614fa29e3e60ffdd13b20ecbaadfdd19005bdfc5
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / ObjCARC / ObjCARC.h
1 //===- ObjCARC.h - ObjC ARC Optimization --------------*- mode: c++ -*-----===//
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 /// \file
10 /// This file defines common definitions/declarations used by the ObjC ARC
11 /// Optimizer. ARC stands for Automatic Reference Counting and is a system for
12 /// managing reference counts for objects in Objective C.
13 ///
14 /// WARNING: This file knows about certain library functions. It recognizes them
15 /// by name, and hardwires knowledge of their semantics.
16 ///
17 /// WARNING: This file knows about how certain Objective-C library functions are
18 /// used. Naive LLVM IR transformations which would otherwise be
19 /// behavior-preserving may break these assumptions.
20 ///
21 //===----------------------------------------------------------------------===//
22
23 #ifndef LLVM_TRANSFORMS_SCALAR_OBJCARC_H
24 #define LLVM_TRANSFORMS_SCALAR_OBJCARC_H
25
26 #include "llvm/ADT/StringSwitch.h"
27 #include "llvm/Analysis/AliasAnalysis.h"
28 #include "llvm/Analysis/Passes.h"
29 #include "llvm/Analysis/ValueTracking.h"
30 #include "llvm/IR/Module.h"
31 #include "llvm/Pass.h"
32 #include "llvm/Support/CallSite.h"
33 #include "llvm/Support/InstIterator.h"
34 #include "llvm/Transforms/ObjCARC.h"
35 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
36
37 namespace llvm {
38 class raw_ostream;
39 }
40
41 namespace llvm {
42 namespace objcarc {
43
44 /// \brief A handy option to enable/disable all ARC Optimizations.
45 extern bool EnableARCOpts;
46
47 /// \brief Test if the given module looks interesting to run ARC optimization
48 /// on.
49 static inline bool ModuleHasARC(const Module &M) {
50   return
51     M.getNamedValue("objc_retain") ||
52     M.getNamedValue("objc_release") ||
53     M.getNamedValue("objc_autorelease") ||
54     M.getNamedValue("objc_retainAutoreleasedReturnValue") ||
55     M.getNamedValue("objc_retainBlock") ||
56     M.getNamedValue("objc_autoreleaseReturnValue") ||
57     M.getNamedValue("objc_autoreleasePoolPush") ||
58     M.getNamedValue("objc_loadWeakRetained") ||
59     M.getNamedValue("objc_loadWeak") ||
60     M.getNamedValue("objc_destroyWeak") ||
61     M.getNamedValue("objc_storeWeak") ||
62     M.getNamedValue("objc_initWeak") ||
63     M.getNamedValue("objc_moveWeak") ||
64     M.getNamedValue("objc_copyWeak") ||
65     M.getNamedValue("objc_retainedObject") ||
66     M.getNamedValue("objc_unretainedObject") ||
67     M.getNamedValue("objc_unretainedPointer");
68 }
69
70 /// \enum InstructionClass
71 /// \brief A simple classification for instructions.
72 enum InstructionClass {
73   IC_Retain,              ///< objc_retain
74   IC_RetainRV,            ///< objc_retainAutoreleasedReturnValue
75   IC_RetainBlock,         ///< objc_retainBlock
76   IC_Release,             ///< objc_release
77   IC_Autorelease,         ///< objc_autorelease
78   IC_AutoreleaseRV,       ///< objc_autoreleaseReturnValue
79   IC_AutoreleasepoolPush, ///< objc_autoreleasePoolPush
80   IC_AutoreleasepoolPop,  ///< objc_autoreleasePoolPop
81   IC_NoopCast,            ///< objc_retainedObject, etc.
82   IC_FusedRetainAutorelease, ///< objc_retainAutorelease
83   IC_FusedRetainAutoreleaseRV, ///< objc_retainAutoreleaseReturnValue
84   IC_LoadWeakRetained,    ///< objc_loadWeakRetained (primitive)
85   IC_StoreWeak,           ///< objc_storeWeak (primitive)
86   IC_InitWeak,            ///< objc_initWeak (derived)
87   IC_LoadWeak,            ///< objc_loadWeak (derived)
88   IC_MoveWeak,            ///< objc_moveWeak (derived)
89   IC_CopyWeak,            ///< objc_copyWeak (derived)
90   IC_DestroyWeak,         ///< objc_destroyWeak (derived)
91   IC_StoreStrong,         ///< objc_storeStrong (derived)
92   IC_IntrinsicUser,       ///< clang.arc.use
93   IC_CallOrUser,          ///< could call objc_release and/or "use" pointers
94   IC_Call,                ///< could call objc_release
95   IC_User,                ///< could "use" a pointer
96   IC_None                 ///< anything else
97 };
98
99 raw_ostream &operator<<(raw_ostream &OS, const InstructionClass Class);
100
101 /// \brief Test if the given class is a kind of user.
102 inline static bool IsUser(InstructionClass Class) {
103   return Class == IC_User ||
104          Class == IC_CallOrUser ||
105          Class == IC_IntrinsicUser;
106 }
107
108 /// \brief Test if the given class is objc_retain or equivalent.
109 static inline bool IsRetain(InstructionClass Class) {
110   return Class == IC_Retain ||
111          Class == IC_RetainRV;
112 }
113
114 /// \brief Test if the given class is objc_autorelease or equivalent.
115 static inline bool IsAutorelease(InstructionClass Class) {
116   return Class == IC_Autorelease ||
117          Class == IC_AutoreleaseRV;
118 }
119
120 /// \brief Test if the given class represents instructions which return their
121 /// argument verbatim.
122 static inline bool IsForwarding(InstructionClass Class) {
123   return Class == IC_Retain ||
124          Class == IC_RetainRV ||
125          Class == IC_Autorelease ||
126          Class == IC_AutoreleaseRV ||
127          Class == IC_NoopCast;
128 }
129
130 /// \brief Test if the given class represents instructions which do nothing if
131 /// passed a null pointer.
132 static inline bool IsNoopOnNull(InstructionClass Class) {
133   return Class == IC_Retain ||
134          Class == IC_RetainRV ||
135          Class == IC_Release ||
136          Class == IC_Autorelease ||
137          Class == IC_AutoreleaseRV ||
138          Class == IC_RetainBlock;
139 }
140
141 /// \brief Test if the given class represents instructions which are always safe
142 /// to mark with the "tail" keyword.
143 static inline bool IsAlwaysTail(InstructionClass Class) {
144   // IC_RetainBlock may be given a stack argument.
145   return Class == IC_Retain ||
146          Class == IC_RetainRV ||
147          Class == IC_AutoreleaseRV;
148 }
149
150 /// \brief Test if the given class represents instructions which are never safe
151 /// to mark with the "tail" keyword.
152 static inline bool IsNeverTail(InstructionClass Class) {
153   /// It is never safe to tail call objc_autorelease since by tail calling
154   /// objc_autorelease, we also tail call -[NSObject autorelease] which supports
155   /// fast autoreleasing causing our object to be potentially reclaimed from the
156   /// autorelease pool which violates the semantics of __autoreleasing types in
157   /// ARC.
158   return Class == IC_Autorelease;
159 }
160
161 /// \brief Test if the given class represents instructions which are always safe
162 /// to mark with the nounwind attribute.
163 static inline bool IsNoThrow(InstructionClass Class) {
164   // objc_retainBlock is not nounwind because it calls user copy constructors
165   // which could theoretically throw.
166   return Class == IC_Retain ||
167          Class == IC_RetainRV ||
168          Class == IC_Release ||
169          Class == IC_Autorelease ||
170          Class == IC_AutoreleaseRV ||
171          Class == IC_AutoreleasepoolPush ||
172          Class == IC_AutoreleasepoolPop;
173 }
174
175 /// Test whether the given instruction can autorelease any pointer or cause an
176 /// autoreleasepool pop.
177 static inline bool
178 CanInterruptRV(InstructionClass Class) {
179   switch (Class) {
180   case IC_AutoreleasepoolPop:
181   case IC_CallOrUser:
182   case IC_Call:
183   case IC_Autorelease:
184   case IC_AutoreleaseRV:
185   case IC_FusedRetainAutorelease:
186   case IC_FusedRetainAutoreleaseRV:
187     return true;
188   default:
189     return false;
190   }
191 }
192
193 /// \brief Determine if F is one of the special known Functions.  If it isn't,
194 /// return IC_CallOrUser.
195 InstructionClass GetFunctionClass(const Function *F);
196
197 /// \brief Determine which objc runtime call instruction class V belongs to.
198 ///
199 /// This is similar to GetInstructionClass except that it only detects objc
200 /// runtime calls. This allows it to be faster.
201 ///
202 static inline InstructionClass GetBasicInstructionClass(const Value *V) {
203   if (const CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(V)) {
204     if (const Function *F = CI->getCalledFunction())
205       return GetFunctionClass(F);
206     // Otherwise, be conservative.
207     return IC_CallOrUser;
208   }
209
210   // Otherwise, be conservative.
211   return isa<InvokeInst>(V) ? IC_CallOrUser : IC_User;
212 }
213
214 /// \brief Determine what kind of construct V is.
215 InstructionClass GetInstructionClass(const Value *V);
216
217 /// \brief This is a wrapper around getUnderlyingObject which also knows how to
218 /// look through objc_retain and objc_autorelease calls, which we know to return
219 /// their argument verbatim.
220 static inline const Value *GetUnderlyingObjCPtr(const Value *V) {
221   for (;;) {
222     V = GetUnderlyingObject(V);
223     if (!IsForwarding(GetBasicInstructionClass(V)))
224       break;
225     V = cast<CallInst>(V)->getArgOperand(0);
226   }
227
228   return V;
229 }
230
231 /// \brief This is a wrapper around Value::stripPointerCasts which also knows
232 /// how to look through objc_retain and objc_autorelease calls, which we know to
233 /// return their argument verbatim.
234 static inline const Value *StripPointerCastsAndObjCCalls(const Value *V) {
235   for (;;) {
236     V = V->stripPointerCasts();
237     if (!IsForwarding(GetBasicInstructionClass(V)))
238       break;
239     V = cast<CallInst>(V)->getArgOperand(0);
240   }
241   return V;
242 }
243
244 /// \brief This is a wrapper around Value::stripPointerCasts which also knows
245 /// how to look through objc_retain and objc_autorelease calls, which we know to
246 /// return their argument verbatim.
247 static inline Value *StripPointerCastsAndObjCCalls(Value *V) {
248   for (;;) {
249     V = V->stripPointerCasts();
250     if (!IsForwarding(GetBasicInstructionClass(V)))
251       break;
252     V = cast<CallInst>(V)->getArgOperand(0);
253   }
254   return V;
255 }
256
257 /// \brief Assuming the given instruction is one of the special calls such as
258 /// objc_retain or objc_release, return the argument value, stripped of no-op
259 /// casts and forwarding calls.
260 static inline Value *GetObjCArg(Value *Inst) {
261   return StripPointerCastsAndObjCCalls(cast<CallInst>(Inst)->getArgOperand(0));
262 }
263
264 static inline bool IsNullOrUndef(const Value *V) {
265   return isa<ConstantPointerNull>(V) || isa<UndefValue>(V);
266 }
267
268 static inline bool IsNoopInstruction(const Instruction *I) {
269   return isa<BitCastInst>(I) ||
270     (isa<GetElementPtrInst>(I) &&
271      cast<GetElementPtrInst>(I)->hasAllZeroIndices());
272 }
273
274
275 /// \brief Erase the given instruction.
276 ///
277 /// Many ObjC calls return their argument verbatim,
278 /// so if it's such a call and the return value has users, replace them with the
279 /// argument value.
280 ///
281 static inline void EraseInstruction(Instruction *CI) {
282   Value *OldArg = cast<CallInst>(CI)->getArgOperand(0);
283
284   bool Unused = CI->use_empty();
285
286   if (!Unused) {
287     // Replace the return value with the argument.
288     assert(IsForwarding(GetBasicInstructionClass(CI)) &&
289            "Can't delete non-forwarding instruction with users!");
290     CI->replaceAllUsesWith(OldArg);
291   }
292
293   CI->eraseFromParent();
294
295   if (Unused)
296     RecursivelyDeleteTriviallyDeadInstructions(OldArg);
297 }
298
299 /// \brief Test whether the given value is possible a retainable object pointer.
300 static inline bool IsPotentialRetainableObjPtr(const Value *Op) {
301   // Pointers to static or stack storage are not valid retainable object
302   // pointers.
303   if (isa<Constant>(Op) || isa<AllocaInst>(Op))
304     return false;
305   // Special arguments can not be a valid retainable object pointer.
306   if (const Argument *Arg = dyn_cast<Argument>(Op))
307     if (Arg->hasByValAttr() ||
308         Arg->hasNestAttr() ||
309         Arg->hasStructRetAttr())
310       return false;
311   // Only consider values with pointer types.
312   //
313   // It seemes intuitive to exclude function pointer types as well, since
314   // functions are never retainable object pointers, however clang occasionally
315   // bitcasts retainable object pointers to function-pointer type temporarily.
316   PointerType *Ty = dyn_cast<PointerType>(Op->getType());
317   if (!Ty)
318     return false;
319   // Conservatively assume anything else is a potential retainable object
320   // pointer.
321   return true;
322 }
323
324 static inline bool IsPotentialRetainableObjPtr(const Value *Op,
325                                                AliasAnalysis &AA) {
326   // First make the rudimentary check.
327   if (!IsPotentialRetainableObjPtr(Op))
328     return false;
329
330   // Objects in constant memory are not reference-counted.
331   if (AA.pointsToConstantMemory(Op))
332     return false;
333
334   // Pointers in constant memory are not pointing to reference-counted objects.
335   if (const LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(Op))
336     if (AA.pointsToConstantMemory(LI->getPointerOperand()))
337       return false;
338
339   // Otherwise assume the worst.
340   return true;
341 }
342
343 /// \brief Helper for GetInstructionClass. Determines what kind of construct CS
344 /// is.
345 static inline InstructionClass GetCallSiteClass(ImmutableCallSite CS) {
346   for (ImmutableCallSite::arg_iterator I = CS.arg_begin(), E = CS.arg_end();
347        I != E; ++I)
348     if (IsPotentialRetainableObjPtr(*I))
349       return CS.onlyReadsMemory() ? IC_User : IC_CallOrUser;
350
351   return CS.onlyReadsMemory() ? IC_None : IC_Call;
352 }
353
354 /// \brief Return true if this value refers to a distinct and identifiable
355 /// object.
356 ///
357 /// This is similar to AliasAnalysis's isIdentifiedObject, except that it uses
358 /// special knowledge of ObjC conventions.
359 static inline bool IsObjCIdentifiedObject(const Value *V) {
360   // Assume that call results and arguments have their own "provenance".
361   // Constants (including GlobalVariables) and Allocas are never
362   // reference-counted.
363   if (isa<CallInst>(V) || isa<InvokeInst>(V) ||
364       isa<Argument>(V) || isa<Constant>(V) ||
365       isa<AllocaInst>(V))
366     return true;
367
368   if (const LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(V)) {
369     const Value *Pointer =
370       StripPointerCastsAndObjCCalls(LI->getPointerOperand());
371     if (const GlobalVariable *GV = dyn_cast<GlobalVariable>(Pointer)) {
372       // A constant pointer can't be pointing to an object on the heap. It may
373       // be reference-counted, but it won't be deleted.
374       if (GV->isConstant())
375         return true;
376       StringRef Name = GV->getName();
377       // These special variables are known to hold values which are not
378       // reference-counted pointers.
379       if (Name.startswith("\01L_OBJC_SELECTOR_REFERENCES_") ||
380           Name.startswith("\01L_OBJC_CLASSLIST_REFERENCES_") ||
381           Name.startswith("\01L_OBJC_CLASSLIST_SUP_REFS_$_") ||
382           Name.startswith("\01L_OBJC_METH_VAR_NAME_") ||
383           Name.startswith("\01l_objc_msgSend_fixup_"))
384         return true;
385     }
386   }
387
388   return false;
389 }
390
391 } // end namespace objcarc
392 } // end namespace llvm
393
394 #endif // LLVM_TRANSFORMS_SCALAR_OBJCARC_H