases we compare order we meet these values in
305   ///          their functions. If right value was met first during scanning,
306   ///          then left value is greater.
307   ///          In another words, we compare serial numbers, for more details
308   ///          see comments for sn_mapL and sn_mapR.
309   int cmpValues(const Value *L, const Value *R);
310
311   /// Compare two Instructions for equivalence, similar to
312   /// Instruction::isSameOperationAs but with modifications to the type
313   /// comparison.
314   /// Stages are listed in "most significant stage first" order:
315   /// On each stage below, we do comparison between some left and right
316   /// operation parts. If parts are non-equal, we assign parts comparison
317   /// result to the operation comparison result and exit from method.
318   /// Otherwise we proceed to the next stage.
319   /// Stages:
320   /// 1. Operations opcodes. Compared as numbers.
321   /// 2. Number of operands.
322   /// 3. Operation types. Compared with cmpType method.
323   /// 4. Compare operation subclass optional data as stream of bytes:
324   /// just convert it to integers and call cmpNumbers.
325   /// 5. Compare in operation operand types with cmpType in
326   /// most significant operand first order.
327   /// 6. Last stage. Check operations for some specific attributes.
328   /// For example, for Load it would be:
329   /// 6.1.Load: volatile (as boolean flag)
330   /// 6.2.Load: alignment (as integer numbers)
331   /// 6.3.Load: synch-scope (as integer numbers)
332   /// 6.4.Load: range metadata (as integer numbers)
333   /// On this stage its better to see the code, since its not more than 10-15
334   /// strings for particular instruction, and could change sometimes.
335   int cmpOperation(const Instruction *L, const Instruction *R) const;
336
337   /// Compare two GEPs for equivalent pointer arithmetic.
338   /// Parts to be compared for each comparison stage,
339   /// most significant stage first:
340   /// 1. Address space. As numbers.
341   /// 2. Constant offset, (if "DataLayout *DL" field is not NULL,
342   /// using GEPOperator::accumulateConstantOffset method).
343   /// 3. Pointer operand type (using cmpType method).
344   /// 4. Number of operands.
345   /// 5. Compare operands, using cmpValues method.
346   int cmpGEP(const GEPOperator *GEPL, const GEPOperator *GEPR);
347   int cmpGEP(const GetElementPtrInst *GEPL, const GetElementPtrInst *GEPR) {
348     return cmpGEP(cast<GEPOperator>(GEPL), cast<GEPOperator>(GEPR));
349   }
350
351   /// cmpType - compares two types,
352   /// defines total ordering among the types set.
353   ///
354   /// Return values:
355   /// 0 if types are equal,
356   /// -1 if Left is less than Right,
357   /// +1 if Left is greater than Right.
358   ///
359   /// Description:
360   /// Comparison is broken onto stages. Like in lexicographical comparison
361   /// stage coming first has higher priority.
362   /// On each explanation stage keep in mind total ordering properties.
363   ///
364   /// 0. Before comparison we coerce pointer types of 0 address space to
365   /// integer.
366   /// We also don't bother with same type at left and right, so
367   /// just return 0 in this case.
368   ///
369   /// 1. If types are of different kind (different type IDs).
370   ///    Return result of type IDs comparison, treating them as numbers.
371   /// 2. If types are vectors or integers, compare Type* values as numbers.
372   /// 3. Types has same ID, so check whether they belongs to the next group:
373   /// * Void
374   /// * Float
375   /// * Double
376   /// * X86_FP80
377   /// * FP128
378   /// * PPC_FP128
379   /// * Label
380   /// * Metadata
381   /// If so - return 0, yes - we can treat these types as equal only because
382   /// their IDs are same.
383   /// 4. If Left and Right are pointers, return result of address space
384   /// comparison (numbers comparison). We can treat pointer types of same
385   /// address space as equal.
386   /// 5. If types are complex.
387   /// Then both Left and Right are to be expanded and their element types will
388   /// be checked with the same way. If we get Res != 0 on some stage, return it.
389   /// Otherwise return 0.
390   /// 6. For all other cases put llvm_unreachable.
391   int cmpType(Type *TyL, Type *TyR) const;
392
393   int cmpNumbers(uint64_t L, uint64_t R) const;
394
395   int cmpAPInt(const APInt &L, const APInt &R) const;
396   int cmpAPFloat(const APFloat &L, const APFloat &R) const;
397   int cmpStrings(StringRef L, StringRef R) const;
398   int cmpAttrs(const AttributeSet L, const AttributeSet R) const;
399
400   // The two functions undergoing comparison.
401   const Function *FnL, *FnR;
402
403   const DataLayout *DL;
404
405   /// Assign serial numbers to values from left function, and values from
406   /// right function.
407   /// Explanation:
408   /// Being comparing functions we need to compare values we meet at left and
409   /// right sides.
410   /// Its easy to sort things out for external values. It just should be
411   /// the same value at left and right.
412   /// But for local values (those were introduced inside function body)
413   /// we have to ensure they were introduced at exactly the same place,
414   /// and plays the same role.
415   /// Let's assign serial number to each value when we meet it first time.
416   /// Values that were met at same place will be with same serial numbers.
417   /// In this case it would be good to explain few points about values assigned
418   /// to BBs and other ways of implementation (see below).
419   ///
420   /// 1. Safety of BB reordering.
421   /// It's safe to change the order of BasicBlocks in function.
422   /// Relationship with other functions and serial numbering will not be
423   /// changed in this case.
424   /// As follows from FunctionComparator::compare(), we do CFG walk: we start
425   /// from the entry, and then take each terminator. So it doesn't matter how in
426   /// fact BBs are ordered in function. And since cmpValues are called during
427   /// this walk, the numbering depends only on how BBs located inside the CFG.
428   /// So the answer is - yes. We will get the same numbering.
429   ///
430   /// 2. Impossibility to use dominance properties of values.
431   /// If we compare two instruction operands: first is usage of local
432   /// variable AL from function FL, and second is usage of local variable AR
433   /// from FR, we could compare their origins and check whether they are
434   /// defined at the same place.
435   /// But, we are still not able to compare operands of PHI nodes, since those
436   /// could be operands from further BBs we didn't scan yet.
437   /// So it's impossible to use dominance properties in general.
438   DenseMap<const Value*, int> sn_mapL, sn_mapR;
439 };
440
441 class FunctionPtr {
442   AssertingVH<Function> F;
443   const DataLayout *DL;
444
445 public:
446   FunctionPtr(Function *F, const DataLayout *DL) : F(F), DL(DL) {}
447   Function *getFunc() const { return F; }
448   void release() { F = 0; }
449   bool operator<(const FunctionPtr &RHS) const {
450     return (FunctionComparator(DL, F, RHS.getFunc()).compare()) == -1;
451   }
452 };
453 }
454
455 int FunctionComparator::cmpNumbers(uint64_t L, uint64_t R) const {
456   if (L < R) return -1;
457   if (L > R) return 1;
458   return 0;
459 }
460
461 int FunctionComparator::cmpAPInt(const APInt &L, const APInt &R) const {
462   if (int Res = cmpNumbers(L.getBitWidth(), R.getBitWidth()))
463     return Res;
464   if (L.ugt(R)) return 1;
465   if (R.ugt(L)) return -1;
466   return 0;
467 }
468
469 int FunctionComparator::cmpAPFloat(const APFloat &L, const APFloat &R) const {
470   if (int Res = cmpNumbers((uint64_t)&L.getSemantics(),
471                            (uint64_t)&R.getSemantics()))
472     return Res;
473   return cmpAPInt(L.bitcastToAPInt(), R.bitcastToAPInt());
474 }
475
476 int FunctionComparator::cmpStrings(StringRef L, StringRef R) const {
477   // Prevent heavy comparison, compare sizes first.
478   if (int Res = cmpNumbers(L.size(), R.size()))
479     return Res;
480
481   // Compare strings lexicographically only when it is necessary: only when
482   // strings are equal in size.
483   return L.compare(R);
484 }
485
486 int FunctionComparator::cmpAttrs(const AttributeSet L,
487                                  const AttributeSet R) const {
488   if (int Res = cmpNumbers(L.getNumSlots(), R.getNumSlots()))
489     return Res;
490
491   for (unsigned i = 0, e = L.getNumSlots(); i != e; ++i) {
492     AttributeSet::iterator LI = L.begin(i), LE = L.end(i), RI = R.begin(i),
493                            RE = R.end(i);
494     for (; LI != LE && RI != RE; ++LI, ++RI) {
495       Attribute LA = *LI;
496       Attribute RA = *RI;
497       if (LA < RA)
498         return -1;
499       if (RA < LA)
500         return 1;
501     }
502     if (LI != LE)
503       return 1;
504     if (RI != RE)
505       return -1;
506   }
507   return 0;
508 }
509
510 /// Constants comparison:
511 /// 1. Check whether type of L constant could be losslessly bitcasted to R
512 /// type.
513 /// 2. Compare constant contents.
514 /// For more details see declaration comments.
515 int FunctionComparator::cmpConstants(const Constant *L, const Constant *R) {
516
517   Type *TyL = L->getType();
518   Type *TyR = R->getType();
519
520   // Check whether types are bitcastable. This part is just re-factored
521   // Type::canLosslesslyBitCastTo method, but instead of returning true/false,
522   // we also pack into result which type is "less" for us.
523   int TypesRes = cmpType(TyL, TyR);
524   if (TypesRes != 0) {
525     // Types are different, but check whether we can bitcast them.
526     if (!TyL->isFirstClassType()) {
527       if (TyR->isFirstClassType())
528         return -1;
529       // Neither TyL nor TyR are values of first class type. Return the result
530       // of comparing the types
531       return TypesRes;
532     }
533     if (!TyR->isFirstClassType()) {
534       if (TyL->isFirstClassType())
535         return 1;
536       return TypesRes;
537     }
538
539     // Vector -> Vector conversions are always lossless if the two vector types
540     // have the same size, otherwise not.
541     unsigned TyLWidth = 0;
542     unsigned TyRWidth = 0;
543
544     if (const VectorType *VecTyL = dyn_cast<VectorType>(TyL))
545       TyLWidth = VecTyL->getBitWidth();
546     if (const VectorType *VecTyR = dyn_cast<VectorType>(TyR))
547       TyRWidth = VecTyR->getBitWidth();
548
549     if (TyLWidth != TyRWidth)
550       return cmpNumbers(TyLWidth, TyRWidth);
551
552     // Zero bit-width means neither TyL nor TyR are vectors.
553     if (!TyLWidth) {
554       PointerType *PTyL = dyn_cast<PointerType>(TyL);
555       PointerType *PTyR = dyn_cast<PointerType>(TyR);
556       if (PTyL && PTyR) {
557         unsigned AddrSpaceL = PTyL->getAddressSpace();
558         unsigned AddrSpaceR = PTyR->getAddressSpace();
559         if (int Res = cmpNumbers(AddrSpaceL, AddrSpaceR))
560           return Res;
561       }
562       if (PTyL)
563         return 1;
564       if (PTyR)
565         return -1;
566
567       // TyL and TyR aren't vectors, nor pointers. We don't know how to
568       // bitcast them.
569       return TypesRes;
570     }
571   }
572
573   // OK, types are bitcastable, now check constant contents.
574
575   if (L->isNullValue() && R->isNullValue())
576     return TypesRes;
577   if (L->isNullValue() && !R->isNullValue())
578     return 1;
579   if (!L->isNullValue() && R->isNullValue())
580     return -1;
581
582   if (int Res = cmpNumbers(L->getValueID(), R->getValueID()))
583     return Res;
584
585   switch (L->getValueID()) {
586   case Value::UndefValueVal: return TypesRes;
587   case Value::ConstantIntVal: {
588     const APInt &LInt = cast<ConstantInt>(L)->getValue();
589     const APInt &RInt = cast<ConstantInt>(R)->getValue();
590     return cmpAPInt(LInt, RInt);
591   }
592   case Value::ConstantFPVal: {
593     const APFloat &LAPF = cast<ConstantFP>(L)->getValueAPF();
594     const APFloat &RAPF = cast<ConstantFP>(R)->getValueAPF();
595     return cmpAPFloat(LAPF, RAPF);
596   }
597   case Value::ConstantArrayVal: {
598     const ConstantArray *LA = cast<ConstantArray>(L);
599     const ConstantArray *RA = cast<ConstantArray>(R);
600     uint64_t NumElementsL = cast<ArrayType>(TyL)->getNumElements();
601     uint64_t NumElementsR = cast<ArrayType>(TyR)->getNumElements();
602     if (int Res = cmpNumbers(NumElementsL, NumElementsR))
603       return Res;
604     for (uint64_t i = 0; i < NumElementsL; ++i) {
605       if (int Res = cmpConstants(cast<Constant>(LA->getOperand(i)),
606                                  cast<Constant>(RA->getOperand(i))))
607         return Res;
608     }
609     return 0;
610   }
611   case Value::ConstantStructVal: {
612     const ConstantStruct *LS = cast<ConstantStruct>(L);
613     const ConstantStruct *RS = cast<ConstantStruct>(R);
614     unsigned NumElementsL = cast<StructType>(TyL)->getNumElements();
615     unsigned NumElementsR = cast<StructType>(TyR)->getNumElements();
616     if (int Res = cmpNumbers(NumElementsL, NumElementsR))
617       return Res;
618     for (unsigned i = 0; i != NumElementsL; ++i) {
619       if (int Res = cmpConstants(cast<Constant>(LS->getOperand(i)),
620                                  cast<Constant>(RS->getOperand(i))))
621         return Res;
622     }
623     return 0;
624   }
625   case Value::ConstantVectorVal: {
626     const ConstantVector *LV = cast<ConstantVector>(L);
627     const ConstantVector *RV = cast<ConstantVector>(R);
628     unsigned NumElementsL = cast<VectorType>(TyL)->getNumElements();
629     unsigned NumElementsR = cast<VectorType>(TyR)->getNumElements();
630     if (int Res = cmpNumbers(NumElementsL, NumElementsR))
631       return Res;
632     for (uint64_t i = 0; i < NumElementsL; ++i) {
633       if (int Res = cmpConstants(cast<Constant>(LV->getOperand(i)),
634                                  cast<Constant>(RV->getOperand(i))))
635         return Res;
636     }
637     return 0;
638   }
639   case Value::ConstantExprVal: {
640     const ConstantExpr *LE = cast<ConstantExpr>(L);
641     const ConstantExpr *RE = cast<ConstantExpr>(R);
642     unsigned NumOperandsL = LE->getNumOperands();
643     unsigned NumOperandsR = RE->getNumOperands();
644     if (int Res = cmpNumbers(NumOperandsL, NumOperandsR))
645       return Res;
646     for (unsigned i = 0; i < NumOperandsL; ++i) {
647       if (int Res = cmpConstants(cast<Constant>(LE->getOperand(i)),
648                                  cast<Constant>(RE->getOperand(i))))
649         return Res;
650     }
651     return 0;
652   }
653   case Value::FunctionVal:
654   case Value::GlobalVariableVal:
655   case Value::GlobalAliasVal:
656   default: // Unknown constant, cast L and R pointers to numbers and compare.
657     return cmpNumbers((uint64_t)L, (uint64_t)R);
658   }
659 }
660
661 /// cmpType - compares two types,
662 /// defines total ordering among the types set.
663 /// See method declaration comments for more details.
664 int FunctionComparator::cmpType(Type *TyL, Type *TyR) const {
665
666   PointerType *PTyL = dyn_cast<PointerType>(TyL);
667   PointerType *PTyR = dyn_cast<PointerType>(TyR);
668
669   if (DL) {
670     if (PTyL && PTyL->getAddressSpace() == 0) TyL = DL->getIntPtrType(TyL);
671     if (PTyR && PTyR->getAddressSpace() == 0) TyR = DL->getIntPtrType(TyR);
672   }
673
674   if (TyL == TyR)
675     return 0;
676
677   if (int Res = cmpNumbers(TyL->getTypeID(), TyR->getTypeID()))
678     return Res;
679
680   switch (TyL->getTypeID()) {
681   default:
682     llvm_unreachable("Unknown type!");
683     // Fall through in Release mode.
684   case Type::IntegerTyID:
685   case Type::VectorTyID:
686     // TyL == TyR would have returned true earlier.
687     return cmpNumbers((uint64_t)TyL, (uint64_t)TyR);
688
689   case Type::VoidTyID:
690   case Type::FloatTyID:
691   case Type::DoubleTyID:
692   case Type::X86_FP80TyID:
693   case Type::FP128TyID:
694   case Type::PPC_FP128TyID:
695   case Type::LabelTyID:
696   case Type::MetadataTyID:
697     return 0;
698
699   case Type::PointerTyID: {
700     assert(PTyL && PTyR && "Both types must be pointers here.");
701     return cmpNumbers(PTyL->getAddressSpace(), PTyR->getAddressSpace());
702   }
703
704   case Type::StructTyID: {
705     StructType *STyL = cast<StructType>(TyL);
706     StructType *STyR = cast<StructType>(TyR);
707     if (STyL->getNumElements() != STyR->getNumElements())
708       return cmpNumbers(STyL->getNumElements(), STyR->getNumElements());
709
710     if (STyL->isPacked() != STyR->isPacked())
711       return cmpNumbers(STyL->isPacked(), STyR->isPacked());
712
713     for (unsigned i = 0, e = STyL->getNumElements(); i != e; ++i) {
714       if (int Res = cmpType(STyL->getElementType(i),
715                             STyR->getElementType(i)))
716         return Res;
717     }
718     return 0;
719   }
720
721   case Type::FunctionTyID: {
722     FunctionType *FTyL = cast<FunctionType>(TyL);
723     FunctionType *FTyR = cast<FunctionType>(TyR);
724     if (FTyL->getNumParams() != FTyR->getNumParams())
725       return cmpNumbers(FTyL->getNumParams(), FTyR->getNumParams());
726
727     if (FTyL->isVarArg() != FTyR->isVarArg())
728       return cmpNumbers(FTyL->isVarArg(), FTyR->isVarArg());
729
730     if (int Res = cmpType(FTyL->getReturnType(), FTyR->getReturnType()))
731       return Res;
732
733     for (unsigned i = 0, e = FTyL->getNumParams(); i != e; ++i) {
734       if (int Res = cmpType(FTyL->getParamType(i), FTyR->getParamType(i)))
735         return Res;
736     }
737     return 0;
738   }
739
740   case Type::ArrayTyID: {
741     ArrayType *ATyL = cast<ArrayType>(TyL);
742     ArrayType *ATyR = cast<ArrayType>(TyR);
743     if (ATyL->getNumElements() != ATyR->getNumElements())
744       return cmpNumbers(ATyL->getNumElements(), ATyR->getNumElements());
745     return cmpType(ATyL->getElementType(), ATyR->getElementType());
746   }
747   }
748 }
749
750 // Determine whether the two operations are the same except that pointer-to-A
751 // and pointer-to-B are equivalent. This should be kept in sync with
752 // Instruction::isSameOperationAs.
753 // Read method declaration comments for more details.
754 int FunctionComparator::cmpOperation(const Instruction *L,
755                                      const Instruction *R) const {
756   // Differences from Instruction::isSameOperationAs:
757   //  * replace type comparison with calls to isEquivalentType.
758   //  * we test for I->hasSameSubclassOptionalData (nuw/nsw/tail) at the top
759   //  * because of the above, we don't test for the tail bit on calls later on
760   if (int Res = cmpNumbers(L->getOpcode(), R->getOpcode()))
761     return Res;
762
763   if (int Res = cmpNumbers(L->getNumOperands(), R->getNumOperands()))
764     return Res;
765
766   if (int Res = cmpType(L->getType(), R->getType()))
767     return Res;
768
769   if (int Res = cmpNumbers(L->getRawSubclassOptionalData(),
770                            R->getRawSubclassOptionalData()))
771     return Res;
772
773   // We have two instructions of identical opcode and #operands.  Check to see
774   // if all operands are the same type
775   for (unsigned i = 0, e = L->getNumOperands(); i != e; ++i) {
776     if (int Res =
777             cmpType(L->getOperand(i)->getType(), R->getOperand(i)->getType()))
778       return Res;
779   }
780
781   // Check special state that is a part of some instructions.
782   if (const LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(L)) {
783     if (int Res = cmpNumbers(LI->isVolatile(), cast<LoadInst>(R)->isVolatile()))
784       return Res;
785     if (int Res =
786             cmpNumbers(LI->getAlignment(), cast<LoadInst>(R)->getAlignment()))
787       return Res;
788     if (int Res =
789             cmpNumbers(LI->getOrdering(), cast<LoadInst>(R)->getOrdering()))
790       return Res;
791     if (int Res =
792             cmpNumbers(LI->getSynchScope(), cast<LoadInst>(R)->getSynchScope()))
793       return Res;
794     return cmpNumbers((uint64_t)LI->getMetadata(LLVMContext::MD_range),
795                       (uint64_t)cast<LoadInst>(R)->getMetadata(LLVMContext::MD_range));
796   }
797   if (const StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(L)) {
798     if (int Res =
799             cmpNumbers(SI->isVolatile(), cast<StoreInst>(R)->isVolatile()))
800       return Res;
801     if (int Res =
802             cmpNumbers(SI->getAlignment(), cast<StoreInst>(R)->getAlignment()))
803       return Res;
804     if (int Res =
805             cmpNumbers(SI->getOrdering(), cast<StoreInst>(R)->getOrdering()))
806       return Res;
807     return cmpNumbers(SI->getSynchScope(), cast<StoreInst>(R)->getSynchScope());
808   }
809   if (const CmpInst *CI = dyn_cast<CmpInst>(L))
810     return cmpNumbers(CI->getPredicate(), cast<CmpInst>(R)->getPredicate());
811   if (const CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(L)) {
812     if (int Res = cmpNumbers(CI->getCallingConv(),
813                              cast<CallInst>(R)->getCallingConv()))
814       return Res;
815     return cmpAttrs(CI->getAttributes(), cast<CallInst>(R)->getAttributes());
816   }
817   if (const InvokeInst *CI = dyn_cast<InvokeInst>(L)) {
818     if (int Res = cmpNumbers(CI->getCallingConv(),
819                              cast<InvokeInst>(R)->getCallingConv()))
820       return Res;
821     return cmpAttrs(CI->getAttributes(), cast<InvokeInst>(R)->getAttributes());
822   }
823   if (const InsertValueInst *IVI = dyn_cast<InsertValueInst>(L)) {
824     ArrayRef<unsigned> LIndices = IVI->getIndices();
825     ArrayRef<unsigned> RIndices = cast<InsertValueInst>(R)->getIndices();
826     if (int Res = cmpNumbers(LIndices.size(), RIndices.size()))
827       return Res;
828     for (size_t i = 0, e = LIndices.size(); i != e; ++i) {
829       if (int Res = cmpNumbers(LIndices[i], RIndices[i]))
830         return Res;
831     }
832   }
833   if (const ExtractValueInst *EVI = dyn_cast<ExtractValueInst>(L)) {
834     ArrayRef<unsigned> LIndices = EVI->getIndices();
835     ArrayRef<unsigned> RIndices = cast<ExtractValueInst>(R)->getIndices();
836     if (int Res = cmpNumbers(LIndices.size(), RIndices.size()))
837       return Res;
838     for (size_t i = 0, e = LIndices.size(); i != e; ++i) {
839       if (int Res = cmpNumbers(LIndices[i], RIndices[i]))
840         return Res;
841     }
842   }
843   if (const FenceInst *FI = dyn_cast<FenceInst>(L)) {
844     if (int Res =
845             cmpNumbers(FI->getOrdering(), cast<FenceInst>(R)->getOrdering()))
846       return Res;
847     return cmpNumbers(FI->getSynchScope(), cast<FenceInst>(R)->getSynchScope());
848   }
849
850   if (const AtomicCmpXchgInst *CXI = dyn_cast<AtomicCmpXchgInst>(L)) {
851     if (int Res = cmpNumbers(CXI->isVolatile(),
852                              cast<AtomicCmpXchgInst>(R)->isVolatile()))
853       return Res;
854     if (int Res = cmpNumbers(CXI->isWeak(),
855                              cast<AtomicCmpXchgInst>(R)->isWeak()))
856       return Res;
857     if (int Res = cmpNumbers(CXI->getSuccessOrdering(),
858                              cast<AtomicCmpXchgInst>(R)->getSuccessOrdering()))
859       return Res;
860     if (int Res = cmpNumbers(CXI->getFailureOrdering(),
861                              cast<AtomicCmpXchgInst>(R)->getFailureOrdering()))
862       return Res;
863     return cmpNumbers(CXI->getSynchScope(),
864                       cast<AtomicCmpXchgInst>(R)->getSynchScope());
865   }
866   if (const AtomicRMWInst *RMWI = dyn_cast<AtomicRMWInst>(L)) {
867     if (int Res = cmpNumbers(RMWI->getOperation(),
868                              cast<AtomicRMWInst>(R)->getOperation()))
869       return Res;
870     if (int Res = cmpNumbers(RMWI->isVolatile(),
871                              cast<AtomicRMWInst>(R)->isVolatile()))
872       return Res;
873     if (int Res = cmpNumbers(RMWI->getOrdering(),
874                              cast<AtomicRMWInst>(R)->getOrdering()))
875       return Res;
876     return cmpNumbers(RMWI->getSynchScope(),
877                       cast<AtomicRMWInst>(R)->getSynchScope());
878   }
879   return 0;
880 }
881
882 // Determine whether two GEP operations perform the same underlying arithmetic.
883 // Read method declaration comments for more details.
884 int FunctionComparator::cmpGEP(const GEPOperator *GEPL,
885                                const GEPOperator *GEPR) {
886
887   unsigned int ASL = GEPL->getPointerAddressSpace();
888   unsigned int ASR = GEPR->getPointerAddressSpace();
889
890   if (int Res = cmpNumbers(ASL, ASR))
891     return Res;
892
893   // When we have target data, we can reduce the GEP down to the value in bytes
894   // added to the address.
895   if (DL) {
896     unsigned BitWidth = DL->getPointerSizeInBits(ASL);
897     APInt OffsetL(BitWidth, 0), OffsetR(BitWidth, 0);
898     if (GEPL->accumulateConstantOffset(*DL, OffsetL) &&
899         GEPR->accumulateConstantOffset(*DL, OffsetR))
900       return cmpAPInt(OffsetL, OffsetR);
901   }
902
903   if (int Res = cmpNumbers((uint64_t)GEPL->getPointerOperand()->getType(),
904                            (uint64_t)GEPR->getPointerOperand()->getType()))
905     return Res;
906
907   if (int Res = cmpNumbers(GEPL->getNumOperands(), GEPR->getNumOperands()))
908     return Res;
909
910   for (unsigned i = 0, e = GEPL->getNumOperands(); i != e; ++i) {
911     if (int Res = cmpValues(GEPL->getOperand(i), GEPR->getOperand(i)))
912       return Res;
913   }
914
915   return 0;
916 }
917
918 /// Compare two values used by the two functions under pair-wise comparison. If
919 /// this is the first time the values are seen, they're added to the mapping so
920 /// that we will detect mismatches on next use.
921 /// See comments in declaration for more details.
922 int FunctionComparator::cmpValues(const Value *L, const Value *R) {
923   // Catch self-reference case.
924   if (L == FnL) {
925     if (R == FnR)
926       return 0;
927     return -1;
928   }
929   if (R == FnR) {
930     if (L == FnL)
931       return 0;
932     return 1;
933   }
934
935   const Constant *ConstL = dyn_cast<Constant>(L);
936   const Constant *ConstR = dyn_cast<Constant>(R);
937   if (ConstL && ConstR) {
938     if (L == R)
939       return 0;
940     return cmpConstants(ConstL, ConstR);
941   }
942
943   if (ConstL)
944     return 1;
945   if (ConstR)
946     return -1;
947
948   const InlineAsm *InlineAsmL = dyn_cast<InlineAsm>(L);
949   const InlineAsm *InlineAsmR = dyn_cast<InlineAsm>(R);
950
951   if (InlineAsmL && InlineAsmR)
952     return cmpNumbers((uint64_t)L, (uint64_t)R);
953   if (InlineAsmL)
954     return 1;
955   if (InlineAsmR)
956     return -1;
957
958   auto LeftSN = sn_mapL.insert(std::make_pair(L, sn_mapL.size())),
959        RightSN = sn_mapR.insert(std::make_pair(R, sn_mapR.size()));
960
961   return cmpNumbers(LeftSN.first->second, RightSN.first->second);
962 }
963 // Test whether two basic blocks have equivalent behaviour.
964 int FunctionComparator::compare(const BasicBlock *BBL, const BasicBlock *BBR) {
965   BasicBlock::const_iterator InstL = BBL->begin(), InstLE = BBL->end();
966   BasicBlock::const_iterator InstR = BBR->begin(), InstRE = BBR->end();
967
968   do {
969     if (int Res = cmpValues(InstL, InstR))
970       return Res;
971
972     const GetElementPtrInst *GEPL = dyn_cast<GetElementPtrInst>(InstL);
973     const GetElementPtrInst *GEPR = dyn_cast<GetElementPtrInst>(InstR);
974
975     if (GEPL && !GEPR)
976       return 1;
977     if (GEPR && !GEPL)
978       return -1;
979
980     if (GEPL && GEPR) {
981       if (int Res =
982               cmpValues(GEPL->getPointerOperand(), GEPR->getPointerOperand()))
983         return Res;
984       if (int Res = cmpGEP(GEPL, GEPR))
985         return Res;
986     } else {
987       if (int Res = cmpOperation(InstL, InstR))
988         return Res;
989       assert(InstL->getNumOperands() == InstR->getNumOperands());
990
991       for (unsigned i = 0, e = InstL->getNumOperands(); i != e; ++i) {
992         Value *OpL = InstL->getOperand(i);
993         Value *OpR = InstR->getOperand(i);
994         if (int Res = cmpValues(OpL, OpR))
995           return Res;
996         if (int Res = cmpNumbers(OpL->getValueID(), OpR->getValueID()))
997           return Res;
998         // TODO: Already checked in cmpOperation
999         if (int Res = cmpType(OpL->getType(), OpR->getType()))
1000           return Res;
1001       }
1002     }
1003
1004     ++InstL, ++InstR;
1005   } while (InstL != InstLE && InstR != InstRE);
1006
1007   if (InstL != InstLE && InstR == InstRE)
1008     return 1;
1009   if (InstL == InstLE && InstR != InstRE)
1010     return -1;
1011   return 0;
1012 }
1013
1014 // Test whether the two functions have equivalent behaviour.
1015 int FunctionComparator::compare() {
1016
1017   sn_mapL.clear();
1018   sn_mapR.clear();
1019
1020   if (int Res = cmpAttrs(FnL->getAttributes(), FnR->getAttributes()))
1021     return Res;
1022
1023   if (int Res = cmpNumbers(FnL->hasGC(), FnR->hasGC()))
1024     return Res;
1025
1026   if (FnL->hasGC()) {
1027     if (int Res = cmpNumbers((uint64_t)FnL->getGC(), (uint64_t)FnR->getGC()))
1028       return Res;
1029   }
1030
1031   if (int Res = cmpNumbers(FnL->hasSection(), FnR->hasSection()))
1032     return Res;
1033
1034   if (FnL->hasSection()) {
1035     if (int Res = cmpStrings(FnL->getSection(), FnR->getSection()))
1036       return Res;
1037   }
1038
1039   if (int Res = cmpNumbers(FnL->isVarArg(), FnR->isVarArg()))
1040     return Res;
1041
1042   // TODO: if it's internal and only used in direct calls, we could handle this
1043   // case too.
1044   if (int Res = cmpNumbers(FnL->getCallingConv(), FnR->getCallingConv()))
1045     return Res;
1046
1047   if (int Res = cmpType(FnL->getFunctionType(), FnR->getFunctionType()))
1048     return Res;
1049
1050   assert(FnL->arg_size() == FnR->arg_size() &&
1051          "Identically typed functions have different numbers of args!");
1052
1053   // Visit the arguments so that they get enumerated in the order they're
1054   // passed in.
1055   for (Function::const_arg_iterator ArgLI = FnL->arg_begin(),
1056                                     ArgRI = FnR->arg_begin(),
1057                                     ArgLE = FnL->arg_end();
1058        ArgLI != ArgLE; ++ArgLI, ++ArgRI) {
1059     if (cmpValues(ArgLI, ArgRI) != 0)
1060       llvm_unreachable("Arguments repeat!");
1061   }
1062
1063   // We do a CFG-ordered walk since the actual ordering of the blocks in the
1064   // linked list is immaterial. Our walk starts at the entry block for both
1065   // functions, then takes each block from each terminator in order. As an
1066   // artifact, this also means that unreachable blocks are ignored.
1067   SmallVector<const BasicBlock *, 8> FnLBBs, FnRBBs;
1068   SmallSet<const BasicBlock *, 128> VisitedBBs; // in terms of F1.
1069
1070   FnLBBs.push_back(&FnL->getEntryBlock());
1071   FnRBBs.push_back(&FnR->getEntryBlock());
1072
1073   VisitedBBs.insert(FnLBBs[0]);
1074   while (!FnLBBs.empty()) {
1075     const BasicBlock *BBL = FnLBBs.pop_back_val();
1076     const BasicBlock *BBR = FnRBBs.pop_back_val();
1077
1078     if (int Res = cmpValues(BBL, BBR))
1079       return Res;
1080
1081     if (int Res = compare(BBL, BBR))
1082       return Res;
1083
1084     const TerminatorInst *TermL = BBL->getTerminator();
1085     const TerminatorInst *TermR = BBR->getTerminator();
1086
1087     assert(TermL->getNumSuccessors() == TermR->getNumSuccessors());
1088     for (unsigned i = 0, e = TermL->getNumSuccessors(); i != e; ++i) {
1089       if (!VisitedBBs.insert(TermL->getSuccessor(i)))
1090         continue;
1091
1092       FnLBBs.push_back(TermL->getSuccessor(i));
1093       FnRBBs.push_back(TermR->getSuccessor(i));
1094     }
1095   }
1096   return 0;
1097 }
1098
1099 namespace {
1100
1101 /// MergeFunctions finds functions which will generate identical machine code,
1102 /// by considering all pointer types to be equivalent. Once identified,
1103 /// MergeFunctions will fold them by replacing a call to one to a call to a
1104 /// bitcast of the other.
1105 ///
1106 class MergeFunctions : public ModulePass {
1107 public:
1108   static char ID;
1109   MergeFunctions()
1110     : ModulePass(ID), HasGlobalAliases(false) {
1111     initializeMergeFunctionsPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
1112   }
1113
1114   bool runOnModule(Module &M) override;
1115
1116 private:
1117   typedef std::set<FunctionPtr> FnTreeType;
1118
1119   /// A work queue of functions that may have been modified and should be
1120   /// analyzed again.
1121   std::vector<WeakVH> Deferred;
1122
1123   /// Checks the rules of order relation introduced among functions set.
1124   /// Returns true, if sanity check has been passed, and false if failed.
1125   bool doSanityCheck(std::vector<WeakVH> &Worklist);
1126
1127   /// Insert a ComparableFunction into the FnTree, or merge it away if it's
1128   /// equal to one that's already present.
1129   bool insert(Function *NewFunction);
1130
1131   /// Remove a Function from the FnTree and queue it up for a second sweep of
1132   /// analysis.
1133   void remove(Function *F);
1134
1135   /// Find the functions that use this Value and remove them from FnTree and
1136   /// queue the functions.
1137   void removeUsers(Value *V);
1138
1139   /// Replace all direct calls of Old with calls of New. Will bitcast New if
1140   /// necessary to make types match.
1141   void replaceDirectCallers(Function *Old, Function *New);
1142
1143   /// Merge two equivalent functions. Upon completion, G may be deleted, or may
1144   /// be converted into a thunk. In either case, it should never be visited
1145   /// again.
1146   void mergeTwoFunctions(Function *F, Function *G);
1147
1148   /// Replace G with a thunk or an alias to F. Deletes G.
1149   void writeThunkOrAlias(Function *F, Function *G);
1150
1151   /// Replace G with a simple tail call to bitcast(F). Also replace direct uses
1152   /// of G with bitcast(F). Deletes G.
1153   void writeThunk(Function *F, Function *G);
1154
1155   /// Replace G with an alias to F. Deletes G.
1156   void writeAlias(Function *F, Function *G);
1157
1158   /// The set of all distinct functions. Use the insert() and remove() methods
1159   /// to modify it.
1160   FnTreeType FnTree;
1161
1162   /// DataLayout for more accurate GEP comparisons. May be NULL.
1163   const DataLayout *DL;
1164
1165   /// Whether or not the target supports global aliases.
1166   bool HasGlobalAliases;
1167 };
1168
1169 }  // end anonymous namespace
1170
1171 char MergeFunctions::ID = 0;
1172 INITIALIZE_PASS(MergeFunctions, "mergefunc", "Merge Functions", false, false)
1173
1174 ModulePass *llvm::createMergeFunctionsPass() {
1175   return new MergeFunctions();
1176 }
1177
1178 bool MergeFunctions::doSanityCheck(std::vector<WeakVH> &Worklist) {
1179   if (const unsigned Max = NumFunctionsForSanityCheck) {
1180     unsigned TripleNumber = 0;
1181     bool Valid = true;
1182
1183     dbgs() << "MERGEFUNC-SANITY: Started for first " << Max << " functions.\n";
1184
1185     unsigned i = 0;
1186     for (std::vector<WeakVH>::iterator I = Worklist.begin(), E = Worklist.end();
1187          I != E && i < Max; ++I, ++i) {
1188       unsigned j = i;
1189       for (std::vector<WeakVH>::iterator J = I; J != E && j < Max; ++J, ++j) {
1190         Function *F1 = cast<Function>(*I);
1191         Function *F2 = cast<Function>(*J);
1192         int Res1 = FunctionComparator(DL, F1, F2).compare();
1193         int Res2 = FunctionComparator(DL, F2, F1).compare();
1194
1195         // If F1 <= F2, then F2 >= F1, otherwise report failure.
1196         if (Res1 != -Res2) {
1197           dbgs() << "MERGEFUNC-SANITY: Non-symmetric; triple: " << TripleNumber
1198                  << "\n";
1199           F1->dump();
1200           F2->dump();
1201           Valid = false;
1202         }
1203
1204         if (Res1 == 0)
1205           continue;
1206
1207         unsigned k = j;
1208         for (std::vector<WeakVH>::iterator K = J; K != E && k < Max;
1209              ++k, ++K, ++TripleNumber) {
1210           if (K == J)
1211             continue;
1212
1213           Function *F3 = cast<Function>(*K);
1214           int Res3 = FunctionComparator(DL, F1, F3).compare();
1215           int Res4 = FunctionComparator(DL, F2, F3).compare();
1216
1217           bool Transitive = true;
1218
1219           if (Res1 != 0 && Res1 == Res4) {
1220             // F1 > F2, F2 > F3 => F1 > F3
1221             Transitive = Res3 == Res1;
1222           } else if (Res3 != 0 && Res3 == -Res4) {
1223             // F1 > F3, F3 > F2 => F1 > F2
1224             Transitive = Res3 == Res1;
1225           } else if (Res4 != 0 && -Res3 == Res4) {
1226             // F2 > F3, F3 > F1 => F2 > F1
1227             Transitive = Res4 == -Res1;
1228           }
1229
1230           if (!Transitive) {
1231             dbgs() << "MERGEFUNC-SANITY: Non-transitive; triple: "
1232                    << TripleNumber << "\n";
1233             dbgs() << "Res1, Res3, Res4: " << Res1 << ", " << Res3 << ", "
1234                    << Res4 << "\n";
1235             F1->dump();
1236             F2->dump();
1237             F3->dump();
1238             Valid = false;
1239           }
1240         }
1241       }
1242     }
1243
1244     dbgs() << "MERGEFUNC-SANITY: " << (Valid ? "Passed." : "Failed.") << "\n";
1245     return Valid;
1246   }
1247   return true;
1248 }
1249
1250 bool MergeFunctions::runOnModule(Module &M) {
1251   bool Changed = false;
1252   DataLayoutPass *DLP = getAnalysisIfAvailable<DataLayoutPass>();
1253   DL = DLP ? &DLP->getDataLayout() : nullptr;
1254
1255   for (Module::iterator I = M.begin(), E = M.end(); I != E; ++I) {
1256     if (!I->isDeclaration() && !I->hasAvailableExternallyLinkage())
1257       Deferred.push_back(WeakVH(I));
1258   }
1259
1260   do {
1261     std::vector<WeakVH> Worklist;
1262     Deferred.swap(Worklist);
1263
1264     DEBUG(doSanityCheck(Worklist));
1265
1266     DEBUG(dbgs() << "size of module: " << M.size() << '\n');
1267     DEBUG(dbgs() << "size of worklist: " << Worklist.size() << '\n');
1268
1269     // Insert only strong functions and merge them. Strong function merging
1270     // always deletes one of them.
1271     for (std::vector<WeakVH>::iterator I = Worklist.begin(),
1272            E = Worklist.end(); I != E; ++I) {
1273       if (!*I) continue;
1274       Function *F = cast<Function>(*I);
1275       if (!F->isDeclaration() && !F->hasAvailableExternallyLinkage() &&
1276           !F->mayBeOverridden()) {
1277         Changed |= insert(F);
1278       }
1279     }
1280
1281     // Insert only weak functions and merge them. By doing these second we
1282     // create thunks to the strong function when possible. When two weak
1283     // functions are identical, we create a new strong function with two weak
1284     // weak thunks to it which are identical but not mergable.
1285     for (std::vector<WeakVH>::iterator I = Worklist.begin(),
1286            E = Worklist.end(); I != E; ++I) {
1287       if (!*I) continue;
1288       Function *F = cast<Function>(*I);
1289       if (!F->isDeclaration() && !F->hasAvailableExternallyLinkage() &&
1290           F->mayBeOverridden()) {
1291         Changed |= insert(F);
1292       }
1293     }
1294     DEBUG(dbgs() << "size of FnTree: " << FnTree.size() << '\n');
1295   } while (!Deferred.empty());
1296
1297   FnTree.clear();
1298
1299   return Changed;
1300 }
1301
1302 bool DenseMapInfo<ComparableFunction>::isEqual(const ComparableFunction &LHS,
1303                                                const ComparableFunction &RHS) {
1304   if (LHS.getFunc() == RHS.getFunc() &&
1305       LHS.getHash() == RHS.getHash())
1306     return true;
1307   if (!LHS.getFunc() || !RHS.getFunc())
1308     return false;
1309
1310   // One of these is a special "underlying pointer comparison only" object.
1311   if (LHS.getDataLayout() == ComparableFunction::LookupOnly ||
1312       RHS.getDataLayout() == ComparableFunction::LookupOnly)
1313     return false;
1314
1315   assert(LHS.getDataLayout() == RHS.getDataLayout() &&
1316          "Comparing functions for different targets");
1317
1318   return FunctionComparator(LHS.getDataLayout(), LHS.getFunc(), RHS.getFunc())
1319              .compare() == 0;
1320 }
1321
1322 // Replace direct callers of Old with New.
1323 void MergeFunctions::replaceDirectCallers(Function *Old, Function *New) {
1324   Constant *BitcastNew = ConstantExpr::getBitCast(New, Old->getType());
1325   for (auto UI = Old->use_begin(), UE = Old->use_end(); UI != UE;) {
1326     Use *U = &*UI;
1327     ++UI;
1328     CallSite CS(U->getUser());
1329     if (CS && CS.isCallee(U)) {
1330       remove(CS.getInstruction()->getParent()->getParent());
1331       U->set(BitcastNew);
1332     }
1333   }
1334 }
1335
1336 // Replace G with an alias to F if possible, or else a thunk to F. Deletes G.
1337 void MergeFunctions::writeThunkOrAlias(Function *F, Function *G) {
1338   if (HasGlobalAliases && G->hasUnnamedAddr()) {
1339     if (G->hasExternalLinkage() || G->hasLocalLinkage() ||
1340         G->hasWeakLinkage()) {
1341       writeAlias(F, G);
1342       return;
1343     }
1344   }
1345
1346   writeThunk(F, G);
1347 }
1348
1349 // Helper for writeThunk,
1350 // Selects proper bitcast operation,
1351 // but a bit simpler then CastInst::getCastOpcode.
1352 static Value *createCast(IRBuilder<false> &Builder, Value *V, Type *DestTy) {
1353   Type *SrcTy = V->getType();
1354   if (SrcTy->isStructTy()) {
1355     assert(DestTy->isStructTy());
1356     assert(SrcTy->getStructNumElements() == DestTy->getStructNumElements());
1357     Value *Result = UndefValue::get(DestTy);
1358     for (unsigned int I = 0, E = SrcTy->getStructNumElements(); I < E; ++I) {
1359       Value *Element = createCast(
1360           Builder, Builder.CreateExtractValue(V, ArrayRef<unsigned int>(I)),
1361           DestTy->getStructElementType(I));
1362
1363       Result =
1364           Builder.CreateInsertValue(Result, Element, ArrayRef<unsigned int>(I));
1365     }
1366     return Result;
1367   }
1368   assert(!DestTy->isStructTy());
1369   if (SrcTy->isIntegerTy() && DestTy->isPointerTy())
1370     return Builder.CreateIntToPtr(V, DestTy);
1371   else if (SrcTy->isPointerTy() && DestTy->isIntegerTy())
1372     return Builder.CreatePtrToInt(V, DestTy);
1373   else
1374     return Builder.CreateBitCast(V, DestTy);
1375 }
1376
1377 // Replace G with a simple tail call to bitcast(F). Also replace direct uses
1378 // of G with bitcast(F). Deletes G.
1379 void MergeFunctions::writeThunk(Function *F, Function *G) {
1380   if (!G->mayBeOverridden()) {
1381     // Redirect direct callers of G to F.
1382     replaceDirectCallers(G, F);
1383   }
1384
1385   // If G was internal then we may have replaced all uses of G with F. If so,
1386   // stop here and delete G. There's no need for a thunk.
1387   if (G->hasLocalLinkage() && G->use_empty()) {
1388     G->eraseFromParent();
1389     return;
1390   }
1391
1392   Function *NewG = Function::Create(G->getFunctionType(), G->getLinkage(), "",
1393                                     G->getParent());
1394   BasicBlock *BB = BasicBlock::Create(F->getContext(), "", NewG);
1395   IRBuilder<false> Builder(BB);
1396
1397   SmallVector<Value *, 16> Args;
1398   unsigned i = 0;
1399   FunctionType *FFTy = F->getFunctionType();
1400   for (Function::arg_iterator AI = NewG->arg_begin(), AE = NewG->arg_end();
1401        AI != AE; ++AI) {
1402     Args.push_back(createCast(Builder, (Value*)AI, FFTy->getParamType(i)));
1403     ++i;
1404   }
1405
1406   CallInst *CI = Builder.CreateCall(F, Args);
1407   CI->setTailCall();
1408   CI->setCallingConv(F->getCallingConv());
1409   if (NewG->getReturnType()->isVoidTy()) {
1410     Builder.CreateRetVoid();
1411   } else {
1412     Builder.CreateRet(createCast(Builder, CI, NewG->getReturnType()));
1413   }
1414
1415   NewG->copyAttributesFrom(G);
1416   NewG->takeName(G);
1417   removeUsers(G);
1418   G->replaceAllUsesWith(NewG);
1419   G->eraseFromParent();
1420
1421   DEBUG(dbgs() << "writeThunk: " << NewG->getName() << '\n');
1422   ++NumThunksWritten;
1423 }
1424
1425 // Replace G with an alias to F and delete G.
1426 void MergeFunctions::writeAlias(Function *F, Function *G) {
1427   PointerType *PTy = G->getType();
1428   auto *GA = GlobalAlias::create(PTy->getElementType(), PTy->getAddressSpace(),
1429                                  G->getLinkage(), "", F);
1430   F->setAlignment(std::max(F->getAlignment(), G->getAlignment()));
1431   GA->takeName(G);
1432   GA->setVisibility(G->getVisibility());
1433   removeUsers(G);
1434   G->replaceAllUsesWith(GA);
1435   G->eraseFromParent();
1436
1437   DEBUG(dbgs() << "writeAlias: " << GA->getName() << '\n');
1438   ++NumAliasesWritten;
1439 }
1440
1441 // Merge two equivalent functions. Upon completion, Function G is deleted.
1442 void MergeFunctions::mergeTwoFunctions(Function *F, Function *G) {
1443   if (F->mayBeOverridden()) {
1444     assert(G->mayBeOverridden());
1445
1446     if (HasGlobalAliases) {
1447       // Make them both thunks to the same internal function.
1448       Function *H = Function::Create(F->getFunctionType(), F->getLinkage(), "",
1449                                      F->getParent());
1450       H->copyAttributesFrom(F);
1451       H->takeName(F);
1452       removeUsers(F);
1453       F->replaceAllUsesWith(H);
1454
1455       unsigned MaxAlignment = std::max(G->getAlignment(), H->getAlignment());
1456
1457       writeAlias(F, G);
1458       writeAlias(F, H);
1459
1460       F->setAlignment(MaxAlignment);
1461       F->setLinkage(GlobalValue::PrivateLinkage);
1462     } else {
1463       // We can't merge them. Instead, pick one and update all direct callers
1464       // to call it and hope that we improve the instruction cache hit rate.
1465       replaceDirectCallers(G, F);
1466     }
1467
1468     ++NumDoubleWeak;
1469   } else {
1470     writeThunkOrAlias(F, G);
1471   }
1472
1473   ++NumFunctionsMerged;
1474 }
1475
1476 // Insert a ComparableFunction into the FnTree, or merge it away if equal to one
1477 // that was already inserted.
1478 bool MergeFunctions::insert(Function *NewFunction) {
1479   std::pair<FnTreeType::iterator, bool> Result =
1480       FnTree.insert(FunctionPtr(NewFunction, DL));
1481
1482   if (Result.second) {
1483     DEBUG(dbgs() << "Inserting as unique: " << NewFunction->getName() << '\n');
1484     return false;
1485   }
1486
1487   const FunctionPtr &OldF = *Result.first;
1488
1489   // Don't merge tiny functions, since it can just end up making the function
1490   // larger.
1491   // FIXME: Should still merge them if they are unnamed_addr and produce an
1492   // alias.
1493   if (NewFunction->size() == 1) {
1494     if (NewFunction->front().size() <= 2) {
1495       DEBUG(dbgs() << NewFunction->getName()
1496                    << " is to small to bother merging\n");
1497       return false;
1498     }
1499   }
1500
1501   // Never thunk a strong function to a weak function.
1502   assert(!OldF.getFunc()->mayBeOverridden() || NewFunction->mayBeOverridden());
1503
1504   DEBUG(dbgs() << "  " << OldF.getFunc()->getName()
1505                << " == " << NewFunction->getName() << '\n');
1506
1507   Function *DeleteF = NewFunction;
1508   mergeTwoFunctions(OldF.getFunc(), DeleteF);
1509   return true;
1510 }
1511
1512 // Remove a function from FnTree. If it was already in FnTree, add
1513 // it to Deferred so that we'll look at it in the next round.
1514 void MergeFunctions::remove(Function *F) {
1515   // We need to make sure we remove F, not a function "equal" to F per the
1516   // function equality comparator.
1517   FnTreeType::iterator found = FnTree.find(FunctionPtr(F, DL));
1518   size_t Erased = 0;
1519   if (found != FnTree.end() && found->getFunc() == F) {
1520     Erased = 1;
1521     FnTree.erase(found);
1522   }
1523
1524   if (Erased) {
1525     DEBUG(dbgs() << "Removed " << F->getName()
1526                  << " from set and deferred it.\n");
1527     Deferred.push_back(F);
1528   }
1529 }
1530
1531 // For each instruction used by the value, remove() the function that contains
1532 // the instruction. This should happen right before a call to RAUW.
1533 void MergeFunctions::removeUsers(Value *V) {
1534   std::vector<Value *> Worklist;
1535   Worklist.push_back(V);
1536   while (!Worklist.empty()) {
1537     Value *V = Worklist.back();
1538     Worklist.pop_back();
1539
1540     for (User *U : V->users()) {
1541       if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(U)) {
1542         remove(I->getParent()->getParent());
1543       } else if (isa<GlobalValue>(U)) {
1544         // do nothing
1545       } else if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(U)) {
1546         for (User *UU : C->users())
1547           Worklist.push_back(UU);
1548       }
1549     }
1550   }
1551 }