Commited patch from Björn Steinbrink:
[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/Debug.h"
64 #include "llvm/Support/ErrorHandling.h"
65 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
66 #include <vector>
67 using namespace llvm;
68
69 #define DEBUG_TYPE "mergefunc"
70
71 STATISTIC(NumFunctionsMerged, "Number of functions merged");
72 STATISTIC(NumThunksWritten, "Number of thunks generated");
73 STATISTIC(NumAliasesWritten, "Number of aliases generated");
74 STATISTIC(NumDoubleWeak, "Number of new functions created");
75
76 /// Returns the type id for a type to be hashed. We turn pointer types into
77 /// integers here because the actual compare logic below considers pointers and
78 /// integers of the same size as equal.
79 static Type::TypeID getTypeIDForHash(Type *Ty) {
80   if (Ty->isPointerTy())
81     return Type::IntegerTyID;
82   return Ty->getTypeID();
83 }
84
85 /// Creates a hash-code for the function which is the same for any two
86 /// functions that will compare equal, without looking at the instructions
87 /// inside the function.
88 static unsigned profileFunction(const Function *F) {
89   FunctionType *FTy = F->getFunctionType();
90
91   FoldingSetNodeID ID;
92   ID.AddInteger(F->size());
93   ID.AddInteger(F->getCallingConv());
94   ID.AddBoolean(F->hasGC());
95   ID.AddBoolean(FTy->isVarArg());
96   ID.AddInteger(getTypeIDForHash(FTy->getReturnType()));
97   for (unsigned i = 0, e = FTy->getNumParams(); i != e; ++i)
98     ID.AddInteger(getTypeIDForHash(FTy->getParamType(i)));
99   return ID.ComputeHash();
100 }
101
102 namespace {
103
104 /// ComparableFunction - A struct that pairs together functions with a
105 /// DataLayout so that we can keep them together as elements in the DenseSet.
106 class ComparableFunction {
107 public:
108   static const ComparableFunction EmptyKey;
109   static const ComparableFunction TombstoneKey;
110   static DataLayout * const LookupOnly;
111
112   ComparableFunction(Function *Func, const DataLayout *DL)
113     : Func(Func), Hash(profileFunction(Func)), DL(DL) {}
114
115   Function *getFunc() const { return Func; }
116   unsigned getHash() const { return Hash; }
117   const DataLayout *getDataLayout() const { return DL; }
118
119   // Drops AssertingVH reference to the function. Outside of debug mode, this
120   // does nothing.
121   void release() {
122     assert(Func &&
123            "Attempted to release function twice, or release empty/tombstone!");
124     Func = nullptr;
125   }
126
127 private:
128   explicit ComparableFunction(unsigned Hash)
129     : Func(nullptr), Hash(Hash), DL(nullptr) {}
130
131   AssertingVH<Function> Func;
132   unsigned Hash;
133   const DataLayout *DL;
134 };
135
136 const ComparableFunction ComparableFunction::EmptyKey = ComparableFunction(0);
137 const ComparableFunction ComparableFunction::TombstoneKey =
138     ComparableFunction(1);
139 DataLayout *const ComparableFunction::LookupOnly = (DataLayout*)(-1);
140
141 }
142
143 namespace llvm {
144   template <>
145   struct DenseMapInfo<ComparableFunction> {
146     static ComparableFunction getEmptyKey() {
147       return ComparableFunction::EmptyKey;
148     }
149     static ComparableFunction getTombstoneKey() {
150       return ComparableFunction::TombstoneKey;
151     }
152     static unsigned getHashValue(const ComparableFunction &CF) {
153       return CF.getHash();
154     }
155     static bool isEqual(const ComparableFunction &LHS,
156                         const ComparableFunction &RHS);
157   };
158 }
159
160 namespace {
161
162 /// FunctionComparator - Compares two functions to determine whether or not
163 /// they will generate machine code with the same behaviour. DataLayout is
164 /// used if available. The comparator always fails conservatively (erring on the
165 /// side of claiming that two functions are different).
166 class FunctionComparator {
167 public:
168   FunctionComparator(const DataLayout *DL, const Function *F1,
169                      const Function *F2)
170     : F1(F1), F2(F2), DL(DL) {}
171
172   /// Test whether the two functions have equivalent behaviour.
173   bool compare();
174
175 private:
176   /// Test whether two basic blocks have equivalent behaviour.
177   bool compare(const BasicBlock *BB1, const BasicBlock *BB2);
178
179   /// Constants comparison.
180   /// Its analog to lexicographical comparison between hypothetical numbers
181   /// of next format:
182   /// <bitcastability-trait><raw-bit-contents>
183   ///
184   /// 1. Bitcastability.
185   /// Check whether L's type could be losslessly bitcasted to R's type.
186   /// On this stage method, in case when lossless bitcast is not possible
187   /// method returns -1 or 1, thus also defining which type is greater in
188   /// context of bitcastability.
189   /// Stage 0: If types are equal in terms of cmpTypes, then we can go straight
190   ///          to the contents comparison.
191   ///          If types differ, remember types comparison result and check
192   ///          whether we still can bitcast types.
193   /// Stage 1: Types that satisfies isFirstClassType conditions are always
194   ///          greater then others.
195   /// Stage 2: Vector is greater then non-vector.
196   ///          If both types are vectors, then vector with greater bitwidth is
197   ///          greater.
198   ///          If both types are vectors with the same bitwidth, then types
199   ///          are bitcastable, and we can skip other stages, and go to contents
200   ///          comparison.
201   /// Stage 3: Pointer types are greater than non-pointers. If both types are
202   ///          pointers of the same address space - go to contents comparison.
203   ///          Different address spaces: pointer with greater address space is
204   ///          greater.
205   /// Stage 4: Types are neither vectors, nor pointers. And they differ.
206   ///          We don't know how to bitcast them. So, we better don't do it,
207   ///          and return types comparison result (so it determines the
208   ///          relationship among constants we don't know how to bitcast).
209   ///
210   /// Just for clearance, let's see how the set of constants could look
211   /// on single dimension axis:
212   ///
213   /// [NFCT], [FCT, "others"], [FCT, pointers], [FCT, vectors]
214   /// Where: NFCT - Not a FirstClassType
215   ///        FCT - FirstClassTyp:
216   ///
217   /// 2. Compare raw contents.
218   /// It ignores types on this stage and only compares bits from L and R.
219   /// Returns 0, if L and R has equivalent contents.
220   /// -1 or 1 if values are different.
221   /// Pretty trivial:
222   /// 2.1. If contents are numbers, compare numbers.
223   ///    Ints with greater bitwidth are greater. Ints with same bitwidths
224   ///    compared by their contents.
225   /// 2.2. "And so on". Just to avoid discrepancies with comments
226   /// perhaps it would be better to read the implementation itself.
227   /// 3. And again about overall picture. Let's look back at how the ordered set
228   /// of constants will look like:
229   /// [NFCT], [FCT, "others"], [FCT, pointers], [FCT, vectors]
230   ///
231   /// Now look, what could be inside [FCT, "others"], for example:
232   /// [FCT, "others"] =
233   /// [
234   ///   [double 0.1], [double 1.23],
235   ///   [i32 1], [i32 2],
236   ///   { double 1.0 },       ; StructTyID, NumElements = 1
237   ///   { i32 1 },            ; StructTyID, NumElements = 1
238   ///   { double 1, i32 1 },  ; StructTyID, NumElements = 2
239   ///   { i32 1, double 1 }   ; StructTyID, NumElements = 2
240   /// ]
241   ///
242   /// Let's explain the order. Float numbers will be less than integers, just
243   /// because of cmpType terms: FloatTyID < IntegerTyID.
244   /// Floats (with same fltSemantics) are sorted according to their value.
245   /// Then you can see integers, and they are, like a floats,
246   /// could be easy sorted among each others.
247   /// The structures. Structures are grouped at the tail, again because of their
248   /// TypeID: StructTyID > IntegerTyID > FloatTyID.
249   /// Structures with greater number of elements are greater. Structures with
250   /// greater elements going first are greater.
251   /// The same logic with vectors, arrays and other possible complex types.
252   ///
253   /// Bitcastable constants.
254   /// Let's assume, that some constant, belongs to some group of
255   /// "so-called-equal" values with different types, and at the same time
256   /// belongs to another group of constants with equal types
257   /// and "really" equal values.
258   ///
259   /// Now, prove that this is impossible:
260   ///
261   /// If constant A with type TyA is bitcastable to B with type TyB, then:
262   /// 1. All constants with equal types to TyA, are bitcastable to B. Since
263   ///    those should be vectors (if TyA is vector), pointers
264   ///    (if TyA is pointer), or else (if TyA equal to TyB), those types should
265   ///    be equal to TyB.
266   /// 2. All constants with non-equal, but bitcastable types to TyA, are
267   ///    bitcastable to B.
268   ///    Once again, just because we allow it to vectors and pointers only.
269   ///    This statement could be expanded as below:
270   /// 2.1. All vectors with equal bitwidth to vector A, has equal bitwidth to
271   ///      vector B, and thus bitcastable to B as well.
272   /// 2.2. All pointers of the same address space, no matter what they point to,
273   ///      bitcastable. So if C is pointer, it could be bitcasted to A and to B.
274   /// So any constant equal or bitcastable to A is equal or bitcastable to B.
275   /// QED.
276   ///
277   /// In another words, for pointers and vectors, we ignore top-level type and
278   /// look at their particular properties (bit-width for vectors, and
279   /// address space for pointers).
280   /// If these properties are equal - compare their contents.
281   int cmpConstants(const Constant *L, const Constant *R);
282
283   /// Assign or look up previously assigned numbers for the two values, and
284   /// return whether the numbers are equal. Numbers are assigned in the order
285   /// visited.
286   /// Comparison order:
287   /// Stage 0: Value that is function itself is always greater then others.
288   ///          If left and right values are references to their functions, then
289   ///          they are equal.
290   /// Stage 1: Constants are greater than non-constants.
291   ///          If both left and right are constants, then the result of
292   ///          cmpConstants is used as cmpValues result.
293   /// Stage 2: InlineAsm instances are greater than others. If both left and
294   ///          right are InlineAsm instances, InlineAsm* pointers casted to
295   ///          integers and compared as numbers.
296   /// Stage 3: For all other cases we compare order we meet these values in
297   ///          their functions. If right value was met first during scanning,
298   ///          then left value is greater.
299   ///          In another words, we compare serial numbers, for more details
300   ///          see comments for sn_mapL and sn_mapR.
301   int cmpValues(const Value *L, const Value *R);
302
303   bool enumerate(const Value *V1, const Value *V2) {
304     return cmpValues(V1, V2) == 0;
305   }
306
307   /// Compare two Instructions for equivalence, similar to
308   /// Instruction::isSameOperationAs but with modifications to the type
309   /// comparison.
310   /// Stages are listed in "most significant stage first" order:
311   /// On each stage below, we do comparison between some left and right
312   /// operation parts. If parts are non-equal, we assign parts comparison
313   /// result to the operation comparison result and exit from method.
314   /// Otherwise we proceed to the next stage.
315   /// Stages:
316   /// 1. Operations opcodes. Compared as numbers.
317   /// 2. Number of operands.
318   /// 3. Operation types. Compared with cmpType method.
319   /// 4. Compare operation subclass optional data as stream of bytes:
320   /// just convert it to integers and call cmpNumbers.
321   /// 5. Compare in operation operand types with cmpType in
322   /// most significant operand first order.
323   /// 6. Last stage. Check operations for some specific attributes.
324   /// For example, for Load it would be:
325   /// 6.1.Load: volatile (as boolean flag)
326   /// 6.2.Load: alignment (as integer numbers)
327   /// 6.3.Load: synch-scope (as integer numbers)
328   /// 6.4.Load: range metadata (as integer numbers)
329   /// On this stage its better to see the code, since its not more than 10-15
330   /// strings for particular instruction, and could change sometimes.
331   int cmpOperation(const Instruction *L, const Instruction *R) const;
332
333   bool isEquivalentOperation(const Instruction *I1,
334                              const Instruction *I2) const {
335     return cmpOperation(I1, I2) == 0;
336   }
337
338   /// Compare two GEPs for equivalent pointer arithmetic.
339   /// Parts to be compared for each comparison stage,
340   /// most significant stage first:
341   /// 1. Address space. As numbers.
342   /// 2. Constant offset, (if "DataLayout *DL" field is not NULL,
343   /// using GEPOperator::accumulateConstantOffset method).
344   /// 3. Pointer operand type (using cmpType method).
345   /// 4. Number of operands.
346   /// 5. Compare operands, using cmpValues method.
347   int cmpGEP(const GEPOperator *GEPL, const GEPOperator *GEPR);
348   int cmpGEP(const GetElementPtrInst *GEPL, const GetElementPtrInst *GEPR) {
349     return cmpGEP(cast<GEPOperator>(GEPL), cast<GEPOperator>(GEPR));
350   }
351
352   bool isEquivalentGEP(const GEPOperator *GEP1, const GEPOperator *GEP2) {
353     return cmpGEP(GEP1, GEP2) == 0;
354   }
355   bool isEquivalentGEP(const GetElementPtrInst *GEP1,
356                        const GetElementPtrInst *GEP2) {
357     return isEquivalentGEP(cast<GEPOperator>(GEP1), cast<GEPOperator>(GEP2));
358   }
359
360   /// cmpType - compares two types,
361   /// defines total ordering among the types set.
362   ///
363   /// Return values:
364   /// 0 if types are equal,
365   /// -1 if Left is less than Right,
366   /// +1 if Left is greater than Right.
367   ///
368   /// Description:
369   /// Comparison is broken onto stages. Like in lexicographical comparison
370   /// stage coming first has higher priority.
371   /// On each explanation stage keep in mind total ordering properties.
372   ///
373   /// 0. Before comparison we coerce pointer types of 0 address space to
374   /// integer.
375   /// We also don't bother with same type at left and right, so
376   /// just return 0 in this case.
377   ///
378   /// 1. If types are of different kind (different type IDs).
379   ///    Return result of type IDs comparison, treating them as numbers.
380   /// 2. If types are vectors or integers, compare Type* values as numbers.
381   /// 3. Types has same ID, so check whether they belongs to the next group:
382   /// * Void
383   /// * Float
384   /// * Double
385   /// * X86_FP80
386   /// * FP128
387   /// * PPC_FP128
388   /// * Label
389   /// * Metadata
390   /// If so - return 0, yes - we can treat these types as equal only because
391   /// their IDs are same.
392   /// 4. If Left and Right are pointers, return result of address space
393   /// comparison (numbers comparison). We can treat pointer types of same
394   /// address space as equal.
395   /// 5. If types are complex.
396   /// Then both Left and Right are to be expanded and their element types will
397   /// be checked with the same way. If we get Res != 0 on some stage, return it.
398   /// Otherwise return 0.
399   /// 6. For all other cases put llvm_unreachable.
400   int cmpType(Type *TyL, Type *TyR) const;
401
402   bool isEquivalentType(Type *Ty1, Type *Ty2) const {
403     return cmpType(Ty1, Ty2) == 0;
404   }
405
406   int cmpNumbers(uint64_t L, uint64_t R) const;
407
408   int cmpAPInt(const APInt &L, const APInt &R) const;
409   int cmpAPFloat(const APFloat &L, const APFloat &R) const;
410   int cmpStrings(StringRef L, StringRef R) const;
411   int cmpAttrs(const AttributeSet L, const AttributeSet R) const;
412
413   // The two functions undergoing comparison.
414   const Function *F1, *F2;
415
416   const DataLayout *DL;
417
418   /// Assign serial numbers to values from left function, and values from
419   /// right function.
420   /// Explanation:
421   /// Being comparing functions we need to compare values we meet at left and
422   /// right sides.
423   /// Its easy to sort things out for external values. It just should be
424   /// the same value at left and right.
425   /// But for local values (those were introduced inside function body)
426   /// we have to ensure they were introduced at exactly the same place,
427   /// and plays the same role.
428   /// Let's assign serial number to each value when we meet it first time.
429   /// Values that were met at same place will be with same serial numbers.
430   /// In this case it would be good to explain few points about values assigned
431   /// to BBs and other ways of implementation (see below).
432   ///
433   /// 1. Safety of BB reordering.
434   /// It's safe to change the order of BasicBlocks in function.
435   /// Relationship with other functions and serial numbering will not be
436   /// changed in this case.
437   /// As follows from FunctionComparator::compare(), we do CFG walk: we start
438   /// from the entry, and then take each terminator. So it doesn't matter how in
439   /// fact BBs are ordered in function. And since cmpValues are called during
440   /// this walk, the numbering depends only on how BBs located inside the CFG.
441   /// So the answer is - yes. We will get the same numbering.
442   ///
443   /// 2. Impossibility to use dominance properties of values.
444   /// If we compare two instruction operands: first is usage of local
445   /// variable AL from function FL, and second is usage of local variable AR
446   /// from FR, we could compare their origins and check whether they are
447   /// defined at the same place.
448   /// But, we are still not able to compare operands of PHI nodes, since those
449   /// could be operands from further BBs we didn't scan yet.
450   /// So it's impossible to use dominance properties in general.
451   DenseMap<const Value*, int> sn_mapL, sn_mapR;
452 };
453
454 }
455
456 int FunctionComparator::cmpNumbers(uint64_t L, uint64_t R) const {
457   if (L < R) return -1;
458   if (L > R) return 1;
459   return 0;
460 }
461
462 int FunctionComparator::cmpAPInt(const APInt &L, const APInt &R) const {
463   if (int Res = cmpNumbers(L.getBitWidth(), R.getBitWidth()))
464     return Res;
465   if (L.ugt(R)) return 1;
466   if (R.ugt(L)) return -1;
467   return 0;
468 }
469
470 int FunctionComparator::cmpAPFloat(const APFloat &L, const APFloat &R) const {
471   if (int Res = cmpNumbers((uint64_t)&L.getSemantics(),
472                            (uint64_t)&R.getSemantics()))
473     return Res;
474   return cmpAPInt(L.bitcastToAPInt(), R.bitcastToAPInt());
475 }
476
477 int FunctionComparator::cmpStrings(StringRef L, StringRef R) const {
478   // Prevent heavy comparison, compare sizes first.
479   if (int Res = cmpNumbers(L.size(), R.size()))
480     return Res;
481
482   // Compare strings lexicographically only when it is necessary: only when
483   // strings are equal in size.
484   return L.compare(R);
485 }
486
487 int FunctionComparator::cmpAttrs(const AttributeSet L,
488                                  const AttributeSet R) const {
489   if (int Res = cmpNumbers(L.getNumSlots(), R.getNumSlots()))
490     return Res;
491
492   for (unsigned i = 0, e = L.getNumSlots(); i != e; ++i) {
493     AttributeSet::iterator LI = L.begin(i), LE = L.end(i), RI = R.begin(i),
494                            RE = R.end(i);
495     for (; LI != LE && RI != RE; ++LI, ++RI) {
496       Attribute LA = *LI;
497       Attribute RA = *RI;
498       if (LA < RA)
499         return -1;
500       if (RA < LA)
501         return 1;
502     }
503     if (LI != LE)
504       return 1;
505     if (RI != RE)
506       return -1;
507   }
508   return 0;
509 }
510
511 /// Constants comparison:
512 /// 1. Check whether type of L constant could be losslessly bitcasted to R
513 /// type.
514 /// 2. Compare constant contents.
515 /// For more details see declaration comments.
516 int FunctionComparator::cmpConstants(const Constant *L, const Constant *R) {
517
518   Type *TyL = L->getType();
519   Type *TyR = R->getType();
520
521   // Check whether types are bitcastable. This part is just re-factored
522   // Type::canLosslesslyBitCastTo method, but instead of returning true/false,
523   // we also pack into result which type is "less" for us.
524   int TypesRes = cmpType(TyL, TyR);
525   if (TypesRes != 0) {
526     // Types are different, but check whether we can bitcast them.
527     if (!TyL->isFirstClassType()) {
528       if (TyR->isFirstClassType())
529         return -1;
530       // Neither TyL nor TyR are values of first class type. Return the result
531       // of comparing the types
532       return TypesRes;
533     }
534     if (!TyR->isFirstClassType()) {
535       if (TyL->isFirstClassType())
536         return 1;
537       return TypesRes;
538     }
539
540     // Vector -> Vector conversions are always lossless if the two vector types
541     // have the same size, otherwise not.
542     unsigned TyLWidth = 0;
543     unsigned TyRWidth = 0;
544
545     if (const VectorType *VecTyL = dyn_cast<VectorType>(TyL))
546       TyLWidth = VecTyL->getBitWidth();
547     if (const VectorType *VecTyR = dyn_cast<VectorType>(TyR))
548       TyRWidth = VecTyR->getBitWidth();
549
550     if (TyLWidth != TyRWidth)
551       return cmpNumbers(TyLWidth, TyRWidth);
552
553     // Zero bit-width means neither TyL nor TyR are vectors.
554     if (!TyLWidth) {
555       PointerType *PTyL = dyn_cast<PointerType>(TyL);
556       PointerType *PTyR = dyn_cast<PointerType>(TyR);
557       if (PTyL && PTyR) {
558         unsigned AddrSpaceL = PTyL->getAddressSpace();
559         unsigned AddrSpaceR = PTyR->getAddressSpace();
560         if (int Res = cmpNumbers(AddrSpaceL, AddrSpaceR))
561           return Res;
562       }
563       if (PTyL)
564         return 1;
565       if (PTyR)
566         return -1;
567
568       // TyL and TyR aren't vectors, nor pointers. We don't know how to
569       // bitcast them.
570       return TypesRes;
571     }
572   }
573
574   // OK, types are bitcastable, now check constant contents.
575
576   if (L->isNullValue() && R->isNullValue())
577     return TypesRes;
578   if (L->isNullValue() && !R->isNullValue())
579     return 1;
580   if (!L->isNullValue() && R->isNullValue())
581     return -1;
582
583   if (int Res = cmpNumbers(L->getValueID(), R->getValueID()))
584     return Res;
585
586   switch (L->getValueID()) {
587   case Value::UndefValueVal: return TypesRes;
588   case Value::ConstantIntVal: {
589     const APInt &LInt = cast<ConstantInt>(L)->getValue();
590     const APInt &RInt = cast<ConstantInt>(R)->getValue();
591     return cmpAPInt(LInt, RInt);
592   }
593   case Value::ConstantFPVal: {
594     const APFloat &LAPF = cast<ConstantFP>(L)->getValueAPF();
595     const APFloat &RAPF = cast<ConstantFP>(R)->getValueAPF();
596     return cmpAPFloat(LAPF, RAPF);
597   }
598   case Value::ConstantArrayVal: {
599     const ConstantArray *LA = cast<ConstantArray>(L);
600     const ConstantArray *RA = cast<ConstantArray>(R);
601     uint64_t NumElementsL = cast<ArrayType>(TyL)->getNumElements();
602     uint64_t NumElementsR = cast<ArrayType>(TyR)->getNumElements();
603     if (int Res = cmpNumbers(NumElementsL, NumElementsR))
604       return Res;
605     for (uint64_t i = 0; i < NumElementsL; ++i) {
606       if (int Res = cmpConstants(cast<Constant>(LA->getOperand(i)),
607                                  cast<Constant>(RA->getOperand(i))))
608         return Res;
609     }
610     return 0;
611   }
612   case Value::ConstantStructVal: {
613     const ConstantStruct *LS = cast<ConstantStruct>(L);
614     const ConstantStruct *RS = cast<ConstantStruct>(R);
615     unsigned NumElementsL = cast<StructType>(TyL)->getNumElements();
616     unsigned NumElementsR = cast<StructType>(TyR)->getNumElements();
617     if (int Res = cmpNumbers(NumElementsL, NumElementsR))
618       return Res;
619     for (unsigned i = 0; i != NumElementsL; ++i) {
620       if (int Res = cmpConstants(cast<Constant>(LS->getOperand(i)),
621                                  cast<Constant>(RS->getOperand(i))))
622         return Res;
623     }
624     return 0;
625   }
626   case Value::ConstantVectorVal: {
627     const ConstantVector *LV = cast<ConstantVector>(L);
628     const ConstantVector *RV = cast<ConstantVector>(R);
629     unsigned NumElementsL = cast<VectorType>(TyL)->getNumElements();
630     unsigned NumElementsR = cast<VectorType>(TyR)->getNumElements();
631     if (int Res = cmpNumbers(NumElementsL, NumElementsR))
632       return Res;
633     for (uint64_t i = 0; i < NumElementsL; ++i) {
634       if (int Res = cmpConstants(cast<Constant>(LV->getOperand(i)),
635                                  cast<Constant>(RV->getOperand(i))))
636         return Res;
637     }
638     return 0;
639   }
640   case Value::ConstantExprVal: {
641     const ConstantExpr *LE = cast<ConstantExpr>(L);
642     const ConstantExpr *RE = cast<ConstantExpr>(R);
643     unsigned NumOperandsL = LE->getNumOperands();
644     unsigned NumOperandsR = RE->getNumOperands();
645     if (int Res = cmpNumbers(NumOperandsL, NumOperandsR))
646       return Res;
647     for (unsigned i = 0; i < NumOperandsL; ++i) {
648       if (int Res = cmpConstants(cast<Constant>(LE->getOperand(i)),
649                                  cast<Constant>(RE->getOperand(i))))
650         return Res;
651     }
652     return 0;
653   }
654   case Value::FunctionVal:
655   case Value::GlobalVariableVal:
656   case Value::GlobalAliasVal:
657   default: // Unknown constant, cast L and R pointers to numbers and compare.
658     return cmpNumbers((uint64_t)L, (uint64_t)R);
659   }
660 }
661
662 /// cmpType - compares two types,
663 /// defines total ordering among the types set.
664 /// See method declaration comments for more details.
665 int FunctionComparator::cmpType(Type *TyL, Type *TyR) const {
666
667   PointerType *PTyL = dyn_cast<PointerType>(TyL);
668   PointerType *PTyR = dyn_cast<PointerType>(TyR);
669
670   if (DL) {
671     if (PTyL && PTyL->getAddressSpace() == 0) TyL = DL->getIntPtrType(TyL);
672     if (PTyR && PTyR->getAddressSpace() == 0) TyR = DL->getIntPtrType(TyR);
673   }
674
675   if (TyL == TyR)
676     return 0;
677
678   if (int Res = cmpNumbers(TyL->getTypeID(), TyR->getTypeID()))
679     return Res;
680
681   switch (TyL->getTypeID()) {
682   default:
683     llvm_unreachable("Unknown type!");
684     // Fall through in Release mode.
685   case Type::IntegerTyID:
686   case Type::VectorTyID:
687     // TyL == TyR would have returned true earlier.
688     return cmpNumbers((uint64_t)TyL, (uint64_t)TyR);
689
690   case Type::VoidTyID:
691   case Type::FloatTyID:
692   case Type::DoubleTyID:
693   case Type::X86_FP80TyID:
694   case Type::FP128TyID:
695   case Type::PPC_FP128TyID:
696   case Type::LabelTyID:
697   case Type::MetadataTyID:
698     return 0;
699
700   case Type::PointerTyID: {
701     assert(PTyL && PTyR && "Both types must be pointers here.");
702     return cmpNumbers(PTyL->getAddressSpace(), PTyR->getAddressSpace());
703   }
704
705   case Type::StructTyID: {
706     StructType *STyL = cast<StructType>(TyL);
707     StructType *STyR = cast<StructType>(TyR);
708     if (STyL->getNumElements() != STyR->getNumElements())
709       return cmpNumbers(STyL->getNumElements(), STyR->getNumElements());
710
711     if (STyL->isPacked() != STyR->isPacked())
712       return cmpNumbers(STyL->isPacked(), STyR->isPacked());
713
714     for (unsigned i = 0, e = STyL->getNumElements(); i != e; ++i) {
715       if (int Res = cmpType(STyL->getElementType(i),
716                             STyR->getElementType(i)))
717         return Res;
718     }
719     return 0;
720   }
721
722   case Type::FunctionTyID: {
723     FunctionType *FTyL = cast<FunctionType>(TyL);
724     FunctionType *FTyR = cast<FunctionType>(TyR);
725     if (FTyL->getNumParams() != FTyR->getNumParams())
726       return cmpNumbers(FTyL->getNumParams(), FTyR->getNumParams());
727
728     if (FTyL->isVarArg() != FTyR->isVarArg())
729       return cmpNumbers(FTyL->isVarArg(), FTyR->isVarArg());
730
731     if (int Res = cmpType(FTyL->getReturnType(), FTyR->getReturnType()))
732       return Res;
733
734     for (unsigned i = 0, e = FTyL->getNumParams(); i != e; ++i) {
735       if (int Res = cmpType(FTyL->getParamType(i), FTyR->getParamType(i)))
736         return Res;
737     }
738     return 0;
739   }
740
741   case Type::ArrayTyID: {
742     ArrayType *ATyL = cast<ArrayType>(TyL);
743     ArrayType *ATyR = cast<ArrayType>(TyR);
744     if (ATyL->getNumElements() != ATyR->getNumElements())
745       return cmpNumbers(ATyL->getNumElements(), ATyR->getNumElements());
746     return cmpType(ATyL->getElementType(), ATyR->getElementType());
747   }
748   }
749 }
750
751 // Determine whether the two operations are the same except that pointer-to-A
752 // and pointer-to-B are equivalent. This should be kept in sync with
753 // Instruction::isSameOperationAs.
754 // Read method declaration comments for more details.
755 int FunctionComparator::cmpOperation(const Instruction *L,
756                                      const Instruction *R) const {
757   // Differences from Instruction::isSameOperationAs:
758   //  * replace type comparison with calls to isEquivalentType.
759   //  * we test for I->hasSameSubclassOptionalData (nuw/nsw/tail) at the top
760   //  * because of the above, we don't test for the tail bit on calls later on
761   if (int Res = cmpNumbers(L->getOpcode(), R->getOpcode()))
762     return Res;
763
764   if (int Res = cmpNumbers(L->getNumOperands(), R->getNumOperands()))
765     return Res;
766
767   if (int Res = cmpType(L->getType(), R->getType()))
768     return Res;
769
770   if (int Res = cmpNumbers(L->getRawSubclassOptionalData(),
771                            R->getRawSubclassOptionalData()))
772     return Res;
773
774   // We have two instructions of identical opcode and #operands.  Check to see
775   // if all operands are the same type
776   for (unsigned i = 0, e = L->getNumOperands(); i != e; ++i) {
777     if (int Res =
778             cmpType(L->getOperand(i)->getType(), R->getOperand(i)->getType()))
779       return Res;
780   }
781
782   // Check special state that is a part of some instructions.
783   if (const LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(L)) {
784     if (int Res = cmpNumbers(LI->isVolatile(), cast<LoadInst>(R)->isVolatile()))
785       return Res;
786     if (int Res =
787             cmpNumbers(LI->getAlignment(), cast<LoadInst>(R)->getAlignment()))
788       return Res;
789     if (int Res =
790             cmpNumbers(LI->getOrdering(), cast<LoadInst>(R)->getOrdering()))
791       return Res;
792     if (int Res =
793             cmpNumbers(LI->getSynchScope(), cast<LoadInst>(R)->getSynchScope()))
794       return Res;
795     return cmpNumbers((uint64_t)LI->getMetadata(LLVMContext::MD_range),
796                       (uint64_t)cast<LoadInst>(R)->getMetadata(LLVMContext::MD_range));
797   }
798   if (const StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(L)) {
799     if (int Res =
800             cmpNumbers(SI->isVolatile(), cast<StoreInst>(R)->isVolatile()))
801       return Res;
802     if (int Res =
803             cmpNumbers(SI->getAlignment(), cast<StoreInst>(R)->getAlignment()))
804       return Res;
805     if (int Res =
806             cmpNumbers(SI->getOrdering(), cast<StoreInst>(R)->getOrdering()))
807       return Res;
808     return cmpNumbers(SI->getSynchScope(), cast<StoreInst>(R)->getSynchScope());
809   }
810   if (const CmpInst *CI = dyn_cast<CmpInst>(L))
811     return cmpNumbers(CI->getPredicate(), cast<CmpInst>(R)->getPredicate());
812   if (const CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(L)) {
813     if (int Res = cmpNumbers(CI->getCallingConv(),
814                              cast<CallInst>(R)->getCallingConv()))
815       return Res;
816     return cmpAttrs(CI->getAttributes(), cast<CallInst>(R)->getAttributes());
817   }
818   if (const InvokeInst *CI = dyn_cast<InvokeInst>(L)) {
819     if (int Res = cmpNumbers(CI->getCallingConv(),
820                              cast<InvokeInst>(R)->getCallingConv()))
821       return Res;
822     return cmpAttrs(CI->getAttributes(), cast<InvokeInst>(R)->getAttributes());
823   }
824   if (const InsertValueInst *IVI = dyn_cast<InsertValueInst>(L)) {
825     ArrayRef<unsigned> LIndices = IVI->getIndices();
826     ArrayRef<unsigned> RIndices = cast<InsertValueInst>(R)->getIndices();
827     if (int Res = cmpNumbers(LIndices.size(), RIndices.size()))
828       return Res;
829     for (size_t i = 0, e = LIndices.size(); i != e; ++i) {
830       if (int Res = cmpNumbers(LIndices[i], RIndices[i]))
831         return Res;
832     }
833   }
834   if (const ExtractValueInst *EVI = dyn_cast<ExtractValueInst>(L)) {
835     ArrayRef<unsigned> LIndices = EVI->getIndices();
836     ArrayRef<unsigned> RIndices = cast<ExtractValueInst>(R)->getIndices();
837     if (int Res = cmpNumbers(LIndices.size(), RIndices.size()))
838       return Res;
839     for (size_t i = 0, e = LIndices.size(); i != e; ++i) {
840       if (int Res = cmpNumbers(LIndices[i], RIndices[i]))
841         return Res;
842     }
843   }
844   if (const FenceInst *FI = dyn_cast<FenceInst>(L)) {
845     if (int Res =
846             cmpNumbers(FI->getOrdering(), cast<FenceInst>(R)->getOrdering()))
847       return Res;
848     return cmpNumbers(FI->getSynchScope(), cast<FenceInst>(R)->getSynchScope());
849   }
850
851   if (const AtomicCmpXchgInst *CXI = dyn_cast<AtomicCmpXchgInst>(L)) {
852     if (int Res = cmpNumbers(CXI->isVolatile(),
853                              cast<AtomicCmpXchgInst>(R)->isVolatile()))
854       return Res;
855     if (int Res = cmpNumbers(CXI->isWeak(),
856                              cast<AtomicCmpXchgInst>(R)->isWeak()))
857       return Res;
858     if (int Res = cmpNumbers(CXI->getSuccessOrdering(),
859                              cast<AtomicCmpXchgInst>(R)->getSuccessOrdering()))
860       return Res;
861     if (int Res = cmpNumbers(CXI->getFailureOrdering(),
862                              cast<AtomicCmpXchgInst>(R)->getFailureOrdering()))
863       return Res;
864     return cmpNumbers(CXI->getSynchScope(),
865                       cast<AtomicCmpXchgInst>(R)->getSynchScope());
866   }
867   if (const AtomicRMWInst *RMWI = dyn_cast<AtomicRMWInst>(L)) {
868     if (int Res = cmpNumbers(RMWI->getOperation(),
869                              cast<AtomicRMWInst>(R)->getOperation()))
870       return Res;
871     if (int Res = cmpNumbers(RMWI->isVolatile(),
872                              cast<AtomicRMWInst>(R)->isVolatile()))
873       return Res;
874     if (int Res = cmpNumbers(RMWI->getOrdering(),
875                              cast<AtomicRMWInst>(R)->getOrdering()))
876       return Res;
877     return cmpNumbers(RMWI->getSynchScope(),
878                       cast<AtomicRMWInst>(R)->getSynchScope());
879   }
880   return 0;
881 }
882
883 // Determine whether two GEP operations perform the same underlying arithmetic.
884 // Read method declaration comments for more details.
885 int FunctionComparator::cmpGEP(const GEPOperator *GEPL,
886                                const GEPOperator *GEPR) {
887
888   unsigned int ASL = GEPL->getPointerAddressSpace();
889   unsigned int ASR = GEPR->getPointerAddressSpace();
890
891   if (int Res = cmpNumbers(ASL, ASR))
892     return Res;
893
894   // When we have target data, we can reduce the GEP down to the value in bytes
895   // added to the address.
896   if (DL) {
897     unsigned BitWidth = DL->getPointerSizeInBits(ASL);
898     APInt OffsetL(BitWidth, 0), OffsetR(BitWidth, 0);
899     if (GEPL->accumulateConstantOffset(*DL, OffsetL) &&
900         GEPR->accumulateConstantOffset(*DL, OffsetR))
901       return cmpAPInt(OffsetL, OffsetR);
902   }
903
904   if (int Res = cmpNumbers((uint64_t)GEPL->getPointerOperand()->getType(),
905                            (uint64_t)GEPR->getPointerOperand()->getType()))
906     return Res;
907
908   if (int Res = cmpNumbers(GEPL->getNumOperands(), GEPR->getNumOperands()))
909     return Res;
910
911   for (unsigned i = 0, e = GEPL->getNumOperands(); i != e; ++i) {
912     if (int Res = cmpValues(GEPL->getOperand(i), GEPR->getOperand(i)))
913       return Res;
914   }
915
916   return 0;
917 }
918
919 /// Compare two values used by the two functions under pair-wise comparison. If
920 /// this is the first time the values are seen, they're added to the mapping so
921 /// that we will detect mismatches on next use.
922 /// See comments in declaration for more details.
923 int FunctionComparator::cmpValues(const Value *L, const Value *R) {
924   // Catch self-reference case.
925   if (L == F1) {
926     if (R == F2)
927       return 0;
928     return -1;
929   }
930   if (R == F2) {
931     if (L == F1)
932       return 0;
933     return 1;
934   }
935
936   const Constant *ConstL = dyn_cast<Constant>(L);
937   const Constant *ConstR = dyn_cast<Constant>(R);
938   if (ConstL && ConstR) {
939     if (L == R)
940       return 0;
941     return cmpConstants(ConstL, ConstR);
942   }
943
944   if (ConstL)
945     return 1;
946   if (ConstR)
947     return -1;
948
949   const InlineAsm *InlineAsmL = dyn_cast<InlineAsm>(L);
950   const InlineAsm *InlineAsmR = dyn_cast<InlineAsm>(R);
951
952   if (InlineAsmL && InlineAsmR)
953     return cmpNumbers((uint64_t)L, (uint64_t)R);
954   if (InlineAsmL)
955     return 1;
956   if (InlineAsmR)
957     return -1;
958
959   auto LeftSN = sn_mapL.insert(std::make_pair(L, sn_mapL.size())),
960        RightSN = sn_mapR.insert(std::make_pair(R, sn_mapR.size()));
961
962   return cmpNumbers(LeftSN.first->second, RightSN.first->second);
963 }
964 // Test whether two basic blocks have equivalent behaviour.
965 bool FunctionComparator::compare(const BasicBlock *BB1, const BasicBlock *BB2) {
966   BasicBlock::const_iterator F1I = BB1->begin(), F1E = BB1->end();
967   BasicBlock::const_iterator F2I = BB2->begin(), F2E = BB2->end();
968
969   do {
970     if (!enumerate(F1I, F2I))
971       return false;
972
973     if (const GetElementPtrInst *GEP1 = dyn_cast<GetElementPtrInst>(F1I)) {
974       const GetElementPtrInst *GEP2 = dyn_cast<GetElementPtrInst>(F2I);
975       if (!GEP2)
976         return false;
977
978       if (!enumerate(GEP1->getPointerOperand(), GEP2->getPointerOperand()))
979         return false;
980
981       if (!isEquivalentGEP(GEP1, GEP2))
982         return false;
983     } else {
984       if (!isEquivalentOperation(F1I, F2I))
985         return false;
986
987       assert(F1I->getNumOperands() == F2I->getNumOperands());
988       for (unsigned i = 0, e = F1I->getNumOperands(); i != e; ++i) {
989         Value *OpF1 = F1I->getOperand(i);
990         Value *OpF2 = F2I->getOperand(i);
991
992         if (!enumerate(OpF1, OpF2))
993           return false;
994
995         if (OpF1->getValueID() != OpF2->getValueID() ||
996             !isEquivalentType(OpF1->getType(), OpF2->getType()))
997           return false;
998       }
999     }
1000
1001     ++F1I, ++F2I;
1002   } while (F1I != F1E && F2I != F2E);
1003
1004   return F1I == F1E && F2I == F2E;
1005 }
1006
1007 // Test whether the two functions have equivalent behaviour.
1008 bool FunctionComparator::compare() {
1009   // We need to recheck everything, but check the things that weren't included
1010   // in the hash first.
1011
1012   sn_mapL.clear();
1013   sn_mapR.clear();
1014
1015   if (F1->getAttributes() != F2->getAttributes())
1016     return false;
1017
1018   if (F1->hasGC() != F2->hasGC())
1019     return false;
1020
1021   if (F1->hasGC() && F1->getGC() != F2->getGC())
1022     return false;
1023
1024   if (F1->hasSection() != F2->hasSection())
1025     return false;
1026
1027   if (F1->hasSection() && F1->getSection() != F2->getSection())
1028     return false;
1029
1030   if (F1->isVarArg() != F2->isVarArg())
1031     return false;
1032
1033   // TODO: if it's internal and only used in direct calls, we could handle this
1034   // case too.
1035   if (F1->getCallingConv() != F2->getCallingConv())
1036     return false;
1037
1038   if (!isEquivalentType(F1->getFunctionType(), F2->getFunctionType()))
1039     return false;
1040
1041   assert(F1->arg_size() == F2->arg_size() &&
1042          "Identically typed functions have different numbers of args!");
1043
1044   // Visit the arguments so that they get enumerated in the order they're
1045   // passed in.
1046   for (Function::const_arg_iterator f1i = F1->arg_begin(),
1047          f2i = F2->arg_begin(), f1e = F1->arg_end(); f1i != f1e; ++f1i, ++f2i) {
1048     if (!enumerate(f1i, f2i))
1049       llvm_unreachable("Arguments repeat!");
1050   }
1051
1052   // We do a CFG-ordered walk since the actual ordering of the blocks in the
1053   // linked list is immaterial. Our walk starts at the entry block for both
1054   // functions, then takes each block from each terminator in order. As an
1055   // artifact, this also means that unreachable blocks are ignored.
1056   SmallVector<const BasicBlock *, 8> F1BBs, F2BBs;
1057   SmallSet<const BasicBlock *, 128> VisitedBBs; // in terms of F1.
1058
1059   F1BBs.push_back(&F1->getEntryBlock());
1060   F2BBs.push_back(&F2->getEntryBlock());
1061
1062   VisitedBBs.insert(F1BBs[0]);
1063   while (!F1BBs.empty()) {
1064     const BasicBlock *F1BB = F1BBs.pop_back_val();
1065     const BasicBlock *F2BB = F2BBs.pop_back_val();
1066
1067     if (!enumerate(F1BB, F2BB) || !compare(F1BB, F2BB))
1068       return false;
1069
1070     const TerminatorInst *F1TI = F1BB->getTerminator();
1071     const TerminatorInst *F2TI = F2BB->getTerminator();
1072
1073     assert(F1TI->getNumSuccessors() == F2TI->getNumSuccessors());
1074     for (unsigned i = 0, e = F1TI->getNumSuccessors(); i != e; ++i) {
1075       if (!VisitedBBs.insert(F1TI->getSuccessor(i)))
1076         continue;
1077
1078       F1BBs.push_back(F1TI->getSuccessor(i));
1079       F2BBs.push_back(F2TI->getSuccessor(i));
1080     }
1081   }
1082   return true;
1083 }
1084
1085 namespace {
1086
1087 /// MergeFunctions finds functions which will generate identical machine code,
1088 /// by considering all pointer types to be equivalent. Once identified,
1089 /// MergeFunctions will fold them by replacing a call to one to a call to a
1090 /// bitcast of the other.
1091 ///
1092 class MergeFunctions : public ModulePass {
1093 public:
1094   static char ID;
1095   MergeFunctions()
1096     : ModulePass(ID), HasGlobalAliases(false) {
1097     initializeMergeFunctionsPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
1098   }
1099
1100   bool runOnModule(Module &M) override;
1101
1102 private:
1103   typedef DenseSet<ComparableFunction> FnSetType;
1104
1105   /// A work queue of functions that may have been modified and should be
1106   /// analyzed again.
1107   std::vector<WeakVH> Deferred;
1108
1109   /// Insert a ComparableFunction into the FnSet, or merge it away if it's
1110   /// equal to one that's already present.
1111   bool insert(ComparableFunction &NewF);
1112
1113   /// Remove a Function from the FnSet and queue it up for a second sweep of
1114   /// analysis.
1115   void remove(Function *F);
1116
1117   /// Find the functions that use this Value and remove them from FnSet and
1118   /// queue the functions.
1119   void removeUsers(Value *V);
1120
1121   /// Replace all direct calls of Old with calls of New. Will bitcast New if
1122   /// necessary to make types match.
1123   void replaceDirectCallers(Function *Old, Function *New);
1124
1125   /// Merge two equivalent functions. Upon completion, G may be deleted, or may
1126   /// be converted into a thunk. In either case, it should never be visited
1127   /// again.
1128   void mergeTwoFunctions(Function *F, Function *G);
1129
1130   /// Replace G with a thunk or an alias to F. Deletes G.
1131   void writeThunkOrAlias(Function *F, Function *G);
1132
1133   /// Replace G with a simple tail call to bitcast(F). Also replace direct uses
1134   /// of G with bitcast(F). Deletes G.
1135   void writeThunk(Function *F, Function *G);
1136
1137   /// Replace G with an alias to F. Deletes G.
1138   void writeAlias(Function *F, Function *G);
1139
1140   /// The set of all distinct functions. Use the insert() and remove() methods
1141   /// to modify it.
1142   FnSetType FnSet;
1143
1144   /// DataLayout for more accurate GEP comparisons. May be NULL.
1145   const DataLayout *DL;
1146
1147   /// Whether or not the target supports global aliases.
1148   bool HasGlobalAliases;
1149 };
1150
1151 }  // end anonymous namespace
1152
1153 char MergeFunctions::ID = 0;
1154 INITIALIZE_PASS(MergeFunctions, "mergefunc", "Merge Functions", false, false)
1155
1156 ModulePass *llvm::createMergeFunctionsPass() {
1157   return new MergeFunctions();
1158 }
1159
1160 bool MergeFunctions::runOnModule(Module &M) {
1161   bool Changed = false;
1162   DataLayoutPass *DLP = getAnalysisIfAvailable<DataLayoutPass>();
1163   DL = DLP ? &DLP->getDataLayout() : nullptr;
1164
1165   for (Module::iterator I = M.begin(), E = M.end(); I != E; ++I) {
1166     if (!I->isDeclaration() && !I->hasAvailableExternallyLinkage())
1167       Deferred.push_back(WeakVH(I));
1168   }
1169   FnSet.resize(Deferred.size());
1170
1171   do {
1172     std::vector<WeakVH> Worklist;
1173     Deferred.swap(Worklist);
1174
1175     DEBUG(dbgs() << "size of module: " << M.size() << '\n');
1176     DEBUG(dbgs() << "size of worklist: " << Worklist.size() << '\n');
1177
1178     // Insert only strong functions and merge them. Strong function merging
1179     // always deletes one of them.
1180     for (std::vector<WeakVH>::iterator I = Worklist.begin(),
1181            E = Worklist.end(); I != E; ++I) {
1182       if (!*I) continue;
1183       Function *F = cast<Function>(*I);
1184       if (!F->isDeclaration() && !F->hasAvailableExternallyLinkage() &&
1185           !F->mayBeOverridden()) {
1186         ComparableFunction CF = ComparableFunction(F, DL);
1187         Changed |= insert(CF);
1188       }
1189     }
1190
1191     // Insert only weak functions and merge them. By doing these second we
1192     // create thunks to the strong function when possible. When two weak
1193     // functions are identical, we create a new strong function with two weak
1194     // weak thunks to it which are identical but not mergable.
1195     for (std::vector<WeakVH>::iterator I = Worklist.begin(),
1196            E = Worklist.end(); I != E; ++I) {
1197       if (!*I) continue;
1198       Function *F = cast<Function>(*I);
1199       if (!F->isDeclaration() && !F->hasAvailableExternallyLinkage() &&
1200           F->mayBeOverridden()) {
1201         ComparableFunction CF = ComparableFunction(F, DL);
1202         Changed |= insert(CF);
1203       }
1204     }
1205     DEBUG(dbgs() << "size of FnSet: " << FnSet.size() << '\n');
1206   } while (!Deferred.empty());
1207
1208   FnSet.clear();
1209
1210   return Changed;
1211 }
1212
1213 bool DenseMapInfo<ComparableFunction>::isEqual(const ComparableFunction &LHS,
1214                                                const ComparableFunction &RHS) {
1215   if (LHS.getFunc() == RHS.getFunc() &&
1216       LHS.getHash() == RHS.getHash())
1217     return true;
1218   if (!LHS.getFunc() || !RHS.getFunc())
1219     return false;
1220
1221   // One of these is a special "underlying pointer comparison only" object.
1222   if (LHS.getDataLayout() == ComparableFunction::LookupOnly ||
1223       RHS.getDataLayout() == ComparableFunction::LookupOnly)
1224     return false;
1225
1226   assert(LHS.getDataLayout() == RHS.getDataLayout() &&
1227          "Comparing functions for different targets");
1228
1229   return FunctionComparator(LHS.getDataLayout(), LHS.getFunc(),
1230                             RHS.getFunc()).compare();
1231 }
1232
1233 // Replace direct callers of Old with New.
1234 void MergeFunctions::replaceDirectCallers(Function *Old, Function *New) {
1235   Constant *BitcastNew = ConstantExpr::getBitCast(New, Old->getType());
1236   for (auto UI = Old->use_begin(), UE = Old->use_end(); UI != UE;) {
1237     Use *U = &*UI;
1238     ++UI;
1239     CallSite CS(U->getUser());
1240     if (CS && CS.isCallee(U)) {
1241       remove(CS.getInstruction()->getParent()->getParent());
1242       U->set(BitcastNew);
1243     }
1244   }
1245 }
1246
1247 // Replace G with an alias to F if possible, or else a thunk to F. Deletes G.
1248 void MergeFunctions::writeThunkOrAlias(Function *F, Function *G) {
1249   if (HasGlobalAliases && G->hasUnnamedAddr()) {
1250     if (G->hasExternalLinkage() || G->hasLocalLinkage() ||
1251         G->hasWeakLinkage()) {
1252       writeAlias(F, G);
1253       return;
1254     }
1255   }
1256
1257   writeThunk(F, G);
1258 }
1259
1260 // Helper for writeThunk,
1261 // Selects proper bitcast operation,
1262 // but a bit simpler then CastInst::getCastOpcode.
1263 static Value *createCast(IRBuilder<false> &Builder, Value *V, Type *DestTy) {
1264   Type *SrcTy = V->getType();
1265   if (SrcTy->isStructTy()) {
1266     assert(DestTy->isStructTy());
1267     assert(SrcTy->getStructNumElements() == DestTy->getStructNumElements());
1268     Value *Result = UndefValue::get(DestTy);
1269     for (unsigned int I = 0, E = SrcTy->getStructNumElements(); I < E; ++I) {
1270       Value *Element = createCast(
1271           Builder, Builder.CreateExtractValue(V, ArrayRef<unsigned int>(I)),
1272           DestTy->getStructElementType(I));
1273
1274       Result =
1275           Builder.CreateInsertValue(Result, Element, ArrayRef<unsigned int>(I));
1276     }
1277     return Result;
1278   }
1279   assert(!DestTy->isStructTy());
1280   if (SrcTy->isIntegerTy() && DestTy->isPointerTy())
1281     return Builder.CreateIntToPtr(V, DestTy);
1282   else if (SrcTy->isPointerTy() && DestTy->isIntegerTy())
1283     return Builder.CreatePtrToInt(V, DestTy);
1284   else
1285     return Builder.CreateBitCast(V, DestTy);
1286 }
1287
1288 // Replace G with a simple tail call to bitcast(F). Also replace direct uses
1289 // of G with bitcast(F). Deletes G.
1290 void MergeFunctions::writeThunk(Function *F, Function *G) {
1291   if (!G->mayBeOverridden()) {
1292     // Redirect direct callers of G to F.
1293     replaceDirectCallers(G, F);
1294   }
1295
1296   // If G was internal then we may have replaced all uses of G with F. If so,
1297   // stop here and delete G. There's no need for a thunk.
1298   if (G->hasLocalLinkage() && G->use_empty()) {
1299     G->eraseFromParent();
1300     return;
1301   }
1302
1303   Function *NewG = Function::Create(G->getFunctionType(), G->getLinkage(), "",
1304                                     G->getParent());
1305   BasicBlock *BB = BasicBlock::Create(F->getContext(), "", NewG);
1306   IRBuilder<false> Builder(BB);
1307
1308   SmallVector<Value *, 16> Args;
1309   unsigned i = 0;
1310   FunctionType *FFTy = F->getFunctionType();
1311   for (Function::arg_iterator AI = NewG->arg_begin(), AE = NewG->arg_end();
1312        AI != AE; ++AI) {
1313     Args.push_back(createCast(Builder, (Value*)AI, FFTy->getParamType(i)));
1314     ++i;
1315   }
1316
1317   CallInst *CI = Builder.CreateCall(F, Args);
1318   CI->setTailCall();
1319   CI->setCallingConv(F->getCallingConv());
1320   if (NewG->getReturnType()->isVoidTy()) {
1321     Builder.CreateRetVoid();
1322   } else {
1323     Builder.CreateRet(createCast(Builder, CI, NewG->getReturnType()));
1324   }
1325
1326   NewG->copyAttributesFrom(G);
1327   NewG->takeName(G);
1328   removeUsers(G);
1329   G->replaceAllUsesWith(NewG);
1330   G->eraseFromParent();
1331
1332   DEBUG(dbgs() << "writeThunk: " << NewG->getName() << '\n');
1333   ++NumThunksWritten;
1334 }
1335
1336 // Replace G with an alias to F and delete G.
1337 void MergeFunctions::writeAlias(Function *F, Function *G) {
1338   PointerType *PTy = G->getType();
1339   auto *GA = GlobalAlias::create(PTy->getElementType(), PTy->getAddressSpace(),
1340                                  G->getLinkage(), "", F);
1341   F->setAlignment(std::max(F->getAlignment(), G->getAlignment()));
1342   GA->takeName(G);
1343   GA->setVisibility(G->getVisibility());
1344   removeUsers(G);
1345   G->replaceAllUsesWith(GA);
1346   G->eraseFromParent();
1347
1348   DEBUG(dbgs() << "writeAlias: " << GA->getName() << '\n');
1349   ++NumAliasesWritten;
1350 }
1351
1352 // Merge two equivalent functions. Upon completion, Function G is deleted.
1353 void MergeFunctions::mergeTwoFunctions(Function *F, Function *G) {
1354   if (F->mayBeOverridden()) {
1355     assert(G->mayBeOverridden());
1356
1357     if (HasGlobalAliases) {
1358       // Make them both thunks to the same internal function.
1359       Function *H = Function::Create(F->getFunctionType(), F->getLinkage(), "",
1360                                      F->getParent());
1361       H->copyAttributesFrom(F);
1362       H->takeName(F);
1363       removeUsers(F);
1364       F->replaceAllUsesWith(H);
1365
1366       unsigned MaxAlignment = std::max(G->getAlignment(), H->getAlignment());
1367
1368       writeAlias(F, G);
1369       writeAlias(F, H);
1370
1371       F->setAlignment(MaxAlignment);
1372       F->setLinkage(GlobalValue::PrivateLinkage);
1373     } else {
1374       // We can't merge them. Instead, pick one and update all direct callers
1375       // to call it and hope that we improve the instruction cache hit rate.
1376       replaceDirectCallers(G, F);
1377     }
1378
1379     ++NumDoubleWeak;
1380   } else {
1381     writeThunkOrAlias(F, G);
1382   }
1383
1384   ++NumFunctionsMerged;
1385 }
1386
1387 // Insert a ComparableFunction into the FnSet, or merge it away if equal to one
1388 // that was already inserted.
1389 bool MergeFunctions::insert(ComparableFunction &NewF) {
1390   std::pair<FnSetType::iterator, bool> Result = FnSet.insert(NewF);
1391   if (Result.second) {
1392     DEBUG(dbgs() << "Inserting as unique: " << NewF.getFunc()->getName() << '\n');
1393     return false;
1394   }
1395
1396   const ComparableFunction &OldF = *Result.first;
1397
1398   // Don't merge tiny functions, since it can just end up making the function
1399   // larger.
1400   // FIXME: Should still merge them if they are unnamed_addr and produce an
1401   // alias.
1402   if (NewF.getFunc()->size() == 1) {
1403     if (NewF.getFunc()->front().size() <= 2) {
1404       DEBUG(dbgs() << NewF.getFunc()->getName()
1405             << " is to small to bother merging\n");
1406       return false;
1407     }
1408   }
1409
1410   // Never thunk a strong function to a weak function.
1411   assert(!OldF.getFunc()->mayBeOverridden() ||
1412          NewF.getFunc()->mayBeOverridden());
1413
1414   DEBUG(dbgs() << "  " << OldF.getFunc()->getName() << " == "
1415                << NewF.getFunc()->getName() << '\n');
1416
1417   Function *DeleteF = NewF.getFunc();
1418   NewF.release();
1419   mergeTwoFunctions(OldF.getFunc(), DeleteF);
1420   return true;
1421 }
1422
1423 // Remove a function from FnSet. If it was already in FnSet, add it to Deferred
1424 // so that we'll look at it in the next round.
1425 void MergeFunctions::remove(Function *F) {
1426   // We need to make sure we remove F, not a function "equal" to F per the
1427   // function equality comparator.
1428   //
1429   // The special "lookup only" ComparableFunction bypasses the expensive
1430   // function comparison in favour of a pointer comparison on the underlying
1431   // Function*'s.
1432   ComparableFunction CF = ComparableFunction(F, ComparableFunction::LookupOnly);
1433   if (FnSet.erase(CF)) {
1434     DEBUG(dbgs() << "Removed " << F->getName() << " from set and deferred it.\n");
1435     Deferred.push_back(F);
1436   }
1437 }
1438
1439 // For each instruction used by the value, remove() the function that contains
1440 // the instruction. This should happen right before a call to RAUW.
1441 void MergeFunctions::removeUsers(Value *V) {
1442   std::vector<Value *> Worklist;
1443   Worklist.push_back(V);
1444   while (!Worklist.empty()) {
1445     Value *V = Worklist.back();
1446     Worklist.pop_back();
1447
1448     for (User *U : V->users()) {
1449       if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(U)) {
1450         remove(I->getParent()->getParent());
1451       } else if (isa<GlobalValue>(U)) {
1452         // do nothing
1453       } else if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(U)) {
1454         for (User *UU : C->users())
1455           Worklist.push_back(UU);
1456       }
1457     }
1458   }
1459 }