MergeFunctions, doSanityCheck: fixed body comments.
[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   bool enumerate(const Value *V1, const Value *V2) {
312     return cmpValues(V1, V2) == 0;
313   }
314
315   /// Compare two Instructions for equivalence, similar to
316   /// Instruction::isSameOperationAs but with modifications to the type
317   /// comparison.
318   /// Stages are listed in "most significant stage first" order:
319   /// On each stage below, we do comparison between some left and right
320   /// operation parts. If parts are non-equal, we assign parts comparison
321   /// result to the operation comparison result and exit from method.
322   /// Otherwise we proceed to the next stage.
323   /// Stages:
324   /// 1. Operations opcodes. Compared as numbers.
325   /// 2. Number of operands.
326   /// 3. Operation types. Compared with cmpType method.
327   /// 4. Compare operation subclass optional data as stream of bytes:
328   /// just convert it to integers and call cmpNumbers.
329   /// 5. Compare in operation operand types with cmpType in
330   /// most significant operand first order.
331   /// 6. Last stage. Check operations for some specific attributes.
332   /// For example, for Load it would be:
333   /// 6.1.Load: volatile (as boolean flag)
334   /// 6.2.Load: alignment (as integer numbers)
335   /// 6.3.Load: synch-scope (as integer numbers)
336   /// 6.4.Load: range metadata (as integer numbers)
337   /// On this stage its better to see the code, since its not more than 10-15
338   /// strings for particular instruction, and could change sometimes.
339   int cmpOperation(const Instruction *L, const Instruction *R) const;
340
341   bool isEquivalentOperation(const Instruction *I1,
342                              const Instruction *I2) const {
343     return cmpOperation(I1, I2) == 0;
344   }
345
346   /// Compare two GEPs for equivalent pointer arithmetic.
347   /// Parts to be compared for each comparison stage,
348   /// most significant stage first:
349   /// 1. Address space. As numbers.
350   /// 2. Constant offset, (if "DataLayout *DL" field is not NULL,
351   /// using GEPOperator::accumulateConstantOffset method).
352   /// 3. Pointer operand type (using cmpType method).
353   /// 4. Number of operands.
354   /// 5. Compare operands, using cmpValues method.
355   int cmpGEP(const GEPOperator *GEPL, const GEPOperator *GEPR);
356   int cmpGEP(const GetElementPtrInst *GEPL, const GetElementPtrInst *GEPR) {
357     return cmpGEP(cast<GEPOperator>(GEPL), cast<GEPOperator>(GEPR));
358   }
359
360   bool isEquivalentGEP(const GEPOperator *GEP1, const GEPOperator *GEP2) {
361     return cmpGEP(GEP1, GEP2) == 0;
362   }
363   bool isEquivalentGEP(const GetElementPtrInst *GEP1,
364                        const GetElementPtrInst *GEP2) {
365     return isEquivalentGEP(cast<GEPOperator>(GEP1), cast<GEPOperator>(GEP2));
366   }
367
368   /// cmpType - compares two types,
369   /// defines total ordering among the types set.
370   ///
371   /// Return values:
372   /// 0 if types are equal,
373   /// -1 if Left is less than Right,
374   /// +1 if Left is greater than Right.
375   ///
376   /// Description:
377   /// Comparison is broken onto stages. Like in lexicographical comparison
378   /// stage coming first has higher priority.
379   /// On each explanation stage keep in mind total ordering properties.
380   ///
381   /// 0. Before comparison we coerce pointer types of 0 address space to
382   /// integer.
383   /// We also don't bother with same type at left and right, so
384   /// just return 0 in this case.
385   ///
386   /// 1. If types are of different kind (different type IDs).
387   ///    Return result of type IDs comparison, treating them as numbers.
388   /// 2. If types are vectors or integers, compare Type* values as numbers.
389   /// 3. Types has same ID, so check whether they belongs to the next group:
390   /// * Void
391   /// * Float
392   /// * Double
393   /// * X86_FP80
394   /// * FP128
395   /// * PPC_FP128
396   /// * Label
397   /// * Metadata
398   /// If so - return 0, yes - we can treat these types as equal only because
399   /// their IDs are same.
400   /// 4. If Left and Right are pointers, return result of address space
401   /// comparison (numbers comparison). We can treat pointer types of same
402   /// address space as equal.
403   /// 5. If types are complex.
404   /// Then both Left and Right are to be expanded and their element types will
405   /// be checked with the same way. If we get Res != 0 on some stage, return it.
406   /// Otherwise return 0.
407   /// 6. For all other cases put llvm_unreachable.
408   int cmpType(Type *TyL, Type *TyR) const;
409
410   bool isEquivalentType(Type *Ty1, Type *Ty2) const {
411     return cmpType(Ty1, Ty2) == 0;
412   }
413
414   int cmpNumbers(uint64_t L, uint64_t R) const;
415
416   int cmpAPInt(const APInt &L, const APInt &R) const;
417   int cmpAPFloat(const APFloat &L, const APFloat &R) const;
418   int cmpStrings(StringRef L, StringRef R) const;
419   int cmpAttrs(const AttributeSet L, const AttributeSet R) const;
420
421   // The two functions undergoing comparison.
422   const Function *FnL, *FnR;
423
424   const DataLayout *DL;
425
426   /// Assign serial numbers to values from left function, and values from
427   /// right function.
428   /// Explanation:
429   /// Being comparing functions we need to compare values we meet at left and
430   /// right sides.
431   /// Its easy to sort things out for external values. It just should be
432   /// the same value at left and right.
433   /// But for local values (those were introduced inside function body)
434   /// we have to ensure they were introduced at exactly the same place,
435   /// and plays the same role.
436   /// Let's assign serial number to each value when we meet it first time.
437   /// Values that were met at same place will be with same serial numbers.
438   /// In this case it would be good to explain few points about values assigned
439   /// to BBs and other ways of implementation (see below).
440   ///
441   /// 1. Safety of BB reordering.
442   /// It's safe to change the order of BasicBlocks in function.
443   /// Relationship with other functions and serial numbering will not be
444   /// changed in this case.
445   /// As follows from FunctionComparator::compare(), we do CFG walk: we start
446   /// from the entry, and then take each terminator. So it doesn't matter how in
447   /// fact BBs are ordered in function. And since cmpValues are called during
448   /// this walk, the numbering depends only on how BBs located inside the CFG.
449   /// So the answer is - yes. We will get the same numbering.
450   ///
451   /// 2. Impossibility to use dominance properties of values.
452   /// If we compare two instruction operands: first is usage of local
453   /// variable AL from function FL, and second is usage of local variable AR
454   /// from FR, we could compare their origins and check whether they are
455   /// defined at the same place.
456   /// But, we are still not able to compare operands of PHI nodes, since those
457   /// could be operands from further BBs we didn't scan yet.
458   /// So it's impossible to use dominance properties in general.
459   DenseMap<const Value*, int> sn_mapL, sn_mapR;
460 };
461
462 }
463
464 int FunctionComparator::cmpNumbers(uint64_t L, uint64_t R) const {
465   if (L < R) return -1;
466   if (L > R) return 1;
467   return 0;
468 }
469
470 int FunctionComparator::cmpAPInt(const APInt &L, const APInt &R) const {
471   if (int Res = cmpNumbers(L.getBitWidth(), R.getBitWidth()))
472     return Res;
473   if (L.ugt(R)) return 1;
474   if (R.ugt(L)) return -1;
475   return 0;
476 }
477
478 int FunctionComparator::cmpAPFloat(const APFloat &L, const APFloat &R) const {
479   if (int Res = cmpNumbers((uint64_t)&L.getSemantics(),
480                            (uint64_t)&R.getSemantics()))
481     return Res;
482   return cmpAPInt(L.bitcastToAPInt(), R.bitcastToAPInt());
483 }
484
485 int FunctionComparator::cmpStrings(StringRef L, StringRef R) const {
486   // Prevent heavy comparison, compare sizes first.
487   if (int Res = cmpNumbers(L.size(), R.size()))
488     return Res;
489
490   // Compare strings lexicographically only when it is necessary: only when
491   // strings are equal in size.
492   return L.compare(R);
493 }
494
495 int FunctionComparator::cmpAttrs(const AttributeSet L,
496                                  const AttributeSet R) const {
497   if (int Res = cmpNumbers(L.getNumSlots(), R.getNumSlots()))
498     return Res;
499
500   for (unsigned i = 0, e = L.getNumSlots(); i != e; ++i) {
501     AttributeSet::iterator LI = L.begin(i), LE = L.end(i), RI = R.begin(i),
502                            RE = R.end(i);
503     for (; LI != LE && RI != RE; ++LI, ++RI) {
504       Attribute LA = *LI;
505       Attribute RA = *RI;
506       if (LA < RA)
507         return -1;
508       if (RA < LA)
509         return 1;
510     }
511     if (LI != LE)
512       return 1;
513     if (RI != RE)
514       return -1;
515   }
516   return 0;
517 }
518
519 /// Constants comparison:
520 /// 1. Check whether type of L constant could be losslessly bitcasted to R
521 /// type.
522 /// 2. Compare constant contents.
523 /// For more details see declaration comments.
524 int FunctionComparator::cmpConstants(const Constant *L, const Constant *R) {
525
526   Type *TyL = L->getType();
527   Type *TyR = R->getType();
528
529   // Check whether types are bitcastable. This part is just re-factored
530   // Type::canLosslesslyBitCastTo method, but instead of returning true/false,
531   // we also pack into result which type is "less" for us.
532   int TypesRes = cmpType(TyL, TyR);
533   if (TypesRes != 0) {
534     // Types are different, but check whether we can bitcast them.
535     if (!TyL->isFirstClassType()) {
536       if (TyR->isFirstClassType())
537         return -1;
538       // Neither TyL nor TyR are values of first class type. Return the result
539       // of comparing the types
540       return TypesRes;
541     }
542     if (!TyR->isFirstClassType()) {
543       if (TyL->isFirstClassType())
544         return 1;
545       return TypesRes;
546     }
547
548     // Vector -> Vector conversions are always lossless if the two vector types
549     // have the same size, otherwise not.
550     unsigned TyLWidth = 0;
551     unsigned TyRWidth = 0;
552
553     if (const VectorType *VecTyL = dyn_cast<VectorType>(TyL))
554       TyLWidth = VecTyL->getBitWidth();
555     if (const VectorType *VecTyR = dyn_cast<VectorType>(TyR))
556       TyRWidth = VecTyR->getBitWidth();
557
558     if (TyLWidth != TyRWidth)
559       return cmpNumbers(TyLWidth, TyRWidth);
560
561     // Zero bit-width means neither TyL nor TyR are vectors.
562     if (!TyLWidth) {
563       PointerType *PTyL = dyn_cast<PointerType>(TyL);
564       PointerType *PTyR = dyn_cast<PointerType>(TyR);
565       if (PTyL && PTyR) {
566         unsigned AddrSpaceL = PTyL->getAddressSpace();
567         unsigned AddrSpaceR = PTyR->getAddressSpace();
568         if (int Res = cmpNumbers(AddrSpaceL, AddrSpaceR))
569           return Res;
570       }
571       if (PTyL)
572         return 1;
573       if (PTyR)
574         return -1;
575
576       // TyL and TyR aren't vectors, nor pointers. We don't know how to
577       // bitcast them.
578       return TypesRes;
579     }
580   }
581
582   // OK, types are bitcastable, now check constant contents.
583
584   if (L->isNullValue() && R->isNullValue())
585     return TypesRes;
586   if (L->isNullValue() && !R->isNullValue())
587     return 1;
588   if (!L->isNullValue() && R->isNullValue())
589     return -1;
590
591   if (int Res = cmpNumbers(L->getValueID(), R->getValueID()))
592     return Res;
593
594   switch (L->getValueID()) {
595   case Value::UndefValueVal: return TypesRes;
596   case Value::ConstantIntVal: {
597     const APInt &LInt = cast<ConstantInt>(L)->getValue();
598     const APInt &RInt = cast<ConstantInt>(R)->getValue();
599     return cmpAPInt(LInt, RInt);
600   }
601   case Value::ConstantFPVal: {
602     const APFloat &LAPF = cast<ConstantFP>(L)->getValueAPF();
603     const APFloat &RAPF = cast<ConstantFP>(R)->getValueAPF();
604     return cmpAPFloat(LAPF, RAPF);
605   }
606   case Value::ConstantArrayVal: {
607     const ConstantArray *LA = cast<ConstantArray>(L);
608     const ConstantArray *RA = cast<ConstantArray>(R);
609     uint64_t NumElementsL = cast<ArrayType>(TyL)->getNumElements();
610     uint64_t NumElementsR = cast<ArrayType>(TyR)->getNumElements();
611     if (int Res = cmpNumbers(NumElementsL, NumElementsR))
612       return Res;
613     for (uint64_t i = 0; i < NumElementsL; ++i) {
614       if (int Res = cmpConstants(cast<Constant>(LA->getOperand(i)),
615                                  cast<Constant>(RA->getOperand(i))))
616         return Res;
617     }
618     return 0;
619   }
620   case Value::ConstantStructVal: {
621     const ConstantStruct *LS = cast<ConstantStruct>(L);
622     const ConstantStruct *RS = cast<ConstantStruct>(R);
623     unsigned NumElementsL = cast<StructType>(TyL)->getNumElements();
624     unsigned NumElementsR = cast<StructType>(TyR)->getNumElements();
625     if (int Res = cmpNumbers(NumElementsL, NumElementsR))
626       return Res;
627     for (unsigned i = 0; i != NumElementsL; ++i) {
628       if (int Res = cmpConstants(cast<Constant>(LS->getOperand(i)),
629                                  cast<Constant>(RS->getOperand(i))))
630         return Res;
631     }
632     return 0;
633   }
634   case Value::ConstantVectorVal: {
635     const ConstantVector *LV = cast<ConstantVector>(L);
636     const ConstantVector *RV = cast<ConstantVector>(R);
637     unsigned NumElementsL = cast<VectorType>(TyL)->getNumElements();
638     unsigned NumElementsR = cast<VectorType>(TyR)->getNumElements();
639     if (int Res = cmpNumbers(NumElementsL, NumElementsR))
640       return Res;
641     for (uint64_t i = 0; i < NumElementsL; ++i) {
642       if (int Res = cmpConstants(cast<Constant>(LV->getOperand(i)),
643                                  cast<Constant>(RV->getOperand(i))))
644         return Res;
645     }
646     return 0;
647   }
648   case Value::ConstantExprVal: {
649     const ConstantExpr *LE = cast<ConstantExpr>(L);
650     const ConstantExpr *RE = cast<ConstantExpr>(R);
651     unsigned NumOperandsL = LE->getNumOperands();
652     unsigned NumOperandsR = RE->getNumOperands();
653     if (int Res = cmpNumbers(NumOperandsL, NumOperandsR))
654       return Res;
655     for (unsigned i = 0; i < NumOperandsL; ++i) {
656       if (int Res = cmpConstants(cast<Constant>(LE->getOperand(i)),
657                                  cast<Constant>(RE->getOperand(i))))
658         return Res;
659     }
660     return 0;
661   }
662   case Value::FunctionVal:
663   case Value::GlobalVariableVal:
664   case Value::GlobalAliasVal:
665   default: // Unknown constant, cast L and R pointers to numbers and compare.
666     return cmpNumbers((uint64_t)L, (uint64_t)R);
667   }
668 }
669
670 /// cmpType - compares two types,
671 /// defines total ordering among the types set.
672 /// See method declaration comments for more details.
673 int FunctionComparator::cmpType(Type *TyL, Type *TyR) const {
674
675   PointerType *PTyL = dyn_cast<PointerType>(TyL);
676   PointerType *PTyR = dyn_cast<PointerType>(TyR);
677
678   if (DL) {
679     if (PTyL && PTyL->getAddressSpace() == 0) TyL = DL->getIntPtrType(TyL);
680     if (PTyR && PTyR->getAddressSpace() == 0) TyR = DL->getIntPtrType(TyR);
681   }
682
683   if (TyL == TyR)
684     return 0;
685
686   if (int Res = cmpNumbers(TyL->getTypeID(), TyR->getTypeID()))
687     return Res;
688
689   switch (TyL->getTypeID()) {
690   default:
691     llvm_unreachable("Unknown type!");
692     // Fall through in Release mode.
693   case Type::IntegerTyID:
694   case Type::VectorTyID:
695     // TyL == TyR would have returned true earlier.
696     return cmpNumbers((uint64_t)TyL, (uint64_t)TyR);
697
698   case Type::VoidTyID:
699   case Type::FloatTyID:
700   case Type::DoubleTyID:
701   case Type::X86_FP80TyID:
702   case Type::FP128TyID:
703   case Type::PPC_FP128TyID:
704   case Type::LabelTyID:
705   case Type::MetadataTyID:
706     return 0;
707
708   case Type::PointerTyID: {
709     assert(PTyL && PTyR && "Both types must be pointers here.");
710     return cmpNumbers(PTyL->getAddressSpace(), PTyR->getAddressSpace());
711   }
712
713   case Type::StructTyID: {
714     StructType *STyL = cast<StructType>(TyL);
715     StructType *STyR = cast<StructType>(TyR);
716     if (STyL->getNumElements() != STyR->getNumElements())
717       return cmpNumbers(STyL->getNumElements(), STyR->getNumElements());
718
719     if (STyL->isPacked() != STyR->isPacked())
720       return cmpNumbers(STyL->isPacked(), STyR->isPacked());
721
722     for (unsigned i = 0, e = STyL->getNumElements(); i != e; ++i) {
723       if (int Res = cmpType(STyL->getElementType(i),
724                             STyR->getElementType(i)))
725         return Res;
726     }
727     return 0;
728   }
729
730   case Type::FunctionTyID: {
731     FunctionType *FTyL = cast<FunctionType>(TyL);
732     FunctionType *FTyR = cast<FunctionType>(TyR);
733     if (FTyL->getNumParams() != FTyR->getNumParams())
734       return cmpNumbers(FTyL->getNumParams(), FTyR->getNumParams());
735
736     if (FTyL->isVarArg() != FTyR->isVarArg())
737       return cmpNumbers(FTyL->isVarArg(), FTyR->isVarArg());
738
739     if (int Res = cmpType(FTyL->getReturnType(), FTyR->getReturnType()))
740       return Res;
741
742     for (unsigned i = 0, e = FTyL->getNumParams(); i != e; ++i) {
743       if (int Res = cmpType(FTyL->getParamType(i), FTyR->getParamType(i)))
744         return Res;
745     }
746     return 0;
747   }
748
749   case Type::ArrayTyID: {
750     ArrayType *ATyL = cast<ArrayType>(TyL);
751     ArrayType *ATyR = cast<ArrayType>(TyR);
752     if (ATyL->getNumElements() != ATyR->getNumElements())
753       return cmpNumbers(ATyL->getNumElements(), ATyR->getNumElements());
754     return cmpType(ATyL->getElementType(), ATyR->getElementType());
755   }
756   }
757 }
758
759 // Determine whether the two operations are the same except that pointer-to-A
760 // and pointer-to-B are equivalent. This should be kept in sync with
761 // Instruction::isSameOperationAs.
762 // Read method declaration comments for more details.
763 int FunctionComparator::cmpOperation(const Instruction *L,
764                                      const Instruction *R) const {
765   // Differences from Instruction::isSameOperationAs:
766   //  * replace type comparison with calls to isEquivalentType.
767   //  * we test for I->hasSameSubclassOptionalData (nuw/nsw/tail) at the top
768   //  * because of the above, we don't test for the tail bit on calls later on
769   if (int Res = cmpNumbers(L->getOpcode(), R->getOpcode()))
770     return Res;
771
772   if (int Res = cmpNumbers(L->getNumOperands(), R->getNumOperands()))
773     return Res;
774
775   if (int Res = cmpType(L->getType(), R->getType()))
776     return Res;
777
778   if (int Res = cmpNumbers(L->getRawSubclassOptionalData(),
779                            R->getRawSubclassOptionalData()))
780     return Res;
781
782   // We have two instructions of identical opcode and #operands.  Check to see
783   // if all operands are the same type
784   for (unsigned i = 0, e = L->getNumOperands(); i != e; ++i) {
785     if (int Res =
786             cmpType(L->getOperand(i)->getType(), R->getOperand(i)->getType()))
787       return Res;
788   }
789
790   // Check special state that is a part of some instructions.
791   if (const LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(L)) {
792     if (int Res = cmpNumbers(LI->isVolatile(), cast<LoadInst>(R)->isVolatile()))
793       return Res;
794     if (int Res =
795             cmpNumbers(LI->getAlignment(), cast<LoadInst>(R)->getAlignment()))
796       return Res;
797     if (int Res =
798             cmpNumbers(LI->getOrdering(), cast<LoadInst>(R)->getOrdering()))
799       return Res;
800     if (int Res =
801             cmpNumbers(LI->getSynchScope(), cast<LoadInst>(R)->getSynchScope()))
802       return Res;
803     return cmpNumbers((uint64_t)LI->getMetadata(LLVMContext::MD_range),
804                       (uint64_t)cast<LoadInst>(R)->getMetadata(LLVMContext::MD_range));
805   }
806   if (const StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(L)) {
807     if (int Res =
808             cmpNumbers(SI->isVolatile(), cast<StoreInst>(R)->isVolatile()))
809       return Res;
810     if (int Res =
811             cmpNumbers(SI->getAlignment(), cast<StoreInst>(R)->getAlignment()))
812       return Res;
813     if (int Res =
814             cmpNumbers(SI->getOrdering(), cast<StoreInst>(R)->getOrdering()))
815       return Res;
816     return cmpNumbers(SI->getSynchScope(), cast<StoreInst>(R)->getSynchScope());
817   }
818   if (const CmpInst *CI = dyn_cast<CmpInst>(L))
819     return cmpNumbers(CI->getPredicate(), cast<CmpInst>(R)->getPredicate());
820   if (const CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(L)) {
821     if (int Res = cmpNumbers(CI->getCallingConv(),
822                              cast<CallInst>(R)->getCallingConv()))
823       return Res;
824     return cmpAttrs(CI->getAttributes(), cast<CallInst>(R)->getAttributes());
825   }
826   if (const InvokeInst *CI = dyn_cast<InvokeInst>(L)) {
827     if (int Res = cmpNumbers(CI->getCallingConv(),
828                              cast<InvokeInst>(R)->getCallingConv()))
829       return Res;
830     return cmpAttrs(CI->getAttributes(), cast<InvokeInst>(R)->getAttributes());
831   }
832   if (const InsertValueInst *IVI = dyn_cast<InsertValueInst>(L)) {
833     ArrayRef<unsigned> LIndices = IVI->getIndices();
834     ArrayRef<unsigned> RIndices = cast<InsertValueInst>(R)->getIndices();
835     if (int Res = cmpNumbers(LIndices.size(), RIndices.size()))
836       return Res;
837     for (size_t i = 0, e = LIndices.size(); i != e; ++i) {
838       if (int Res = cmpNumbers(LIndices[i], RIndices[i]))
839         return Res;
840     }
841   }
842   if (const ExtractValueInst *EVI = dyn_cast<ExtractValueInst>(L)) {
843     ArrayRef<unsigned> LIndices = EVI->getIndices();
844     ArrayRef<unsigned> RIndices = cast<ExtractValueInst>(R)->getIndices();
845     if (int Res = cmpNumbers(LIndices.size(), RIndices.size()))
846       return Res;
847     for (size_t i = 0, e = LIndices.size(); i != e; ++i) {
848       if (int Res = cmpNumbers(LIndices[i], RIndices[i]))
849         return Res;
850     }
851   }
852   if (const FenceInst *FI = dyn_cast<FenceInst>(L)) {
853     if (int Res =
854             cmpNumbers(FI->getOrdering(), cast<FenceInst>(R)->getOrdering()))
855       return Res;
856     return cmpNumbers(FI->getSynchScope(), cast<FenceInst>(R)->getSynchScope());
857   }
858
859   if (const AtomicCmpXchgInst *CXI = dyn_cast<AtomicCmpXchgInst>(L)) {
860     if (int Res = cmpNumbers(CXI->isVolatile(),
861                              cast<AtomicCmpXchgInst>(R)->isVolatile()))
862       return Res;
863     if (int Res = cmpNumbers(CXI->isWeak(),
864                              cast<AtomicCmpXchgInst>(R)->isWeak()))
865       return Res;
866     if (int Res = cmpNumbers(CXI->getSuccessOrdering(),
867                              cast<AtomicCmpXchgInst>(R)->getSuccessOrdering()))
868       return Res;
869     if (int Res = cmpNumbers(CXI->getFailureOrdering(),
870                              cast<AtomicCmpXchgInst>(R)->getFailureOrdering()))
871       return Res;
872     return cmpNumbers(CXI->getSynchScope(),
873                       cast<AtomicCmpXchgInst>(R)->getSynchScope());
874   }
875   if (const AtomicRMWInst *RMWI = dyn_cast<AtomicRMWInst>(L)) {
876     if (int Res = cmpNumbers(RMWI->getOperation(),
877                              cast<AtomicRMWInst>(R)->getOperation()))
878       return Res;
879     if (int Res = cmpNumbers(RMWI->isVolatile(),
880                              cast<AtomicRMWInst>(R)->isVolatile()))
881       return Res;
882     if (int Res = cmpNumbers(RMWI->getOrdering(),
883                              cast<AtomicRMWInst>(R)->getOrdering()))
884       return Res;
885     return cmpNumbers(RMWI->getSynchScope(),
886                       cast<AtomicRMWInst>(R)->getSynchScope());
887   }
888   return 0;
889 }
890
891 // Determine whether two GEP operations perform the same underlying arithmetic.
892 // Read method declaration comments for more details.
893 int FunctionComparator::cmpGEP(const GEPOperator *GEPL,
894                                const GEPOperator *GEPR) {
895
896   unsigned int ASL = GEPL->getPointerAddressSpace();
897   unsigned int ASR = GEPR->getPointerAddressSpace();
898
899   if (int Res = cmpNumbers(ASL, ASR))
900     return Res;
901
902   // When we have target data, we can reduce the GEP down to the value in bytes
903   // added to the address.
904   if (DL) {
905     unsigned BitWidth = DL->getPointerSizeInBits(ASL);
906     APInt OffsetL(BitWidth, 0), OffsetR(BitWidth, 0);
907     if (GEPL->accumulateConstantOffset(*DL, OffsetL) &&
908         GEPR->accumulateConstantOffset(*DL, OffsetR))
909       return cmpAPInt(OffsetL, OffsetR);
910   }
911
912   if (int Res = cmpNumbers((uint64_t)GEPL->getPointerOperand()->getType(),
913                            (uint64_t)GEPR->getPointerOperand()->getType()))
914     return Res;
915
916   if (int Res = cmpNumbers(GEPL->getNumOperands(), GEPR->getNumOperands()))
917     return Res;
918
919   for (unsigned i = 0, e = GEPL->getNumOperands(); i != e; ++i) {
920     if (int Res = cmpValues(GEPL->getOperand(i), GEPR->getOperand(i)))
921       return Res;
922   }
923
924   return 0;
925 }
926
927 /// Compare two values used by the two functions under pair-wise comparison. If
928 /// this is the first time the values are seen, they're added to the mapping so
929 /// that we will detect mismatches on next use.
930 /// See comments in declaration for more details.
931 int FunctionComparator::cmpValues(const Value *L, const Value *R) {
932   // Catch self-reference case.
933   if (L == FnL) {
934     if (R == FnR)
935       return 0;
936     return -1;
937   }
938   if (R == FnR) {
939     if (L == FnL)
940       return 0;
941     return 1;
942   }
943
944   const Constant *ConstL = dyn_cast<Constant>(L);
945   const Constant *ConstR = dyn_cast<Constant>(R);
946   if (ConstL && ConstR) {
947     if (L == R)
948       return 0;
949     return cmpConstants(ConstL, ConstR);
950   }
951
952   if (ConstL)
953     return 1;
954   if (ConstR)
955     return -1;
956
957   const InlineAsm *InlineAsmL = dyn_cast<InlineAsm>(L);
958   const InlineAsm *InlineAsmR = dyn_cast<InlineAsm>(R);
959
960   if (InlineAsmL && InlineAsmR)
961     return cmpNumbers((uint64_t)L, (uint64_t)R);
962   if (InlineAsmL)
963     return 1;
964   if (InlineAsmR)
965     return -1;
966
967   auto LeftSN = sn_mapL.insert(std::make_pair(L, sn_mapL.size())),
968        RightSN = sn_mapR.insert(std::make_pair(R, sn_mapR.size()));
969
970   return cmpNumbers(LeftSN.first->second, RightSN.first->second);
971 }
972 // Test whether two basic blocks have equivalent behaviour.
973 int FunctionComparator::compare(const BasicBlock *BBL, const BasicBlock *BBR) {
974   BasicBlock::const_iterator InstL = BBL->begin(), InstLE = BBL->end();
975   BasicBlock::const_iterator InstR = BBR->begin(), InstRE = BBR->end();
976
977   do {
978     if (int Res = cmpValues(InstL, InstR))
979       return Res;
980
981     const GetElementPtrInst *GEPL = dyn_cast<GetElementPtrInst>(InstL);
982     const GetElementPtrInst *GEPR = dyn_cast<GetElementPtrInst>(InstR);
983
984     if (GEPL && !GEPR)
985       return 1;
986     if (GEPR && !GEPL)
987       return -1;
988
989     if (GEPL && GEPR) {
990       if (int Res =
991               cmpValues(GEPL->getPointerOperand(), GEPR->getPointerOperand()))
992         return Res;
993       if (int Res = cmpGEP(GEPL, GEPR))
994         return Res;
995     } else {
996       if (int Res = cmpOperation(InstL, InstR))
997         return Res;
998       assert(InstL->getNumOperands() == InstR->getNumOperands());
999
1000       for (unsigned i = 0, e = InstL->getNumOperands(); i != e; ++i) {
1001         Value *OpL = InstL->getOperand(i);
1002         Value *OpR = InstR->getOperand(i);
1003         if (int Res = cmpValues(OpL, OpR))
1004           return Res;
1005         if (int Res = cmpNumbers(OpL->getValueID(), OpR->getValueID()))
1006           return Res;
1007         // TODO: Already checked in cmpOperation
1008         if (int Res = cmpType(OpL->getType(), OpR->getType()))
1009           return Res;
1010       }
1011     }
1012
1013     ++InstL, ++InstR;
1014   } while (InstL != InstLE && InstR != InstRE);
1015
1016   if (InstL != InstLE && InstR == InstRE)
1017     return 1;
1018   if (InstL == InstLE && InstR != InstRE)
1019     return -1;
1020   return 0;
1021 }
1022
1023 // Test whether the two functions have equivalent behaviour.
1024 int FunctionComparator::compare() {
1025
1026   sn_mapL.clear();
1027   sn_mapR.clear();
1028
1029   if (int Res = cmpAttrs(FnL->getAttributes(), FnR->getAttributes()))
1030     return Res;
1031
1032   if (int Res = cmpNumbers(FnL->hasGC(), FnR->hasGC()))
1033     return Res;
1034
1035   if (FnL->hasGC()) {
1036     if (int Res = cmpNumbers((uint64_t)FnL->getGC(), (uint64_t)FnR->getGC()))
1037       return Res;
1038   }
1039
1040   if (int Res = cmpNumbers(FnL->hasSection(), FnR->hasSection()))
1041     return Res;
1042
1043   if (FnL->hasSection()) {
1044     if (int Res = cmpStrings(FnL->getSection(), FnR->getSection()))
1045       return Res;
1046   }
1047
1048   if (int Res = cmpNumbers(FnL->isVarArg(), FnR->isVarArg()))
1049     return Res;
1050
1051   // TODO: if it's internal and only used in direct calls, we could handle this
1052   // case too.
1053   if (int Res = cmpNumbers(FnL->getCallingConv(), FnR->getCallingConv()))
1054     return Res;
1055
1056   if (int Res = cmpType(FnL->getFunctionType(), FnR->getFunctionType()))
1057     return Res;
1058
1059   assert(FnL->arg_size() == FnR->arg_size() &&
1060          "Identically typed functions have different numbers of args!");
1061
1062   // Visit the arguments so that they get enumerated in the order they're
1063   // passed in.
1064   for (Function::const_arg_iterator ArgLI = FnL->arg_begin(),
1065                                     ArgRI = FnR->arg_begin(),
1066                                     ArgLE = FnL->arg_end();
1067        ArgLI != ArgLE; ++ArgLI, ++ArgRI) {
1068     if (cmpValues(ArgLI, ArgRI) != 0)
1069       llvm_unreachable("Arguments repeat!");
1070   }
1071
1072   // We do a CFG-ordered walk since the actual ordering of the blocks in the
1073   // linked list is immaterial. Our walk starts at the entry block for both
1074   // functions, then takes each block from each terminator in order. As an
1075   // artifact, this also means that unreachable blocks are ignored.
1076   SmallVector<const BasicBlock *, 8> FnLBBs, FnRBBs;
1077   SmallSet<const BasicBlock *, 128> VisitedBBs; // in terms of F1.
1078
1079   FnLBBs.push_back(&FnL->getEntryBlock());
1080   FnRBBs.push_back(&FnR->getEntryBlock());
1081
1082   VisitedBBs.insert(FnLBBs[0]);
1083   while (!FnLBBs.empty()) {
1084     const BasicBlock *BBL = FnLBBs.pop_back_val();
1085     const BasicBlock *BBR = FnRBBs.pop_back_val();
1086
1087     if (int Res = cmpValues(BBL, BBR))
1088       return Res;
1089
1090     if (int Res = compare(BBL, BBR))
1091       return Res;
1092
1093     const TerminatorInst *TermL = BBL->getTerminator();
1094     const TerminatorInst *TermR = BBR->getTerminator();
1095
1096     assert(TermL->getNumSuccessors() == TermR->getNumSuccessors());
1097     for (unsigned i = 0, e = TermL->getNumSuccessors(); i != e; ++i) {
1098       if (!VisitedBBs.insert(TermL->getSuccessor(i)))
1099         continue;
1100
1101       FnLBBs.push_back(TermL->getSuccessor(i));
1102       FnRBBs.push_back(TermR->getSuccessor(i));
1103     }
1104   }
1105   return 0;
1106 }
1107
1108 namespace {
1109
1110 /// MergeFunctions finds functions which will generate identical machine code,
1111 /// by considering all pointer types to be equivalent. Once identified,
1112 /// MergeFunctions will fold them by replacing a call to one to a call to a
1113 /// bitcast of the other.
1114 ///
1115 class MergeFunctions : public ModulePass {
1116 public:
1117   static char ID;
1118   MergeFunctions()
1119     : ModulePass(ID), HasGlobalAliases(false) {
1120     initializeMergeFunctionsPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
1121   }
1122
1123   bool runOnModule(Module &M) override;
1124
1125 private:
1126   typedef DenseSet<ComparableFunction> FnSetType;
1127
1128   /// A work queue of functions that may have been modified and should be
1129   /// analyzed again.
1130   std::vector<WeakVH> Deferred;
1131
1132   /// Checks the rules of order relation introduced among functions set.
1133   /// Returns true, if sanity check has been passed, and false if failed.
1134   bool doSanityCheck(std::vector<WeakVH> &Worklist);
1135
1136   /// Insert a ComparableFunction into the FnSet, or merge it away if it's
1137   /// equal to one that's already present.
1138   bool insert(ComparableFunction &NewF);
1139
1140   /// Remove a Function from the FnSet and queue it up for a second sweep of
1141   /// analysis.
1142   void remove(Function *F);
1143
1144   /// Find the functions that use this Value and remove them from FnSet and
1145   /// queue the functions.
1146   void removeUsers(Value *V);
1147
1148   /// Replace all direct calls of Old with calls of New. Will bitcast New if
1149   /// necessary to make types match.
1150   void replaceDirectCallers(Function *Old, Function *New);
1151
1152   /// Merge two equivalent functions. Upon completion, G may be deleted, or may
1153   /// be converted into a thunk. In either case, it should never be visited
1154   /// again.
1155   void mergeTwoFunctions(Function *F, Function *G);
1156
1157   /// Replace G with a thunk or an alias to F. Deletes G.
1158   void writeThunkOrAlias(Function *F, Function *G);
1159
1160   /// Replace G with a simple tail call to bitcast(F). Also replace direct uses
1161   /// of G with bitcast(F). Deletes G.
1162   void writeThunk(Function *F, Function *G);
1163
1164   /// Replace G with an alias to F. Deletes G.
1165   void writeAlias(Function *F, Function *G);
1166
1167   /// The set of all distinct functions. Use the insert() and remove() methods
1168   /// to modify it.
1169   FnSetType FnSet;
1170
1171   /// DataLayout for more accurate GEP comparisons. May be NULL.
1172   const DataLayout *DL;
1173
1174   /// Whether or not the target supports global aliases.
1175   bool HasGlobalAliases;
1176 };
1177
1178 }  // end anonymous namespace
1179
1180 char MergeFunctions::ID = 0;
1181 INITIALIZE_PASS(MergeFunctions, "mergefunc", "Merge Functions", false, false)
1182
1183 ModulePass *llvm::createMergeFunctionsPass() {
1184   return new MergeFunctions();
1185 }
1186
1187 bool MergeFunctions::doSanityCheck(std::vector<WeakVH> &Worklist) {
1188   if (const unsigned Max = NumFunctionsForSanityCheck) {
1189     unsigned TripleNumber = 0;
1190     bool Valid = true;
1191
1192     dbgs() << "MERGEFUNC-SANITY: Started for first " << Max << " functions.\n";
1193
1194     unsigned i = 0;
1195     for (std::vector<WeakVH>::iterator I = Worklist.begin(), E = Worklist.end();
1196          I != E && i < Max; ++I, ++i) {
1197       unsigned j = i;
1198       for (std::vector<WeakVH>::iterator J = I; J != E && j < Max; ++J, ++j) {
1199         Function *F1 = cast<Function>(*I);
1200         Function *F2 = cast<Function>(*J);
1201         int Res1 = FunctionComparator(DL, F1, F2).compare();
1202         int Res2 = FunctionComparator(DL, F2, F1).compare();
1203
1204         // If F1 <= F2, then F2 >= F1, otherwise report failure.
1205         if (Res1 != -Res2) {
1206           dbgs() << "MERGEFUNC-SANITY: Non-symmetric; triple: " << TripleNumber
1207                  << "\n";
1208           F1->dump();
1209           F2->dump();
1210           Valid = false;
1211         }
1212
1213         if (Res1 == 0)
1214           continue;
1215
1216         unsigned k = j;
1217         for (std::vector<WeakVH>::iterator K = J; K != E && k < Max;
1218              ++k, ++K, ++TripleNumber) {
1219           if (K == J)
1220             continue;
1221
1222           Function *F3 = cast<Function>(*K);
1223           int Res3 = FunctionComparator(DL, F1, F3).compare();
1224           int Res4 = FunctionComparator(DL, F2, F3).compare();
1225
1226           bool Transitive = true;
1227
1228           if (Res1 != 0 && Res1 == Res4) {
1229             // F1 > F2, F2 > F3 => F1 > F3
1230             Transitive = Res3 == Res1;
1231           } else if (Res3 != 0 && Res3 == -Res4) {
1232             // F1 > F3, F3 > F2 => F1 > F2
1233             Transitive = Res3 == Res1;
1234           } else if (Res4 != 0 && -Res3 == Res4) {
1235             // F2 > F3, F3 > F1 => F2 > F1
1236             Transitive = Res4 == -Res1;
1237           }
1238
1239           if (!Transitive) {
1240             dbgs() << "MERGEFUNC-SANITY: Non-transitive; triple: "
1241                    << TripleNumber << "\n";
1242             dbgs() << "Res1, Res3, Res4: " << Res1 << ", " << Res3 << ", "
1243                    << Res4 << "\n";
1244             F1->dump();
1245             F2->dump();
1246             F3->dump();
1247             Valid = false;
1248           }
1249         }
1250       }
1251     }
1252
1253     dbgs() << "MERGEFUNC-SANITY: " << (Valid ? "Passed." : "Failed.") << "\n";
1254     return Valid;
1255   }
1256   return true;
1257 }
1258
1259 bool MergeFunctions::runOnModule(Module &M) {
1260   bool Changed = false;
1261   DataLayoutPass *DLP = getAnalysisIfAvailable<DataLayoutPass>();
1262   DL = DLP ? &DLP->getDataLayout() : nullptr;
1263
1264   for (Module::iterator I = M.begin(), E = M.end(); I != E; ++I) {
1265     if (!I->isDeclaration() && !I->hasAvailableExternallyLinkage())
1266       Deferred.push_back(WeakVH(I));
1267   }
1268   FnSet.resize(Deferred.size());
1269
1270   do {
1271     std::vector<WeakVH> Worklist;
1272     Deferred.swap(Worklist);
1273
1274     DEBUG(doSanityCheck(Worklist));
1275
1276     DEBUG(dbgs() << "size of module: " << M.size() << '\n');
1277     DEBUG(dbgs() << "size of worklist: " << Worklist.size() << '\n');
1278
1279     // Insert only strong functions and merge them. Strong function merging
1280     // always deletes one of them.
1281     for (std::vector<WeakVH>::iterator I = Worklist.begin(),
1282            E = Worklist.end(); I != E; ++I) {
1283       if (!*I) continue;
1284       Function *F = cast<Function>(*I);
1285       if (!F->isDeclaration() && !F->hasAvailableExternallyLinkage() &&
1286           !F->mayBeOverridden()) {
1287         ComparableFunction CF = ComparableFunction(F, DL);
1288         Changed |= insert(CF);
1289       }
1290     }
1291
1292     // Insert only weak functions and merge them. By doing these second we
1293     // create thunks to the strong function when possible. When two weak
1294     // functions are identical, we create a new strong function with two weak
1295     // weak thunks to it which are identical but not mergable.
1296     for (std::vector<WeakVH>::iterator I = Worklist.begin(),
1297            E = Worklist.end(); I != E; ++I) {
1298       if (!*I) continue;
1299       Function *F = cast<Function>(*I);
1300       if (!F->isDeclaration() && !F->hasAvailableExternallyLinkage() &&
1301           F->mayBeOverridden()) {
1302         ComparableFunction CF = ComparableFunction(F, DL);
1303         Changed |= insert(CF);
1304       }
1305     }
1306     DEBUG(dbgs() << "size of FnSet: " << FnSet.size() << '\n');
1307   } while (!Deferred.empty());
1308
1309   FnSet.clear();
1310
1311   return Changed;
1312 }
1313
1314 bool DenseMapInfo<ComparableFunction>::isEqual(const ComparableFunction &LHS,
1315                                                const ComparableFunction &RHS) {
1316   if (LHS.getFunc() == RHS.getFunc() &&
1317       LHS.getHash() == RHS.getHash())
1318     return true;
1319   if (!LHS.getFunc() || !RHS.getFunc())
1320     return false;
1321
1322   // One of these is a special "underlying pointer comparison only" object.
1323   if (LHS.getDataLayout() == ComparableFunction::LookupOnly ||
1324       RHS.getDataLayout() == ComparableFunction::LookupOnly)
1325     return false;
1326
1327   assert(LHS.getDataLayout() == RHS.getDataLayout() &&
1328          "Comparing functions for different targets");
1329
1330   return FunctionComparator(LHS.getDataLayout(), LHS.getFunc(), RHS.getFunc())
1331              .compare() == 0;
1332 }
1333
1334 // Replace direct callers of Old with New.
1335 void MergeFunctions::replaceDirectCallers(Function *Old, Function *New) {
1336   Constant *BitcastNew = ConstantExpr::getBitCast(New, Old->getType());
1337   for (auto UI = Old->use_begin(), UE = Old->use_end(); UI != UE;) {
1338     Use *U = &*UI;
1339     ++UI;
1340     CallSite CS(U->getUser());
1341     if (CS && CS.isCallee(U)) {
1342       remove(CS.getInstruction()->getParent()->getParent());
1343       U->set(BitcastNew);
1344     }
1345   }
1346 }
1347
1348 // Replace G with an alias to F if possible, or else a thunk to F. Deletes G.
1349 void MergeFunctions::writeThunkOrAlias(Function *F, Function *G) {
1350   if (HasGlobalAliases && G->hasUnnamedAddr()) {
1351     if (G->hasExternalLinkage() || G->hasLocalLinkage() ||
1352         G->hasWeakLinkage()) {
1353       writeAlias(F, G);
1354       return;
1355     }
1356   }
1357
1358   writeThunk(F, G);
1359 }
1360
1361 // Helper for writeThunk,
1362 // Selects proper bitcast operation,
1363 // but a bit simpler then CastInst::getCastOpcode.
1364 static Value *createCast(IRBuilder<false> &Builder, Value *V, Type *DestTy) {
1365   Type *SrcTy = V->getType();
1366   if (SrcTy->isStructTy()) {
1367     assert(DestTy->isStructTy());
1368     assert(SrcTy->getStructNumElements() == DestTy->getStructNumElements());
1369     Value *Result = UndefValue::get(DestTy);
1370     for (unsigned int I = 0, E = SrcTy->getStructNumElements(); I < E; ++I) {
1371       Value *Element = createCast(
1372           Builder, Builder.CreateExtractValue(V, ArrayRef<unsigned int>(I)),
1373           DestTy->getStructElementType(I));
1374
1375       Result =
1376           Builder.CreateInsertValue(Result, Element, ArrayRef<unsigned int>(I));
1377     }
1378     return Result;
1379   }
1380   assert(!DestTy->isStructTy());
1381   if (SrcTy->isIntegerTy() && DestTy->isPointerTy())
1382     return Builder.CreateIntToPtr(V, DestTy);
1383   else if (SrcTy->isPointerTy() && DestTy->isIntegerTy())
1384     return Builder.CreatePtrToInt(V, DestTy);
1385   else
1386     return Builder.CreateBitCast(V, DestTy);
1387 }
1388
1389 // Replace G with a simple tail call to bitcast(F). Also replace direct uses
1390 // of G with bitcast(F). Deletes G.
1391 void MergeFunctions::writeThunk(Function *F, Function *G) {
1392   if (!G->mayBeOverridden()) {
1393     // Redirect direct callers of G to F.
1394     replaceDirectCallers(G, F);
1395   }
1396
1397   // If G was internal then we may have replaced all uses of G with F. If so,
1398   // stop here and delete G. There's no need for a thunk.
1399   if (G->hasLocalLinkage() && G->use_empty()) {
1400     G->eraseFromParent();
1401     return;
1402   }
1403
1404   Function *NewG = Function::Create(G->getFunctionType(), G->getLinkage(), "",
1405                                     G->getParent());
1406   BasicBlock *BB = BasicBlock::Create(F->getContext(), "", NewG);
1407   IRBuilder<false> Builder(BB);
1408
1409   SmallVector<Value *, 16> Args;
1410   unsigned i = 0;
1411   FunctionType *FFTy = F->getFunctionType();
1412   for (Function::arg_iterator AI = NewG->arg_begin(), AE = NewG->arg_end();
1413        AI != AE; ++AI) {
1414     Args.push_back(createCast(Builder, (Value*)AI, FFTy->getParamType(i)));
1415     ++i;
1416   }
1417
1418   CallInst *CI = Builder.CreateCall(F, Args);
1419   CI->setTailCall();
1420   CI->setCallingConv(F->getCallingConv());
1421   if (NewG->getReturnType()->isVoidTy()) {
1422     Builder.CreateRetVoid();
1423   } else {
1424     Builder.CreateRet(createCast(Builder, CI, NewG->getReturnType()));
1425   }
1426
1427   NewG->copyAttributesFrom(G);
1428   NewG->takeName(G);
1429   removeUsers(G);
1430   G->replaceAllUsesWith(NewG);
1431   G->eraseFromParent();
1432
1433   DEBUG(dbgs() << "writeThunk: " << NewG->getName() << '\n');
1434   ++NumThunksWritten;
1435 }
1436
1437 // Replace G with an alias to F and delete G.
1438 void MergeFunctions::writeAlias(Function *F, Function *G) {
1439   PointerType *PTy = G->getType();
1440   auto *GA = GlobalAlias::create(PTy->getElementType(), PTy->getAddressSpace(),
1441                                  G->getLinkage(), "", F);
1442   F->setAlignment(std::max(F->getAlignment(), G->getAlignment()));
1443   GA->takeName(G);
1444   GA->setVisibility(G->getVisibility());
1445   removeUsers(G);
1446   G->replaceAllUsesWith(GA);
1447   G->eraseFromParent();
1448
1449   DEBUG(dbgs() << "writeAlias: " << GA->getName() << '\n');
1450   ++NumAliasesWritten;
1451 }
1452
1453 // Merge two equivalent functions. Upon completion, Function G is deleted.
1454 void MergeFunctions::mergeTwoFunctions(Function *F, Function *G) {
1455   if (F->mayBeOverridden()) {
1456     assert(G->mayBeOverridden());
1457
1458     if (HasGlobalAliases) {
1459       // Make them both thunks to the same internal function.
1460       Function *H = Function::Create(F->getFunctionType(), F->getLinkage(), "",
1461                                      F->getParent());
1462       H->copyAttributesFrom(F);
1463       H->takeName(F);
1464       removeUsers(F);
1465       F->replaceAllUsesWith(H);
1466
1467       unsigned MaxAlignment = std::max(G->getAlignment(), H->getAlignment());
1468
1469       writeAlias(F, G);
1470       writeAlias(F, H);
1471
1472       F->setAlignment(MaxAlignment);
1473       F->setLinkage(GlobalValue::PrivateLinkage);
1474     } else {
1475       // We can't merge them. Instead, pick one and update all direct callers
1476       // to call it and hope that we improve the instruction cache hit rate.
1477       replaceDirectCallers(G, F);
1478     }
1479
1480     ++NumDoubleWeak;
1481   } else {
1482     writeThunkOrAlias(F, G);
1483   }
1484
1485   ++NumFunctionsMerged;
1486 }
1487
1488 // Insert a ComparableFunction into the FnSet, or merge it away if equal to one
1489 // that was already inserted.
1490 bool MergeFunctions::insert(ComparableFunction &NewF) {
1491   std::pair<FnSetType::iterator, bool> Result = FnSet.insert(NewF);
1492   if (Result.second) {
1493     DEBUG(dbgs() << "Inserting as unique: " << NewF.getFunc()->getName() << '\n');
1494     return false;
1495   }
1496
1497   const ComparableFunction &OldF = *Result.first;
1498
1499   // Don't merge tiny functions, since it can just end up making the function
1500   // larger.
1501   // FIXME: Should still merge them if they are unnamed_addr and produce an
1502   // alias.
1503   if (NewF.getFunc()->size() == 1) {
1504     if (NewF.getFunc()->front().size() <= 2) {
1505       DEBUG(dbgs() << NewF.getFunc()->getName()
1506             << " is to small to bother merging\n");
1507       return false;
1508     }
1509   }
1510
1511   // Never thunk a strong function to a weak function.
1512   assert(!OldF.getFunc()->mayBeOverridden() ||
1513          NewF.getFunc()->mayBeOverridden());
1514
1515   DEBUG(dbgs() << "  " << OldF.getFunc()->getName() << " == "
1516                << NewF.getFunc()->getName() << '\n');
1517
1518   Function *DeleteF = NewF.getFunc();
1519   NewF.release();
1520   mergeTwoFunctions(OldF.getFunc(), DeleteF);
1521   return true;
1522 }
1523
1524 // Remove a function from FnSet. If it was already in FnSet, add it to Deferred
1525 // so that we'll look at it in the next round.
1526 void MergeFunctions::remove(Function *F) {
1527   // We need to make sure we remove F, not a function "equal" to F per the
1528   // function equality comparator.
1529   //
1530   // The special "lookup only" ComparableFunction bypasses the expensive
1531   // function comparison in favour of a pointer comparison on the underlying
1532   // Function*'s.
1533   ComparableFunction CF = ComparableFunction(F, ComparableFunction::LookupOnly);
1534   if (FnSet.erase(CF)) {
1535     DEBUG(dbgs() << "Removed " << F->getName() << " from set and deferred it.\n");
1536     Deferred.push_back(F);
1537   }
1538 }
1539
1540 // For each instruction used by the value, remove() the function that contains
1541 // the instruction. This should happen right before a call to RAUW.
1542 void MergeFunctions::removeUsers(Value *V) {
1543   std::vector<Value *> Worklist;
1544   Worklist.push_back(V);
1545   while (!Worklist.empty()) {
1546     Value *V = Worklist.back();
1547     Worklist.pop_back();
1548
1549     for (User *U : V->users()) {
1550       if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(U)) {
1551         remove(I->getParent()->getParent());
1552       } else if (isa<GlobalValue>(U)) {
1553         // do nothing
1554       } else if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(U)) {
1555         for (User *UU : C->users())
1556           Worklist.push_back(UU);
1557       }
1558     }
1559   }
1560 }