1516d854451ab026e06a4eed383da395c2cafc1e
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / ObjCARC / ObjCARCOpts.cpp
1 //===- ObjCARCOpts.cpp - ObjC ARC Optimization ----------------------------===//
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 ObjC ARC optimizations. ARC stands for Automatic
11 /// Reference Counting and is a system for managing reference counts for objects
12 /// in Objective C.
13 ///
14 /// The optimizations performed include elimination of redundant, partially
15 /// redundant, and inconsequential reference count operations, elimination of
16 /// redundant weak pointer operations, and numerous minor simplifications.
17 ///
18 /// WARNING: This file knows about certain library functions. It recognizes them
19 /// by name, and hardwires knowledge of their semantics.
20 ///
21 /// WARNING: This file knows about how certain Objective-C library functions are
22 /// used. Naive LLVM IR transformations which would otherwise be
23 /// behavior-preserving may break these assumptions.
24 ///
25 //===----------------------------------------------------------------------===//
26
27 #define DEBUG_TYPE "objc-arc-opts"
28 #include "ObjCARC.h"
29 #include "DependencyAnalysis.h"
30 #include "ObjCARCAliasAnalysis.h"
31 #include "ProvenanceAnalysis.h"
32 #include "llvm/ADT/DenseMap.h"
33 #include "llvm/ADT/STLExtras.h"
34 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
35 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
36 #include "llvm/IR/IRBuilder.h"
37 #include "llvm/IR/LLVMContext.h"
38 #include "llvm/Support/CFG.h"
39 #include "llvm/Support/Debug.h"
40 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
41
42 using namespace llvm;
43 using namespace llvm::objcarc;
44
45 /// \defgroup MiscUtils Miscellaneous utilities that are not ARC specific.
46 /// @{
47
48 namespace {
49   /// \brief An associative container with fast insertion-order (deterministic)
50   /// iteration over its elements. Plus the special blot operation.
51   template<class KeyT, class ValueT>
52   class MapVector {
53     /// Map keys to indices in Vector.
54     typedef DenseMap<KeyT, size_t> MapTy;
55     MapTy Map;
56
57     typedef std::vector<std::pair<KeyT, ValueT> > VectorTy;
58     /// Keys and values.
59     VectorTy Vector;
60
61   public:
62     typedef typename VectorTy::iterator iterator;
63     typedef typename VectorTy::const_iterator const_iterator;
64     iterator begin() { return Vector.begin(); }
65     iterator end() { return Vector.end(); }
66     const_iterator begin() const { return Vector.begin(); }
67     const_iterator end() const { return Vector.end(); }
68
69 #ifdef XDEBUG
70     ~MapVector() {
71       assert(Vector.size() >= Map.size()); // May differ due to blotting.
72       for (typename MapTy::const_iterator I = Map.begin(), E = Map.end();
73            I != E; ++I) {
74         assert(I->second < Vector.size());
75         assert(Vector[I->second].first == I->first);
76       }
77       for (typename VectorTy::const_iterator I = Vector.begin(),
78            E = Vector.end(); I != E; ++I)
79         assert(!I->first ||
80                (Map.count(I->first) &&
81                 Map[I->first] == size_t(I - Vector.begin())));
82     }
83 #endif
84
85     ValueT &operator[](const KeyT &Arg) {
86       std::pair<typename MapTy::iterator, bool> Pair =
87         Map.insert(std::make_pair(Arg, size_t(0)));
88       if (Pair.second) {
89         size_t Num = Vector.size();
90         Pair.first->second = Num;
91         Vector.push_back(std::make_pair(Arg, ValueT()));
92         return Vector[Num].second;
93       }
94       return Vector[Pair.first->second].second;
95     }
96
97     std::pair<iterator, bool>
98     insert(const std::pair<KeyT, ValueT> &InsertPair) {
99       std::pair<typename MapTy::iterator, bool> Pair =
100         Map.insert(std::make_pair(InsertPair.first, size_t(0)));
101       if (Pair.second) {
102         size_t Num = Vector.size();
103         Pair.first->second = Num;
104         Vector.push_back(InsertPair);
105         return std::make_pair(Vector.begin() + Num, true);
106       }
107       return std::make_pair(Vector.begin() + Pair.first->second, false);
108     }
109
110     const_iterator find(const KeyT &Key) const {
111       typename MapTy::const_iterator It = Map.find(Key);
112       if (It == Map.end()) return Vector.end();
113       return Vector.begin() + It->second;
114     }
115
116     /// This is similar to erase, but instead of removing the element from the
117     /// vector, it just zeros out the key in the vector. This leaves iterators
118     /// intact, but clients must be prepared for zeroed-out keys when iterating.
119     void blot(const KeyT &Key) {
120       typename MapTy::iterator It = Map.find(Key);
121       if (It == Map.end()) return;
122       Vector[It->second].first = KeyT();
123       Map.erase(It);
124     }
125
126     void clear() {
127       Map.clear();
128       Vector.clear();
129     }
130   };
131 }
132
133 /// @}
134 ///
135 /// \defgroup ARCUtilities Utility declarations/definitions specific to ARC.
136 /// @{
137
138 /// \brief This is similar to StripPointerCastsAndObjCCalls but it stops as soon
139 /// as it finds a value with multiple uses.
140 static const Value *FindSingleUseIdentifiedObject(const Value *Arg) {
141   if (Arg->hasOneUse()) {
142     if (const BitCastInst *BC = dyn_cast<BitCastInst>(Arg))
143       return FindSingleUseIdentifiedObject(BC->getOperand(0));
144     if (const GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(Arg))
145       if (GEP->hasAllZeroIndices())
146         return FindSingleUseIdentifiedObject(GEP->getPointerOperand());
147     if (IsForwarding(GetBasicInstructionClass(Arg)))
148       return FindSingleUseIdentifiedObject(
149                cast<CallInst>(Arg)->getArgOperand(0));
150     if (!IsObjCIdentifiedObject(Arg))
151       return 0;
152     return Arg;
153   }
154
155   // If we found an identifiable object but it has multiple uses, but they are
156   // trivial uses, we can still consider this to be a single-use value.
157   if (IsObjCIdentifiedObject(Arg)) {
158     for (Value::const_use_iterator UI = Arg->use_begin(), UE = Arg->use_end();
159          UI != UE; ++UI) {
160       const User *U = *UI;
161       if (!U->use_empty() || StripPointerCastsAndObjCCalls(U) != Arg)
162          return 0;
163     }
164
165     return Arg;
166   }
167
168   return 0;
169 }
170
171 /// \brief Test whether the given retainable object pointer escapes.
172 ///
173 /// This differs from regular escape analysis in that a use as an
174 /// argument to a call is not considered an escape.
175 ///
176 static bool DoesRetainableObjPtrEscape(const User *Ptr) {
177   DEBUG(dbgs() << "DoesRetainableObjPtrEscape: Target: " << *Ptr << "\n");
178
179   // Walk the def-use chains.
180   SmallVector<const Value *, 4> Worklist;
181   Worklist.push_back(Ptr);
182   // If Ptr has any operands add them as well.
183   for (User::const_op_iterator I = Ptr->op_begin(), E = Ptr->op_end(); I != E;
184        ++I) {
185     Worklist.push_back(*I);
186   }
187
188   // Ensure we do not visit any value twice.
189   SmallPtrSet<const Value *, 8> VisitedSet;
190
191   do {
192     const Value *V = Worklist.pop_back_val();
193
194     DEBUG(dbgs() << "Visiting: " << *V << "\n");
195
196     for (Value::const_use_iterator UI = V->use_begin(), UE = V->use_end();
197          UI != UE; ++UI) {
198       const User *UUser = *UI;
199
200       DEBUG(dbgs() << "User: " << *UUser << "\n");
201
202       // Special - Use by a call (callee or argument) is not considered
203       // to be an escape.
204       switch (GetBasicInstructionClass(UUser)) {
205       case IC_StoreWeak:
206       case IC_InitWeak:
207       case IC_StoreStrong:
208       case IC_Autorelease:
209       case IC_AutoreleaseRV: {
210         DEBUG(dbgs() << "User copies pointer arguments. Pointer Escapes!\n");
211         // These special functions make copies of their pointer arguments.
212         return true;
213       }
214       case IC_IntrinsicUser:
215         // Use by the use intrinsic is not an escape.
216         continue;
217       case IC_User:
218       case IC_None:
219         // Use by an instruction which copies the value is an escape if the
220         // result is an escape.
221         if (isa<BitCastInst>(UUser) || isa<GetElementPtrInst>(UUser) ||
222             isa<PHINode>(UUser) || isa<SelectInst>(UUser)) {
223
224           if (VisitedSet.insert(UUser)) {
225             DEBUG(dbgs() << "User copies value. Ptr escapes if result escapes."
226                   " Adding to list.\n");
227             Worklist.push_back(UUser);
228           } else {
229             DEBUG(dbgs() << "Already visited node.\n");
230           }
231           continue;
232         }
233         // Use by a load is not an escape.
234         if (isa<LoadInst>(UUser))
235           continue;
236         // Use by a store is not an escape if the use is the address.
237         if (const StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(UUser))
238           if (V != SI->getValueOperand())
239             continue;
240         break;
241       default:
242         // Regular calls and other stuff are not considered escapes.
243         continue;
244       }
245       // Otherwise, conservatively assume an escape.
246       DEBUG(dbgs() << "Assuming ptr escapes.\n");
247       return true;
248     }
249   } while (!Worklist.empty());
250
251   // No escapes found.
252   DEBUG(dbgs() << "Ptr does not escape.\n");
253   return false;
254 }
255
256 /// @}
257 ///
258 /// \defgroup ARCOpt ARC Optimization.
259 /// @{
260
261 // TODO: On code like this:
262 //
263 // objc_retain(%x)
264 // stuff_that_cannot_release()
265 // objc_autorelease(%x)
266 // stuff_that_cannot_release()
267 // objc_retain(%x)
268 // stuff_that_cannot_release()
269 // objc_autorelease(%x)
270 //
271 // The second retain and autorelease can be deleted.
272
273 // TODO: It should be possible to delete
274 // objc_autoreleasePoolPush and objc_autoreleasePoolPop
275 // pairs if nothing is actually autoreleased between them. Also, autorelease
276 // calls followed by objc_autoreleasePoolPop calls (perhaps in ObjC++ code
277 // after inlining) can be turned into plain release calls.
278
279 // TODO: Critical-edge splitting. If the optimial insertion point is
280 // a critical edge, the current algorithm has to fail, because it doesn't
281 // know how to split edges. It should be possible to make the optimizer
282 // think in terms of edges, rather than blocks, and then split critical
283 // edges on demand.
284
285 // TODO: OptimizeSequences could generalized to be Interprocedural.
286
287 // TODO: Recognize that a bunch of other objc runtime calls have
288 // non-escaping arguments and non-releasing arguments, and may be
289 // non-autoreleasing.
290
291 // TODO: Sink autorelease calls as far as possible. Unfortunately we
292 // usually can't sink them past other calls, which would be the main
293 // case where it would be useful.
294
295 // TODO: The pointer returned from objc_loadWeakRetained is retained.
296
297 // TODO: Delete release+retain pairs (rare).
298
299 STATISTIC(NumNoops,       "Number of no-op objc calls eliminated");
300 STATISTIC(NumPartialNoops, "Number of partially no-op objc calls eliminated");
301 STATISTIC(NumAutoreleases,"Number of autoreleases converted to releases");
302 STATISTIC(NumRets,        "Number of return value forwarding "
303                           "retain+autoreleaes eliminated");
304 STATISTIC(NumRRs,         "Number of retain+release paths eliminated");
305 STATISTIC(NumPeeps,       "Number of calls peephole-optimized");
306
307 namespace {
308   /// \enum Sequence
309   ///
310   /// \brief A sequence of states that a pointer may go through in which an
311   /// objc_retain and objc_release are actually needed.
312   enum Sequence {
313     S_None,
314     S_Retain,         ///< objc_retain(x).
315     S_CanRelease,     ///< foo(x) -- x could possibly see a ref count decrement.
316     S_Use,            ///< any use of x.
317     S_Stop,           ///< like S_Release, but code motion is stopped.
318     S_Release,        ///< objc_release(x).
319     S_MovableRelease  ///< objc_release(x), !clang.imprecise_release.
320   };
321
322   raw_ostream &operator<<(raw_ostream &OS, const Sequence S)
323     LLVM_ATTRIBUTE_UNUSED;
324   raw_ostream &operator<<(raw_ostream &OS, const Sequence S) {
325     switch (S) {
326     case S_None:
327       return OS << "S_None";
328     case S_Retain:
329       return OS << "S_Retain";
330     case S_CanRelease:
331       return OS << "S_CanRelease";
332     case S_Use:
333       return OS << "S_Use";
334     case S_Release:
335       return OS << "S_Release";
336     case S_MovableRelease:
337       return OS << "S_MovableRelease";
338     case S_Stop:
339       return OS << "S_Stop";
340     }
341     llvm_unreachable("Unknown sequence type.");
342   }
343 }
344
345 static Sequence MergeSeqs(Sequence A, Sequence B, bool TopDown) {
346   // The easy cases.
347   if (A == B)
348     return A;
349   if (A == S_None || B == S_None)
350     return S_None;
351
352   if (A > B) std::swap(A, B);
353   if (TopDown) {
354     // Choose the side which is further along in the sequence.
355     if ((A == S_Retain || A == S_CanRelease) &&
356         (B == S_CanRelease || B == S_Use))
357       return B;
358   } else {
359     // Choose the side which is further along in the sequence.
360     if ((A == S_Use || A == S_CanRelease) &&
361         (B == S_Use || B == S_Release || B == S_Stop || B == S_MovableRelease))
362       return A;
363     // If both sides are releases, choose the more conservative one.
364     if (A == S_Stop && (B == S_Release || B == S_MovableRelease))
365       return A;
366     if (A == S_Release && B == S_MovableRelease)
367       return A;
368   }
369
370   return S_None;
371 }
372
373 namespace {
374   /// \brief Unidirectional information about either a
375   /// retain-decrement-use-release sequence or release-use-decrement-retain
376   /// reverse sequence.
377   struct RRInfo {
378     /// After an objc_retain, the reference count of the referenced
379     /// object is known to be positive. Similarly, before an objc_release, the
380     /// reference count of the referenced object is known to be positive. If
381     /// there are retain-release pairs in code regions where the retain count
382     /// is known to be positive, they can be eliminated, regardless of any side
383     /// effects between them.
384     ///
385     /// Also, a retain+release pair nested within another retain+release
386     /// pair all on the known same pointer value can be eliminated, regardless
387     /// of any intervening side effects.
388     ///
389     /// KnownSafe is true when either of these conditions is satisfied.
390     bool KnownSafe;
391
392     /// True of the objc_release calls are all marked with the "tail" keyword.
393     bool IsTailCallRelease;
394
395     /// If the Calls are objc_release calls and they all have a
396     /// clang.imprecise_release tag, this is the metadata tag.
397     MDNode *ReleaseMetadata;
398
399     /// For a top-down sequence, the set of objc_retains or
400     /// objc_retainBlocks. For bottom-up, the set of objc_releases.
401     SmallPtrSet<Instruction *, 2> Calls;
402
403     /// The set of optimal insert positions for moving calls in the opposite
404     /// sequence.
405     SmallPtrSet<Instruction *, 2> ReverseInsertPts;
406
407     RRInfo() :
408       KnownSafe(false), IsTailCallRelease(false), ReleaseMetadata(0) {}
409
410     void clear();
411
412     bool IsTrackingImpreciseReleases() {
413       return ReleaseMetadata != 0;
414     }
415   };
416 }
417
418 void RRInfo::clear() {
419   KnownSafe = false;
420   IsTailCallRelease = false;
421   ReleaseMetadata = 0;
422   Calls.clear();
423   ReverseInsertPts.clear();
424 }
425
426 namespace {
427   /// \brief This class summarizes several per-pointer runtime properties which
428   /// are propogated through the flow graph.
429   class PtrState {
430     /// True if the reference count is known to be incremented.
431     bool KnownPositiveRefCount;
432
433     /// True if we've seen an opportunity for partial RR elimination, such as
434     /// pushing calls into a CFG triangle or into one side of a CFG diamond.
435     bool Partial;
436
437     /// The current position in the sequence.
438     Sequence Seq : 8;
439
440   public:
441     /// Unidirectional information about the current sequence.
442     ///
443     /// TODO: Encapsulate this better.
444     RRInfo RRI;
445
446     PtrState() : KnownPositiveRefCount(false), Partial(false),
447                  Seq(S_None) {}
448
449     void SetKnownPositiveRefCount() {
450       KnownPositiveRefCount = true;
451     }
452
453     void ClearKnownPositiveRefCount() {
454       KnownPositiveRefCount = false;
455     }
456
457     bool HasKnownPositiveRefCount() const {
458       return KnownPositiveRefCount;
459     }
460
461     void SetSeq(Sequence NewSeq) {
462       DEBUG(dbgs() << "Old: " << Seq << "; New: " << NewSeq << "\n");
463       Seq = NewSeq;
464     }
465
466     Sequence GetSeq() const {
467       return Seq;
468     }
469
470     void ClearSequenceProgress() {
471       ResetSequenceProgress(S_None);
472     }
473
474     void ResetSequenceProgress(Sequence NewSeq) {
475       DEBUG(dbgs() << "Resetting sequence progress.\n");
476       SetSeq(NewSeq);
477       Partial = false;
478       RRI.clear();
479     }
480
481     void Merge(const PtrState &Other, bool TopDown);
482   };
483 }
484
485 void
486 PtrState::Merge(const PtrState &Other, bool TopDown) {
487   Seq = MergeSeqs(Seq, Other.Seq, TopDown);
488   KnownPositiveRefCount = KnownPositiveRefCount && Other.KnownPositiveRefCount;
489
490   // If we're not in a sequence (anymore), drop all associated state.
491   if (Seq == S_None) {
492     Partial = false;
493     RRI.clear();
494   } else if (Partial || Other.Partial) {
495     // If we're doing a merge on a path that's previously seen a partial
496     // merge, conservatively drop the sequence, to avoid doing partial
497     // RR elimination. If the branch predicates for the two merge differ,
498     // mixing them is unsafe.
499     ClearSequenceProgress();
500   } else {
501     // Conservatively merge the ReleaseMetadata information.
502     if (RRI.ReleaseMetadata != Other.RRI.ReleaseMetadata)
503       RRI.ReleaseMetadata = 0;
504
505     RRI.KnownSafe = RRI.KnownSafe && Other.RRI.KnownSafe;
506     RRI.IsTailCallRelease = RRI.IsTailCallRelease &&
507                             Other.RRI.IsTailCallRelease;
508     RRI.Calls.insert(Other.RRI.Calls.begin(), Other.RRI.Calls.end());
509
510     // Merge the insert point sets. If there are any differences,
511     // that makes this a partial merge.
512     Partial = RRI.ReverseInsertPts.size() != Other.RRI.ReverseInsertPts.size();
513     for (SmallPtrSet<Instruction *, 2>::const_iterator
514          I = Other.RRI.ReverseInsertPts.begin(),
515          E = Other.RRI.ReverseInsertPts.end(); I != E; ++I)
516       Partial |= RRI.ReverseInsertPts.insert(*I);
517   }
518 }
519
520 namespace {
521   /// \brief Per-BasicBlock state.
522   class BBState {
523     /// The number of unique control paths from the entry which can reach this
524     /// block.
525     unsigned TopDownPathCount;
526
527     /// The number of unique control paths to exits from this block.
528     unsigned BottomUpPathCount;
529
530     /// A type for PerPtrTopDown and PerPtrBottomUp.
531     typedef MapVector<const Value *, PtrState> MapTy;
532
533     /// The top-down traversal uses this to record information known about a
534     /// pointer at the bottom of each block.
535     MapTy PerPtrTopDown;
536
537     /// The bottom-up traversal uses this to record information known about a
538     /// pointer at the top of each block.
539     MapTy PerPtrBottomUp;
540
541     /// Effective predecessors of the current block ignoring ignorable edges and
542     /// ignored backedges.
543     SmallVector<BasicBlock *, 2> Preds;
544     /// Effective successors of the current block ignoring ignorable edges and
545     /// ignored backedges.
546     SmallVector<BasicBlock *, 2> Succs;
547
548   public:
549     BBState() : TopDownPathCount(0), BottomUpPathCount(0) {}
550
551     typedef MapTy::iterator ptr_iterator;
552     typedef MapTy::const_iterator ptr_const_iterator;
553
554     ptr_iterator top_down_ptr_begin() { return PerPtrTopDown.begin(); }
555     ptr_iterator top_down_ptr_end() { return PerPtrTopDown.end(); }
556     ptr_const_iterator top_down_ptr_begin() const {
557       return PerPtrTopDown.begin();
558     }
559     ptr_const_iterator top_down_ptr_end() const {
560       return PerPtrTopDown.end();
561     }
562
563     ptr_iterator bottom_up_ptr_begin() { return PerPtrBottomUp.begin(); }
564     ptr_iterator bottom_up_ptr_end() { return PerPtrBottomUp.end(); }
565     ptr_const_iterator bottom_up_ptr_begin() const {
566       return PerPtrBottomUp.begin();
567     }
568     ptr_const_iterator bottom_up_ptr_end() const {
569       return PerPtrBottomUp.end();
570     }
571
572     /// Mark this block as being an entry block, which has one path from the
573     /// entry by definition.
574     void SetAsEntry() { TopDownPathCount = 1; }
575
576     /// Mark this block as being an exit block, which has one path to an exit by
577     /// definition.
578     void SetAsExit()  { BottomUpPathCount = 1; }
579
580     PtrState &getPtrTopDownState(const Value *Arg) {
581       return PerPtrTopDown[Arg];
582     }
583
584     PtrState &getPtrBottomUpState(const Value *Arg) {
585       return PerPtrBottomUp[Arg];
586     }
587
588     void clearBottomUpPointers() {
589       PerPtrBottomUp.clear();
590     }
591
592     void clearTopDownPointers() {
593       PerPtrTopDown.clear();
594     }
595
596     void InitFromPred(const BBState &Other);
597     void InitFromSucc(const BBState &Other);
598     void MergePred(const BBState &Other);
599     void MergeSucc(const BBState &Other);
600
601     /// Return the number of possible unique paths from an entry to an exit
602     /// which pass through this block. This is only valid after both the
603     /// top-down and bottom-up traversals are complete.
604     unsigned GetAllPathCount() const {
605       assert(TopDownPathCount != 0);
606       assert(BottomUpPathCount != 0);
607       return TopDownPathCount * BottomUpPathCount;
608     }
609
610     // Specialized CFG utilities.
611     typedef SmallVectorImpl<BasicBlock *>::const_iterator edge_iterator;
612     edge_iterator pred_begin() { return Preds.begin(); }
613     edge_iterator pred_end() { return Preds.end(); }
614     edge_iterator succ_begin() { return Succs.begin(); }
615     edge_iterator succ_end() { return Succs.end(); }
616
617     void addSucc(BasicBlock *Succ) { Succs.push_back(Succ); }
618     void addPred(BasicBlock *Pred) { Preds.push_back(Pred); }
619
620     bool isExit() const { return Succs.empty(); }
621   };
622 }
623
624 void BBState::InitFromPred(const BBState &Other) {
625   PerPtrTopDown = Other.PerPtrTopDown;
626   TopDownPathCount = Other.TopDownPathCount;
627 }
628
629 void BBState::InitFromSucc(const BBState &Other) {
630   PerPtrBottomUp = Other.PerPtrBottomUp;
631   BottomUpPathCount = Other.BottomUpPathCount;
632 }
633
634 /// The top-down traversal uses this to merge information about predecessors to
635 /// form the initial state for a new block.
636 void BBState::MergePred(const BBState &Other) {
637   // Other.TopDownPathCount can be 0, in which case it is either dead or a
638   // loop backedge. Loop backedges are special.
639   TopDownPathCount += Other.TopDownPathCount;
640
641   // Check for overflow. If we have overflow, fall back to conservative
642   // behavior.
643   if (TopDownPathCount < Other.TopDownPathCount) {
644     clearTopDownPointers();
645     return;
646   }
647
648   // For each entry in the other set, if our set has an entry with the same key,
649   // merge the entries. Otherwise, copy the entry and merge it with an empty
650   // entry.
651   for (ptr_const_iterator MI = Other.top_down_ptr_begin(),
652        ME = Other.top_down_ptr_end(); MI != ME; ++MI) {
653     std::pair<ptr_iterator, bool> Pair = PerPtrTopDown.insert(*MI);
654     Pair.first->second.Merge(Pair.second ? PtrState() : MI->second,
655                              /*TopDown=*/true);
656   }
657
658   // For each entry in our set, if the other set doesn't have an entry with the
659   // same key, force it to merge with an empty entry.
660   for (ptr_iterator MI = top_down_ptr_begin(),
661        ME = top_down_ptr_end(); MI != ME; ++MI)
662     if (Other.PerPtrTopDown.find(MI->first) == Other.PerPtrTopDown.end())
663       MI->second.Merge(PtrState(), /*TopDown=*/true);
664 }
665
666 /// The bottom-up traversal uses this to merge information about successors to
667 /// form the initial state for a new block.
668 void BBState::MergeSucc(const BBState &Other) {
669   // Other.BottomUpPathCount can be 0, in which case it is either dead or a
670   // loop backedge. Loop backedges are special.
671   BottomUpPathCount += Other.BottomUpPathCount;
672
673   // Check for overflow. If we have overflow, fall back to conservative
674   // behavior.
675   if (BottomUpPathCount < Other.BottomUpPathCount) {
676     clearBottomUpPointers();
677     return;
678   }
679
680   // For each entry in the other set, if our set has an entry with the
681   // same key, merge the entries. Otherwise, copy the entry and merge
682   // it with an empty entry.
683   for (ptr_const_iterator MI = Other.bottom_up_ptr_begin(),
684        ME = Other.bottom_up_ptr_end(); MI != ME; ++MI) {
685     std::pair<ptr_iterator, bool> Pair = PerPtrBottomUp.insert(*MI);
686     Pair.first->second.Merge(Pair.second ? PtrState() : MI->second,
687                              /*TopDown=*/false);
688   }
689
690   // For each entry in our set, if the other set doesn't have an entry
691   // with the same key, force it to merge with an empty entry.
692   for (ptr_iterator MI = bottom_up_ptr_begin(),
693        ME = bottom_up_ptr_end(); MI != ME; ++MI)
694     if (Other.PerPtrBottomUp.find(MI->first) == Other.PerPtrBottomUp.end())
695       MI->second.Merge(PtrState(), /*TopDown=*/false);
696 }
697
698 // Only enable ARC Annotations if we are building a debug version of
699 // libObjCARCOpts.
700 #ifndef NDEBUG
701 #define ARC_ANNOTATIONS
702 #endif
703
704 // Define some macros along the lines of DEBUG and some helper functions to make
705 // it cleaner to create annotations in the source code and to no-op when not
706 // building in debug mode.
707 #ifdef ARC_ANNOTATIONS
708
709 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
710
711 /// Enable/disable ARC sequence annotations.
712 static cl::opt<bool>
713 EnableARCAnnotations("enable-objc-arc-annotations", cl::init(false),
714                      cl::desc("Enable emission of arc data flow analysis "
715                               "annotations"));
716 static cl::opt<bool>
717 DisableCheckForCFGHazards("disable-objc-arc-checkforcfghazards", cl::init(false),
718                           cl::desc("Disable check for cfg hazards when "
719                                    "annotating"));
720 static cl::opt<std::string>
721 ARCAnnotationTargetIdentifier("objc-arc-annotation-target-identifier",
722                               cl::init(""),
723                               cl::desc("filter out all data flow annotations "
724                                        "but those that apply to the given "
725                                        "target llvm identifier."));
726
727 /// This function appends a unique ARCAnnotationProvenanceSourceMDKind id to an
728 /// instruction so that we can track backwards when post processing via the llvm
729 /// arc annotation processor tool. If the function is an
730 static MDString *AppendMDNodeToSourcePtr(unsigned NodeId,
731                                          Value *Ptr) {
732   MDString *Hash = 0;
733
734   // If pointer is a result of an instruction and it does not have a source
735   // MDNode it, attach a new MDNode onto it. If pointer is a result of
736   // an instruction and does have a source MDNode attached to it, return a
737   // reference to said Node. Otherwise just return 0.
738   if (Instruction *Inst = dyn_cast<Instruction>(Ptr)) {
739     MDNode *Node;
740     if (!(Node = Inst->getMetadata(NodeId))) {
741       // We do not have any node. Generate and attatch the hash MDString to the
742       // instruction.
743
744       // We just use an MDString to ensure that this metadata gets written out
745       // of line at the module level and to provide a very simple format
746       // encoding the information herein. Both of these makes it simpler to
747       // parse the annotations by a simple external program.
748       std::string Str;
749       raw_string_ostream os(Str);
750       os << "(" << Inst->getParent()->getParent()->getName() << ",%"
751          << Inst->getName() << ")";
752
753       Hash = MDString::get(Inst->getContext(), os.str());
754       Inst->setMetadata(NodeId, MDNode::get(Inst->getContext(),Hash));
755     } else {
756       // We have a node. Grab its hash and return it.
757       assert(Node->getNumOperands() == 1 &&
758         "An ARCAnnotationProvenanceSourceMDKind can only have 1 operand.");
759       Hash = cast<MDString>(Node->getOperand(0));
760     }
761   } else if (Argument *Arg = dyn_cast<Argument>(Ptr)) {
762     std::string str;
763     raw_string_ostream os(str);
764     os << "(" << Arg->getParent()->getName() << ",%" << Arg->getName()
765        << ")";
766     Hash = MDString::get(Arg->getContext(), os.str());
767   }
768
769   return Hash;
770 }
771
772 static std::string SequenceToString(Sequence A) {
773   std::string str;
774   raw_string_ostream os(str);
775   os << A;
776   return os.str();
777 }
778
779 /// Helper function to change a Sequence into a String object using our overload
780 /// for raw_ostream so we only have printing code in one location.
781 static MDString *SequenceToMDString(LLVMContext &Context,
782                                     Sequence A) {
783   return MDString::get(Context, SequenceToString(A));
784 }
785
786 /// A simple function to generate a MDNode which describes the change in state
787 /// for Value *Ptr caused by Instruction *Inst.
788 static void AppendMDNodeToInstForPtr(unsigned NodeId,
789                                      Instruction *Inst,
790                                      Value *Ptr,
791                                      MDString *PtrSourceMDNodeID,
792                                      Sequence OldSeq,
793                                      Sequence NewSeq) {
794   MDNode *Node = 0;
795   Value *tmp[3] = {PtrSourceMDNodeID,
796                    SequenceToMDString(Inst->getContext(),
797                                       OldSeq),
798                    SequenceToMDString(Inst->getContext(),
799                                       NewSeq)};
800   Node = MDNode::get(Inst->getContext(),
801                      ArrayRef<Value*>(tmp, 3));
802
803   Inst->setMetadata(NodeId, Node);
804 }
805
806 /// Add to the beginning of the basic block llvm.ptr.annotations which show the
807 /// state of a pointer at the entrance to a basic block.
808 static void GenerateARCBBEntranceAnnotation(const char *Name, BasicBlock *BB,
809                                             Value *Ptr, Sequence Seq) {
810   // If we have a target identifier, make sure that we match it before
811   // continuing.
812   if(!ARCAnnotationTargetIdentifier.empty() &&
813      !Ptr->getName().equals(ARCAnnotationTargetIdentifier))
814     return;
815
816   Module *M = BB->getParent()->getParent();
817   LLVMContext &C = M->getContext();
818   Type *I8X = PointerType::getUnqual(Type::getInt8Ty(C));
819   Type *I8XX = PointerType::getUnqual(I8X);
820   Type *Params[] = {I8XX, I8XX};
821   FunctionType *FTy = FunctionType::get(Type::getVoidTy(C),
822                                         ArrayRef<Type*>(Params, 2),
823                                         /*isVarArg=*/false);
824   Constant *Callee = M->getOrInsertFunction(Name, FTy);
825
826   IRBuilder<> Builder(BB, BB->getFirstInsertionPt());
827
828   Value *PtrName;
829   StringRef Tmp = Ptr->getName();
830   if (0 == (PtrName = M->getGlobalVariable(Tmp, true))) {
831     Value *ActualPtrName = Builder.CreateGlobalStringPtr(Tmp,
832                                                          Tmp + "_STR");
833     PtrName = new GlobalVariable(*M, I8X, true, GlobalVariable::InternalLinkage,
834                                  cast<Constant>(ActualPtrName), Tmp);
835   }
836
837   Value *S;
838   std::string SeqStr = SequenceToString(Seq);
839   if (0 == (S = M->getGlobalVariable(SeqStr, true))) {
840     Value *ActualPtrName = Builder.CreateGlobalStringPtr(SeqStr,
841                                                          SeqStr + "_STR");
842     S = new GlobalVariable(*M, I8X, true, GlobalVariable::InternalLinkage,
843                            cast<Constant>(ActualPtrName), SeqStr);
844   }
845
846   Builder.CreateCall2(Callee, PtrName, S);
847 }
848
849 /// Add to the end of the basic block llvm.ptr.annotations which show the state
850 /// of the pointer at the bottom of the basic block.
851 static void GenerateARCBBTerminatorAnnotation(const char *Name, BasicBlock *BB,
852                                               Value *Ptr, Sequence Seq) {
853   // If we have a target identifier, make sure that we match it before emitting
854   // an annotation.
855   if(!ARCAnnotationTargetIdentifier.empty() &&
856      !Ptr->getName().equals(ARCAnnotationTargetIdentifier))
857     return;
858
859   Module *M = BB->getParent()->getParent();
860   LLVMContext &C = M->getContext();
861   Type *I8X = PointerType::getUnqual(Type::getInt8Ty(C));
862   Type *I8XX = PointerType::getUnqual(I8X);
863   Type *Params[] = {I8XX, I8XX};
864   FunctionType *FTy = FunctionType::get(Type::getVoidTy(C),
865                                         ArrayRef<Type*>(Params, 2),
866                                         /*isVarArg=*/false);
867   Constant *Callee = M->getOrInsertFunction(Name, FTy);
868
869   IRBuilder<> Builder(BB, llvm::prior(BB->end()));
870
871   Value *PtrName;
872   StringRef Tmp = Ptr->getName();
873   if (0 == (PtrName = M->getGlobalVariable(Tmp, true))) {
874     Value *ActualPtrName = Builder.CreateGlobalStringPtr(Tmp,
875                                                          Tmp + "_STR");
876     PtrName = new GlobalVariable(*M, I8X, true, GlobalVariable::InternalLinkage,
877                                  cast<Constant>(ActualPtrName), Tmp);
878   }
879
880   Value *S;
881   std::string SeqStr = SequenceToString(Seq);
882   if (0 == (S = M->getGlobalVariable(SeqStr, true))) {
883     Value *ActualPtrName = Builder.CreateGlobalStringPtr(SeqStr,
884                                                          SeqStr + "_STR");
885     S = new GlobalVariable(*M, I8X, true, GlobalVariable::InternalLinkage,
886                            cast<Constant>(ActualPtrName), SeqStr);
887   }
888   Builder.CreateCall2(Callee, PtrName, S);
889 }
890
891 /// Adds a source annotation to pointer and a state change annotation to Inst
892 /// referencing the source annotation and the old/new state of pointer.
893 static void GenerateARCAnnotation(unsigned InstMDId,
894                                   unsigned PtrMDId,
895                                   Instruction *Inst,
896                                   Value *Ptr,
897                                   Sequence OldSeq,
898                                   Sequence NewSeq) {
899   if (EnableARCAnnotations) {
900     // If we have a target identifier, make sure that we match it before
901     // emitting an annotation.
902     if(!ARCAnnotationTargetIdentifier.empty() &&
903        !Ptr->getName().equals(ARCAnnotationTargetIdentifier))
904       return;
905
906     // First generate the source annotation on our pointer. This will return an
907     // MDString* if Ptr actually comes from an instruction implying we can put
908     // in a source annotation. If AppendMDNodeToSourcePtr returns 0 (i.e. NULL),
909     // then we know that our pointer is from an Argument so we put a reference
910     // to the argument number.
911     //
912     // The point of this is to make it easy for the
913     // llvm-arc-annotation-processor tool to cross reference where the source
914     // pointer is in the LLVM IR since the LLVM IR parser does not submit such
915     // information via debug info for backends to use (since why would anyone
916     // need such a thing from LLVM IR besides in non standard cases
917     // [i.e. this]).
918     MDString *SourcePtrMDNode =
919       AppendMDNodeToSourcePtr(PtrMDId, Ptr);
920     AppendMDNodeToInstForPtr(InstMDId, Inst, Ptr, SourcePtrMDNode, OldSeq,
921                              NewSeq);
922   }
923 }
924
925 // The actual interface for accessing the above functionality is defined via
926 // some simple macros which are defined below. We do this so that the user does
927 // not need to pass in what metadata id is needed resulting in cleaner code and
928 // additionally since it provides an easy way to conditionally no-op all
929 // annotation support in a non-debug build.
930
931 /// Use this macro to annotate a sequence state change when processing
932 /// instructions bottom up,
933 #define ANNOTATE_BOTTOMUP(inst, ptr, old, new)                          \
934   GenerateARCAnnotation(ARCAnnotationBottomUpMDKind,                    \
935                         ARCAnnotationProvenanceSourceMDKind, (inst),    \
936                         const_cast<Value*>(ptr), (old), (new))
937 /// Use this macro to annotate a sequence state change when processing
938 /// instructions top down.
939 #define ANNOTATE_TOPDOWN(inst, ptr, old, new)                           \
940   GenerateARCAnnotation(ARCAnnotationTopDownMDKind,                     \
941                         ARCAnnotationProvenanceSourceMDKind, (inst),    \
942                         const_cast<Value*>(ptr), (old), (new))
943
944 #define ANNOTATE_BB(_states, _bb, _name, _type, _direction)                   \
945   do {                                                                        \
946     if (EnableARCAnnotations) {                                               \
947       for(BBState::ptr_const_iterator I = (_states)._direction##_ptr_begin(), \
948           E = (_states)._direction##_ptr_end(); I != E; ++I) {                \
949         Value *Ptr = const_cast<Value*>(I->first);                            \
950         Sequence Seq = I->second.GetSeq();                                    \
951         GenerateARCBB ## _type ## Annotation(_name, (_bb), Ptr, Seq);         \
952       }                                                                       \
953     }                                                                         \
954   } while (0)
955
956 #define ANNOTATE_BOTTOMUP_BBSTART(_states, _basicblock)                       \
957     ANNOTATE_BB(_states, _basicblock, "llvm.arc.annotation.bottomup.bbstart", \
958                 Entrance, bottom_up)
959 #define ANNOTATE_BOTTOMUP_BBEND(_states, _basicblock)                         \
960     ANNOTATE_BB(_states, _basicblock, "llvm.arc.annotation.bottomup.bbend",   \
961                 Terminator, bottom_up)
962 #define ANNOTATE_TOPDOWN_BBSTART(_states, _basicblock)                        \
963     ANNOTATE_BB(_states, _basicblock, "llvm.arc.annotation.topdown.bbstart",  \
964                 Entrance, top_down)
965 #define ANNOTATE_TOPDOWN_BBEND(_states, _basicblock)                          \
966     ANNOTATE_BB(_states, _basicblock, "llvm.arc.annotation.topdown.bbend",    \
967                 Terminator, top_down)
968
969 #else // !ARC_ANNOTATION
970 // If annotations are off, noop.
971 #define ANNOTATE_BOTTOMUP(inst, ptr, old, new)
972 #define ANNOTATE_TOPDOWN(inst, ptr, old, new)
973 #define ANNOTATE_BOTTOMUP_BBSTART(states, basicblock)
974 #define ANNOTATE_BOTTOMUP_BBEND(states, basicblock)
975 #define ANNOTATE_TOPDOWN_BBSTART(states, basicblock)
976 #define ANNOTATE_TOPDOWN_BBEND(states, basicblock)
977 #endif // !ARC_ANNOTATION
978
979 namespace {
980   /// \brief The main ARC optimization pass.
981   class ObjCARCOpt : public FunctionPass {
982     bool Changed;
983     ProvenanceAnalysis PA;
984
985     /// A flag indicating whether this optimization pass should run.
986     bool Run;
987
988     /// Declarations for ObjC runtime functions, for use in creating calls to
989     /// them. These are initialized lazily to avoid cluttering up the Module
990     /// with unused declarations.
991
992     /// Declaration for ObjC runtime function
993     /// objc_retainAutoreleasedReturnValue.
994     Constant *RetainRVCallee;
995     /// Declaration for ObjC runtime function objc_autoreleaseReturnValue.
996     Constant *AutoreleaseRVCallee;
997     /// Declaration for ObjC runtime function objc_release.
998     Constant *ReleaseCallee;
999     /// Declaration for ObjC runtime function objc_retain.
1000     Constant *RetainCallee;
1001     /// Declaration for ObjC runtime function objc_retainBlock.
1002     Constant *RetainBlockCallee;
1003     /// Declaration for ObjC runtime function objc_autorelease.
1004     Constant *AutoreleaseCallee;
1005
1006     /// Flags which determine whether each of the interesting runtine functions
1007     /// is in fact used in the current function.
1008     unsigned UsedInThisFunction;
1009
1010     /// The Metadata Kind for clang.imprecise_release metadata.
1011     unsigned ImpreciseReleaseMDKind;
1012
1013     /// The Metadata Kind for clang.arc.copy_on_escape metadata.
1014     unsigned CopyOnEscapeMDKind;
1015
1016     /// The Metadata Kind for clang.arc.no_objc_arc_exceptions metadata.
1017     unsigned NoObjCARCExceptionsMDKind;
1018
1019 #ifdef ARC_ANNOTATIONS
1020     /// The Metadata Kind for llvm.arc.annotation.bottomup metadata.
1021     unsigned ARCAnnotationBottomUpMDKind;
1022     /// The Metadata Kind for llvm.arc.annotation.topdown metadata.
1023     unsigned ARCAnnotationTopDownMDKind;
1024     /// The Metadata Kind for llvm.arc.annotation.provenancesource metadata.
1025     unsigned ARCAnnotationProvenanceSourceMDKind;
1026 #endif // ARC_ANNOATIONS
1027
1028     Constant *getRetainRVCallee(Module *M);
1029     Constant *getAutoreleaseRVCallee(Module *M);
1030     Constant *getReleaseCallee(Module *M);
1031     Constant *getRetainCallee(Module *M);
1032     Constant *getRetainBlockCallee(Module *M);
1033     Constant *getAutoreleaseCallee(Module *M);
1034
1035     bool IsRetainBlockOptimizable(const Instruction *Inst);
1036
1037     void OptimizeRetainCall(Function &F, Instruction *Retain);
1038     bool OptimizeRetainRVCall(Function &F, Instruction *RetainRV);
1039     void OptimizeAutoreleaseRVCall(Function &F, Instruction *AutoreleaseRV,
1040                                    InstructionClass &Class);
1041     bool OptimizeRetainBlockCall(Function &F, Instruction *RetainBlock,
1042                                  InstructionClass &Class);
1043     void OptimizeIndividualCalls(Function &F);
1044
1045     void CheckForCFGHazards(const BasicBlock *BB,
1046                             DenseMap<const BasicBlock *, BBState> &BBStates,
1047                             BBState &MyStates) const;
1048     bool VisitInstructionBottomUp(Instruction *Inst,
1049                                   BasicBlock *BB,
1050                                   MapVector<Value *, RRInfo> &Retains,
1051                                   BBState &MyStates);
1052     bool VisitBottomUp(BasicBlock *BB,
1053                        DenseMap<const BasicBlock *, BBState> &BBStates,
1054                        MapVector<Value *, RRInfo> &Retains);
1055     bool VisitInstructionTopDown(Instruction *Inst,
1056                                  DenseMap<Value *, RRInfo> &Releases,
1057                                  BBState &MyStates);
1058     bool VisitTopDown(BasicBlock *BB,
1059                       DenseMap<const BasicBlock *, BBState> &BBStates,
1060                       DenseMap<Value *, RRInfo> &Releases);
1061     bool Visit(Function &F,
1062                DenseMap<const BasicBlock *, BBState> &BBStates,
1063                MapVector<Value *, RRInfo> &Retains,
1064                DenseMap<Value *, RRInfo> &Releases);
1065
1066     void MoveCalls(Value *Arg, RRInfo &RetainsToMove, RRInfo &ReleasesToMove,
1067                    MapVector<Value *, RRInfo> &Retains,
1068                    DenseMap<Value *, RRInfo> &Releases,
1069                    SmallVectorImpl<Instruction *> &DeadInsts,
1070                    Module *M);
1071
1072     bool ConnectTDBUTraversals(DenseMap<const BasicBlock *, BBState> &BBStates,
1073                                MapVector<Value *, RRInfo> &Retains,
1074                                DenseMap<Value *, RRInfo> &Releases,
1075                                Module *M,
1076                                SmallVector<Instruction *, 4> &NewRetains,
1077                                SmallVector<Instruction *, 4> &NewReleases,
1078                                SmallVector<Instruction *, 8> &DeadInsts,
1079                                RRInfo &RetainsToMove,
1080                                RRInfo &ReleasesToMove,
1081                                Value *Arg,
1082                                bool KnownSafe,
1083                                bool &AnyPairsCompletelyEliminated);
1084
1085     bool PerformCodePlacement(DenseMap<const BasicBlock *, BBState> &BBStates,
1086                               MapVector<Value *, RRInfo> &Retains,
1087                               DenseMap<Value *, RRInfo> &Releases,
1088                               Module *M);
1089
1090     void OptimizeWeakCalls(Function &F);
1091
1092     bool OptimizeSequences(Function &F);
1093
1094     void OptimizeReturns(Function &F);
1095
1096     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const;
1097     virtual bool doInitialization(Module &M);
1098     virtual bool runOnFunction(Function &F);
1099     virtual void releaseMemory();
1100
1101   public:
1102     static char ID;
1103     ObjCARCOpt() : FunctionPass(ID) {
1104       initializeObjCARCOptPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
1105     }
1106   };
1107 }
1108
1109 char ObjCARCOpt::ID = 0;
1110 INITIALIZE_PASS_BEGIN(ObjCARCOpt,
1111                       "objc-arc", "ObjC ARC optimization", false, false)
1112 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(ObjCARCAliasAnalysis)
1113 INITIALIZE_PASS_END(ObjCARCOpt,
1114                     "objc-arc", "ObjC ARC optimization", false, false)
1115
1116 Pass *llvm::createObjCARCOptPass() {
1117   return new ObjCARCOpt();
1118 }
1119
1120 void ObjCARCOpt::getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
1121   AU.addRequired<ObjCARCAliasAnalysis>();
1122   AU.addRequired<AliasAnalysis>();
1123   // ARC optimization doesn't currently split critical edges.
1124   AU.setPreservesCFG();
1125 }
1126
1127 bool ObjCARCOpt::IsRetainBlockOptimizable(const Instruction *Inst) {
1128   // Without the magic metadata tag, we have to assume this might be an
1129   // objc_retainBlock call inserted to convert a block pointer to an id,
1130   // in which case it really is needed.
1131   if (!Inst->getMetadata(CopyOnEscapeMDKind))
1132     return false;
1133
1134   // If the pointer "escapes" (not including being used in a call),
1135   // the copy may be needed.
1136   if (DoesRetainableObjPtrEscape(Inst))
1137     return false;
1138
1139   // Otherwise, it's not needed.
1140   return true;
1141 }
1142
1143 Constant *ObjCARCOpt::getRetainRVCallee(Module *M) {
1144   if (!RetainRVCallee) {
1145     LLVMContext &C = M->getContext();
1146     Type *I8X = PointerType::getUnqual(Type::getInt8Ty(C));
1147     Type *Params[] = { I8X };
1148     FunctionType *FTy = FunctionType::get(I8X, Params, /*isVarArg=*/false);
1149     AttributeSet Attribute =
1150       AttributeSet().addAttribute(M->getContext(), AttributeSet::FunctionIndex,
1151                                   Attribute::NoUnwind);
1152     RetainRVCallee =
1153       M->getOrInsertFunction("objc_retainAutoreleasedReturnValue", FTy,
1154                              Attribute);
1155   }
1156   return RetainRVCallee;
1157 }
1158
1159 Constant *ObjCARCOpt::getAutoreleaseRVCallee(Module *M) {
1160   if (!AutoreleaseRVCallee) {
1161     LLVMContext &C = M->getContext();
1162     Type *I8X = PointerType::getUnqual(Type::getInt8Ty(C));
1163     Type *Params[] = { I8X };
1164     FunctionType *FTy = FunctionType::get(I8X, Params, /*isVarArg=*/false);
1165     AttributeSet Attribute =
1166       AttributeSet().addAttribute(M->getContext(), AttributeSet::FunctionIndex,
1167                                   Attribute::NoUnwind);
1168     AutoreleaseRVCallee =
1169       M->getOrInsertFunction("objc_autoreleaseReturnValue", FTy,
1170                              Attribute);
1171   }
1172   return AutoreleaseRVCallee;
1173 }
1174
1175 Constant *ObjCARCOpt::getReleaseCallee(Module *M) {
1176   if (!ReleaseCallee) {
1177     LLVMContext &C = M->getContext();
1178     Type *Params[] = { PointerType::getUnqual(Type::getInt8Ty(C)) };
1179     AttributeSet Attribute =
1180       AttributeSet().addAttribute(M->getContext(), AttributeSet::FunctionIndex,
1181                                   Attribute::NoUnwind);
1182     ReleaseCallee =
1183       M->getOrInsertFunction(
1184         "objc_release",
1185         FunctionType::get(Type::getVoidTy(C), Params, /*isVarArg=*/false),
1186         Attribute);
1187   }
1188   return ReleaseCallee;
1189 }
1190
1191 Constant *ObjCARCOpt::getRetainCallee(Module *M) {
1192   if (!RetainCallee) {
1193     LLVMContext &C = M->getContext();
1194     Type *Params[] = { PointerType::getUnqual(Type::getInt8Ty(C)) };
1195     AttributeSet Attribute =
1196       AttributeSet().addAttribute(M->getContext(), AttributeSet::FunctionIndex,
1197                                   Attribute::NoUnwind);
1198     RetainCallee =
1199       M->getOrInsertFunction(
1200         "objc_retain",
1201         FunctionType::get(Params[0], Params, /*isVarArg=*/false),
1202         Attribute);
1203   }
1204   return RetainCallee;
1205 }
1206
1207 Constant *ObjCARCOpt::getRetainBlockCallee(Module *M) {
1208   if (!RetainBlockCallee) {
1209     LLVMContext &C = M->getContext();
1210     Type *Params[] = { PointerType::getUnqual(Type::getInt8Ty(C)) };
1211     // objc_retainBlock is not nounwind because it calls user copy constructors
1212     // which could theoretically throw.
1213     RetainBlockCallee =
1214       M->getOrInsertFunction(
1215         "objc_retainBlock",
1216         FunctionType::get(Params[0], Params, /*isVarArg=*/false),
1217         AttributeSet());
1218   }
1219   return RetainBlockCallee;
1220 }
1221
1222 Constant *ObjCARCOpt::getAutoreleaseCallee(Module *M) {
1223   if (!AutoreleaseCallee) {
1224     LLVMContext &C = M->getContext();
1225     Type *Params[] = { PointerType::getUnqual(Type::getInt8Ty(C)) };
1226     AttributeSet Attribute =
1227       AttributeSet().addAttribute(M->getContext(), AttributeSet::FunctionIndex,
1228                                   Attribute::NoUnwind);
1229     AutoreleaseCallee =
1230       M->getOrInsertFunction(
1231         "objc_autorelease",
1232         FunctionType::get(Params[0], Params, /*isVarArg=*/false),
1233         Attribute);
1234   }
1235   return AutoreleaseCallee;
1236 }
1237
1238 /// Turn objc_retain into objc_retainAutoreleasedReturnValue if the operand is a
1239 /// return value.
1240 void
1241 ObjCARCOpt::OptimizeRetainCall(Function &F, Instruction *Retain) {
1242   ImmutableCallSite CS(GetObjCArg(Retain));
1243   const Instruction *Call = CS.getInstruction();
1244   if (!Call) return;
1245   if (Call->getParent() != Retain->getParent()) return;
1246
1247   // Check that the call is next to the retain.
1248   BasicBlock::const_iterator I = Call;
1249   ++I;
1250   while (IsNoopInstruction(I)) ++I;
1251   if (&*I != Retain)
1252     return;
1253
1254   // Turn it to an objc_retainAutoreleasedReturnValue..
1255   Changed = true;
1256   ++NumPeeps;
1257
1258   DEBUG(dbgs() << "Transforming objc_retain => "
1259                   "objc_retainAutoreleasedReturnValue since the operand is a "
1260                   "return value.\nOld: "<< *Retain << "\n");
1261
1262   cast<CallInst>(Retain)->setCalledFunction(getRetainRVCallee(F.getParent()));
1263
1264   DEBUG(dbgs() << "New: " << *Retain << "\n");
1265 }
1266
1267 /// Turn objc_retainAutoreleasedReturnValue into objc_retain if the operand is
1268 /// not a return value.  Or, if it can be paired with an
1269 /// objc_autoreleaseReturnValue, delete the pair and return true.
1270 bool
1271 ObjCARCOpt::OptimizeRetainRVCall(Function &F, Instruction *RetainRV) {
1272   // Check for the argument being from an immediately preceding call or invoke.
1273   const Value *Arg = GetObjCArg(RetainRV);
1274   ImmutableCallSite CS(Arg);
1275   if (const Instruction *Call = CS.getInstruction()) {
1276     if (Call->getParent() == RetainRV->getParent()) {
1277       BasicBlock::const_iterator I = Call;
1278       ++I;
1279       while (IsNoopInstruction(I)) ++I;
1280       if (&*I == RetainRV)
1281         return false;
1282     } else if (const InvokeInst *II = dyn_cast<InvokeInst>(Call)) {
1283       BasicBlock *RetainRVParent = RetainRV->getParent();
1284       if (II->getNormalDest() == RetainRVParent) {
1285         BasicBlock::const_iterator I = RetainRVParent->begin();
1286         while (IsNoopInstruction(I)) ++I;
1287         if (&*I == RetainRV)
1288           return false;
1289       }
1290     }
1291   }
1292
1293   // Check for being preceded by an objc_autoreleaseReturnValue on the same
1294   // pointer. In this case, we can delete the pair.
1295   BasicBlock::iterator I = RetainRV, Begin = RetainRV->getParent()->begin();
1296   if (I != Begin) {
1297     do --I; while (I != Begin && IsNoopInstruction(I));
1298     if (GetBasicInstructionClass(I) == IC_AutoreleaseRV &&
1299         GetObjCArg(I) == Arg) {
1300       Changed = true;
1301       ++NumPeeps;
1302
1303       DEBUG(dbgs() << "Erasing autoreleaseRV,retainRV pair: " << *I << "\n"
1304                    << "Erasing " << *RetainRV << "\n");
1305
1306       EraseInstruction(I);
1307       EraseInstruction(RetainRV);
1308       return true;
1309     }
1310   }
1311
1312   // Turn it to a plain objc_retain.
1313   Changed = true;
1314   ++NumPeeps;
1315
1316   DEBUG(dbgs() << "Transforming objc_retainAutoreleasedReturnValue => "
1317                   "objc_retain since the operand is not a return value.\n"
1318                   "Old = " << *RetainRV << "\n");
1319
1320   cast<CallInst>(RetainRV)->setCalledFunction(getRetainCallee(F.getParent()));
1321
1322   DEBUG(dbgs() << "New = " << *RetainRV << "\n");
1323
1324   return false;
1325 }
1326
1327 /// Turn objc_autoreleaseReturnValue into objc_autorelease if the result is not
1328 /// used as a return value.
1329 void
1330 ObjCARCOpt::OptimizeAutoreleaseRVCall(Function &F, Instruction *AutoreleaseRV,
1331                                       InstructionClass &Class) {
1332   // Check for a return of the pointer value.
1333   const Value *Ptr = GetObjCArg(AutoreleaseRV);
1334   SmallVector<const Value *, 2> Users;
1335   Users.push_back(Ptr);
1336   do {
1337     Ptr = Users.pop_back_val();
1338     for (Value::const_use_iterator UI = Ptr->use_begin(), UE = Ptr->use_end();
1339          UI != UE; ++UI) {
1340       const User *I = *UI;
1341       if (isa<ReturnInst>(I) || GetBasicInstructionClass(I) == IC_RetainRV)
1342         return;
1343       if (isa<BitCastInst>(I))
1344         Users.push_back(I);
1345     }
1346   } while (!Users.empty());
1347
1348   Changed = true;
1349   ++NumPeeps;
1350
1351   DEBUG(dbgs() << "Transforming objc_autoreleaseReturnValue => "
1352                   "objc_autorelease since its operand is not used as a return "
1353                   "value.\n"
1354                   "Old = " << *AutoreleaseRV << "\n");
1355
1356   CallInst *AutoreleaseRVCI = cast<CallInst>(AutoreleaseRV);
1357   AutoreleaseRVCI->
1358     setCalledFunction(getAutoreleaseCallee(F.getParent()));
1359   AutoreleaseRVCI->setTailCall(false); // Never tail call objc_autorelease.
1360   Class = IC_Autorelease;
1361
1362   DEBUG(dbgs() << "New: " << *AutoreleaseRV << "\n");
1363
1364 }
1365
1366 // \brief Attempt to strength reduce objc_retainBlock calls to objc_retain
1367 // calls.
1368 //
1369 // Specifically: If an objc_retainBlock call has the copy_on_escape metadata and
1370 // does not escape (following the rules of block escaping), strength reduce the
1371 // objc_retainBlock to an objc_retain.
1372 //
1373 // TODO: If an objc_retainBlock call is dominated period by a previous
1374 // objc_retainBlock call, strength reduce the objc_retainBlock to an
1375 // objc_retain.
1376 bool
1377 ObjCARCOpt::OptimizeRetainBlockCall(Function &F, Instruction *Inst,
1378                                     InstructionClass &Class) {
1379   assert(GetBasicInstructionClass(Inst) == Class);
1380   assert(IC_RetainBlock == Class);
1381
1382   // If we can not optimize Inst, return false.
1383   if (!IsRetainBlockOptimizable(Inst))
1384     return false;
1385
1386   CallInst *RetainBlock = cast<CallInst>(Inst);
1387   RetainBlock->setCalledFunction(getRetainCallee(F.getParent()));
1388   // Remove copy_on_escape metadata.
1389   RetainBlock->setMetadata(CopyOnEscapeMDKind, 0);
1390   Class = IC_Retain;
1391
1392   return true;
1393 }
1394
1395 /// Visit each call, one at a time, and make simplifications without doing any
1396 /// additional analysis.
1397 void ObjCARCOpt::OptimizeIndividualCalls(Function &F) {
1398   DEBUG(dbgs() << "\n== ObjCARCOpt::OptimizeIndividualCalls ==\n");
1399   // Reset all the flags in preparation for recomputing them.
1400   UsedInThisFunction = 0;
1401
1402   // Visit all objc_* calls in F.
1403   for (inst_iterator I = inst_begin(&F), E = inst_end(&F); I != E; ) {
1404     Instruction *Inst = &*I++;
1405
1406     InstructionClass Class = GetBasicInstructionClass(Inst);
1407
1408     DEBUG(dbgs() << "Visiting: Class: " << Class << "; " << *Inst << "\n");
1409
1410     switch (Class) {
1411     default: break;
1412
1413     // Delete no-op casts. These function calls have special semantics, but
1414     // the semantics are entirely implemented via lowering in the front-end,
1415     // so by the time they reach the optimizer, they are just no-op calls
1416     // which return their argument.
1417     //
1418     // There are gray areas here, as the ability to cast reference-counted
1419     // pointers to raw void* and back allows code to break ARC assumptions,
1420     // however these are currently considered to be unimportant.
1421     case IC_NoopCast:
1422       Changed = true;
1423       ++NumNoops;
1424       DEBUG(dbgs() << "Erasing no-op cast: " << *Inst << "\n");
1425       EraseInstruction(Inst);
1426       continue;
1427
1428     // If the pointer-to-weak-pointer is null, it's undefined behavior.
1429     case IC_StoreWeak:
1430     case IC_LoadWeak:
1431     case IC_LoadWeakRetained:
1432     case IC_InitWeak:
1433     case IC_DestroyWeak: {
1434       CallInst *CI = cast<CallInst>(Inst);
1435       if (IsNullOrUndef(CI->getArgOperand(0))) {
1436         Changed = true;
1437         Type *Ty = CI->getArgOperand(0)->getType();
1438         new StoreInst(UndefValue::get(cast<PointerType>(Ty)->getElementType()),
1439                       Constant::getNullValue(Ty),
1440                       CI);
1441         llvm::Value *NewValue = UndefValue::get(CI->getType());
1442         DEBUG(dbgs() << "A null pointer-to-weak-pointer is undefined behavior."
1443                        "\nOld = " << *CI << "\nNew = " << *NewValue << "\n");
1444         CI->replaceAllUsesWith(NewValue);
1445         CI->eraseFromParent();
1446         continue;
1447       }
1448       break;
1449     }
1450     case IC_CopyWeak:
1451     case IC_MoveWeak: {
1452       CallInst *CI = cast<CallInst>(Inst);
1453       if (IsNullOrUndef(CI->getArgOperand(0)) ||
1454           IsNullOrUndef(CI->getArgOperand(1))) {
1455         Changed = true;
1456         Type *Ty = CI->getArgOperand(0)->getType();
1457         new StoreInst(UndefValue::get(cast<PointerType>(Ty)->getElementType()),
1458                       Constant::getNullValue(Ty),
1459                       CI);
1460
1461         llvm::Value *NewValue = UndefValue::get(CI->getType());
1462         DEBUG(dbgs() << "A null pointer-to-weak-pointer is undefined behavior."
1463                         "\nOld = " << *CI << "\nNew = " << *NewValue << "\n");
1464
1465         CI->replaceAllUsesWith(NewValue);
1466         CI->eraseFromParent();
1467         continue;
1468       }
1469       break;
1470     }
1471     case IC_RetainBlock:
1472       // If we strength reduce an objc_retainBlock to amn objc_retain, continue
1473       // onto the objc_retain peephole optimizations. Otherwise break.
1474       if (!OptimizeRetainBlockCall(F, Inst, Class))
1475         break;
1476       // FALLTHROUGH
1477     case IC_Retain:
1478       OptimizeRetainCall(F, Inst);
1479       break;
1480     case IC_RetainRV:
1481       if (OptimizeRetainRVCall(F, Inst))
1482         continue;
1483       break;
1484     case IC_AutoreleaseRV:
1485       OptimizeAutoreleaseRVCall(F, Inst, Class);
1486       break;
1487     }
1488
1489     // objc_autorelease(x) -> objc_release(x) if x is otherwise unused.
1490     if (IsAutorelease(Class) && Inst->use_empty()) {
1491       CallInst *Call = cast<CallInst>(Inst);
1492       const Value *Arg = Call->getArgOperand(0);
1493       Arg = FindSingleUseIdentifiedObject(Arg);
1494       if (Arg) {
1495         Changed = true;
1496         ++NumAutoreleases;
1497
1498         // Create the declaration lazily.
1499         LLVMContext &C = Inst->getContext();
1500         CallInst *NewCall =
1501           CallInst::Create(getReleaseCallee(F.getParent()),
1502                            Call->getArgOperand(0), "", Call);
1503         NewCall->setMetadata(ImpreciseReleaseMDKind,
1504                              MDNode::get(C, ArrayRef<Value *>()));
1505
1506         DEBUG(dbgs() << "Replacing autorelease{,RV}(x) with objc_release(x) "
1507               "since x is otherwise unused.\nOld: " << *Call << "\nNew: "
1508               << *NewCall << "\n");
1509
1510         EraseInstruction(Call);
1511         Inst = NewCall;
1512         Class = IC_Release;
1513       }
1514     }
1515
1516     // For functions which can never be passed stack arguments, add
1517     // a tail keyword.
1518     if (IsAlwaysTail(Class)) {
1519       Changed = true;
1520       DEBUG(dbgs() << "Adding tail keyword to function since it can never be "
1521                       "passed stack args: " << *Inst << "\n");
1522       cast<CallInst>(Inst)->setTailCall();
1523     }
1524
1525     // Ensure that functions that can never have a "tail" keyword due to the
1526     // semantics of ARC truly do not do so.
1527     if (IsNeverTail(Class)) {
1528       Changed = true;
1529       DEBUG(dbgs() << "Removing tail keyword from function: " << *Inst <<
1530             "\n");
1531       cast<CallInst>(Inst)->setTailCall(false);
1532     }
1533
1534     // Set nounwind as needed.
1535     if (IsNoThrow(Class)) {
1536       Changed = true;
1537       DEBUG(dbgs() << "Found no throw class. Setting nounwind on: " << *Inst
1538                    << "\n");
1539       cast<CallInst>(Inst)->setDoesNotThrow();
1540     }
1541
1542     if (!IsNoopOnNull(Class)) {
1543       UsedInThisFunction |= 1 << Class;
1544       continue;
1545     }
1546
1547     const Value *Arg = GetObjCArg(Inst);
1548
1549     // ARC calls with null are no-ops. Delete them.
1550     if (IsNullOrUndef(Arg)) {
1551       Changed = true;
1552       ++NumNoops;
1553       DEBUG(dbgs() << "ARC calls with  null are no-ops. Erasing: " << *Inst
1554             << "\n");
1555       EraseInstruction(Inst);
1556       continue;
1557     }
1558
1559     // Keep track of which of retain, release, autorelease, and retain_block
1560     // are actually present in this function.
1561     UsedInThisFunction |= 1 << Class;
1562
1563     // If Arg is a PHI, and one or more incoming values to the
1564     // PHI are null, and the call is control-equivalent to the PHI, and there
1565     // are no relevant side effects between the PHI and the call, the call
1566     // could be pushed up to just those paths with non-null incoming values.
1567     // For now, don't bother splitting critical edges for this.
1568     SmallVector<std::pair<Instruction *, const Value *>, 4> Worklist;
1569     Worklist.push_back(std::make_pair(Inst, Arg));
1570     do {
1571       std::pair<Instruction *, const Value *> Pair = Worklist.pop_back_val();
1572       Inst = Pair.first;
1573       Arg = Pair.second;
1574
1575       const PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(Arg);
1576       if (!PN) continue;
1577
1578       // Determine if the PHI has any null operands, or any incoming
1579       // critical edges.
1580       bool HasNull = false;
1581       bool HasCriticalEdges = false;
1582       for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
1583         Value *Incoming =
1584           StripPointerCastsAndObjCCalls(PN->getIncomingValue(i));
1585         if (IsNullOrUndef(Incoming))
1586           HasNull = true;
1587         else if (cast<TerminatorInst>(PN->getIncomingBlock(i)->back())
1588                    .getNumSuccessors() != 1) {
1589           HasCriticalEdges = true;
1590           break;
1591         }
1592       }
1593       // If we have null operands and no critical edges, optimize.
1594       if (!HasCriticalEdges && HasNull) {
1595         SmallPtrSet<Instruction *, 4> DependingInstructions;
1596         SmallPtrSet<const BasicBlock *, 4> Visited;
1597
1598         // Check that there is nothing that cares about the reference
1599         // count between the call and the phi.
1600         switch (Class) {
1601         case IC_Retain:
1602         case IC_RetainBlock:
1603           // These can always be moved up.
1604           break;
1605         case IC_Release:
1606           // These can't be moved across things that care about the retain
1607           // count.
1608           FindDependencies(NeedsPositiveRetainCount, Arg,
1609                            Inst->getParent(), Inst,
1610                            DependingInstructions, Visited, PA);
1611           break;
1612         case IC_Autorelease:
1613           // These can't be moved across autorelease pool scope boundaries.
1614           FindDependencies(AutoreleasePoolBoundary, Arg,
1615                            Inst->getParent(), Inst,
1616                            DependingInstructions, Visited, PA);
1617           break;
1618         case IC_RetainRV:
1619         case IC_AutoreleaseRV:
1620           // Don't move these; the RV optimization depends on the autoreleaseRV
1621           // being tail called, and the retainRV being immediately after a call
1622           // (which might still happen if we get lucky with codegen layout, but
1623           // it's not worth taking the chance).
1624           continue;
1625         default:
1626           llvm_unreachable("Invalid dependence flavor");
1627         }
1628
1629         if (DependingInstructions.size() == 1 &&
1630             *DependingInstructions.begin() == PN) {
1631           Changed = true;
1632           ++NumPartialNoops;
1633           // Clone the call into each predecessor that has a non-null value.
1634           CallInst *CInst = cast<CallInst>(Inst);
1635           Type *ParamTy = CInst->getArgOperand(0)->getType();
1636           for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
1637             Value *Incoming =
1638               StripPointerCastsAndObjCCalls(PN->getIncomingValue(i));
1639             if (!IsNullOrUndef(Incoming)) {
1640               CallInst *Clone = cast<CallInst>(CInst->clone());
1641               Value *Op = PN->getIncomingValue(i);
1642               Instruction *InsertPos = &PN->getIncomingBlock(i)->back();
1643               if (Op->getType() != ParamTy)
1644                 Op = new BitCastInst(Op, ParamTy, "", InsertPos);
1645               Clone->setArgOperand(0, Op);
1646               Clone->insertBefore(InsertPos);
1647
1648               DEBUG(dbgs() << "Cloning "
1649                            << *CInst << "\n"
1650                            "And inserting clone at " << *InsertPos << "\n");
1651               Worklist.push_back(std::make_pair(Clone, Incoming));
1652             }
1653           }
1654           // Erase the original call.
1655           DEBUG(dbgs() << "Erasing: " << *CInst << "\n");
1656           EraseInstruction(CInst);
1657           continue;
1658         }
1659       }
1660     } while (!Worklist.empty());
1661   }
1662 }
1663
1664 /// If we have a top down pointer in the S_Use state, make sure that there are
1665 /// no CFG hazards by checking the states of various bottom up pointers.
1666 static void CheckForUseCFGHazard(const Sequence SuccSSeq,
1667                                  const bool SuccSRRIKnownSafe,
1668                                  PtrState &S,
1669                                  bool &SomeSuccHasSame,
1670                                  bool &AllSuccsHaveSame,
1671                                  bool &ShouldContinue) {
1672   switch (SuccSSeq) {
1673   case S_CanRelease: {
1674     if (!S.RRI.KnownSafe && !SuccSRRIKnownSafe) {
1675       S.ClearSequenceProgress();
1676       break;
1677     }
1678     ShouldContinue = true;
1679     break;
1680   }
1681   case S_Use:
1682     SomeSuccHasSame = true;
1683     break;
1684   case S_Stop:
1685   case S_Release:
1686   case S_MovableRelease:
1687     if (!S.RRI.KnownSafe && !SuccSRRIKnownSafe)
1688       AllSuccsHaveSame = false;
1689     break;
1690   case S_Retain:
1691     llvm_unreachable("bottom-up pointer in retain state!");
1692   case S_None:
1693     llvm_unreachable("This should have been handled earlier.");
1694   }
1695 }
1696
1697 /// If we have a Top Down pointer in the S_CanRelease state, make sure that
1698 /// there are no CFG hazards by checking the states of various bottom up
1699 /// pointers.
1700 static void CheckForCanReleaseCFGHazard(const Sequence SuccSSeq,
1701                                         const bool SuccSRRIKnownSafe,
1702                                         PtrState &S,
1703                                         bool &SomeSuccHasSame,
1704                                         bool &AllSuccsHaveSame) {
1705   switch (SuccSSeq) {
1706   case S_CanRelease:
1707     SomeSuccHasSame = true;
1708     break;
1709   case S_Stop:
1710   case S_Release:
1711   case S_MovableRelease:
1712   case S_Use:
1713     if (!S.RRI.KnownSafe && !SuccSRRIKnownSafe)
1714       AllSuccsHaveSame = false;
1715     break;
1716   case S_Retain:
1717     llvm_unreachable("bottom-up pointer in retain state!");
1718   case S_None:
1719     llvm_unreachable("This should have been handled earlier.");
1720   }
1721 }
1722
1723 /// Check for critical edges, loop boundaries, irreducible control flow, or
1724 /// other CFG structures where moving code across the edge would result in it
1725 /// being executed more.
1726 void
1727 ObjCARCOpt::CheckForCFGHazards(const BasicBlock *BB,
1728                                DenseMap<const BasicBlock *, BBState> &BBStates,
1729                                BBState &MyStates) const {
1730   // If any top-down local-use or possible-dec has a succ which is earlier in
1731   // the sequence, forget it.
1732   for (BBState::ptr_iterator I = MyStates.top_down_ptr_begin(),
1733          E = MyStates.top_down_ptr_end(); I != E; ++I) {
1734     PtrState &S = I->second;
1735     const Sequence Seq = I->second.GetSeq();
1736
1737     // We only care about S_Retain, S_CanRelease, and S_Use.
1738     if (Seq == S_None)
1739       continue;
1740
1741     // Make sure that if extra top down states are added in the future that this
1742     // code is updated to handle it.
1743     assert((Seq == S_Retain || Seq == S_CanRelease || Seq == S_Use) &&
1744            "Unknown top down sequence state.");
1745
1746     const Value *Arg = I->first;
1747     const TerminatorInst *TI = cast<TerminatorInst>(&BB->back());
1748     bool SomeSuccHasSame = false;
1749     bool AllSuccsHaveSame = true;
1750
1751     succ_const_iterator SI(TI), SE(TI, false);
1752
1753     for (; SI != SE; ++SI) {
1754       // If VisitBottomUp has pointer information for this successor, take
1755       // what we know about it.
1756       const DenseMap<const BasicBlock *, BBState>::iterator BBI =
1757         BBStates.find(*SI);
1758       assert(BBI != BBStates.end());
1759       const PtrState &SuccS = BBI->second.getPtrBottomUpState(Arg);
1760       const Sequence SuccSSeq = SuccS.GetSeq();
1761
1762       // If bottom up, the pointer is in an S_None state, clear the sequence
1763       // progress since the sequence in the bottom up state finished
1764       // suggesting a mismatch in between retains/releases. This is true for
1765       // all three cases that we are handling here: S_Retain, S_Use, and
1766       // S_CanRelease.
1767       if (SuccSSeq == S_None) {
1768         S.ClearSequenceProgress();
1769         continue;
1770       }
1771
1772       // If we have S_Use or S_CanRelease, perform our check for cfg hazard
1773       // checks.
1774       const bool SuccSRRIKnownSafe = SuccS.RRI.KnownSafe;
1775
1776       // *NOTE* We do not use Seq from above here since we are allowing for
1777       // S.GetSeq() to change while we are visiting basic blocks.
1778       switch(S.GetSeq()) {
1779       case S_Use: {
1780         bool ShouldContinue = false;
1781         CheckForUseCFGHazard(SuccSSeq, SuccSRRIKnownSafe, S,
1782                              SomeSuccHasSame, AllSuccsHaveSame,
1783                              ShouldContinue);
1784         if (ShouldContinue)
1785           continue;
1786         break;
1787       }
1788       case S_CanRelease: {
1789         CheckForCanReleaseCFGHazard(SuccSSeq, SuccSRRIKnownSafe,
1790                                     S, SomeSuccHasSame,
1791                                     AllSuccsHaveSame);
1792         break;
1793       }
1794       case S_Retain:
1795       case S_None:
1796       case S_Stop:
1797       case S_Release:
1798       case S_MovableRelease:
1799         break;
1800       }
1801     }
1802
1803     // If the state at the other end of any of the successor edges
1804     // matches the current state, require all edges to match. This
1805     // guards against loops in the middle of a sequence.
1806     if (SomeSuccHasSame && !AllSuccsHaveSame)
1807       S.ClearSequenceProgress();
1808   }
1809 }
1810
1811 bool
1812 ObjCARCOpt::VisitInstructionBottomUp(Instruction *Inst,
1813                                      BasicBlock *BB,
1814                                      MapVector<Value *, RRInfo> &Retains,
1815                                      BBState &MyStates) {
1816   bool NestingDetected = false;
1817   InstructionClass Class = GetInstructionClass(Inst);
1818   const Value *Arg = 0;
1819
1820   DEBUG(dbgs() << "Class: " << Class << "\n");
1821
1822   switch (Class) {
1823   case IC_Release: {
1824     Arg = GetObjCArg(Inst);
1825
1826     PtrState &S = MyStates.getPtrBottomUpState(Arg);
1827
1828     // If we see two releases in a row on the same pointer. If so, make
1829     // a note, and we'll cicle back to revisit it after we've
1830     // hopefully eliminated the second release, which may allow us to
1831     // eliminate the first release too.
1832     // Theoretically we could implement removal of nested retain+release
1833     // pairs by making PtrState hold a stack of states, but this is
1834     // simple and avoids adding overhead for the non-nested case.
1835     if (S.GetSeq() == S_Release || S.GetSeq() == S_MovableRelease) {
1836       DEBUG(dbgs() << "Found nested releases (i.e. a release pair)\n");
1837       NestingDetected = true;
1838     }
1839
1840     MDNode *ReleaseMetadata = Inst->getMetadata(ImpreciseReleaseMDKind);
1841     Sequence NewSeq = ReleaseMetadata ? S_MovableRelease : S_Release;
1842     ANNOTATE_BOTTOMUP(Inst, Arg, S.GetSeq(), NewSeq);
1843     S.ResetSequenceProgress(NewSeq);
1844     S.RRI.ReleaseMetadata = ReleaseMetadata;
1845     S.RRI.KnownSafe = S.HasKnownPositiveRefCount();
1846     S.RRI.IsTailCallRelease = cast<CallInst>(Inst)->isTailCall();
1847     S.RRI.Calls.insert(Inst);
1848     S.SetKnownPositiveRefCount();
1849     break;
1850   }
1851   case IC_RetainBlock:
1852     // In OptimizeIndividualCalls, we have strength reduced all optimizable
1853     // objc_retainBlocks to objc_retains. Thus at this point any
1854     // objc_retainBlocks that we see are not optimizable.
1855     break;
1856   case IC_Retain:
1857   case IC_RetainRV: {
1858     Arg = GetObjCArg(Inst);
1859
1860     PtrState &S = MyStates.getPtrBottomUpState(Arg);
1861     S.SetKnownPositiveRefCount();
1862
1863     Sequence OldSeq = S.GetSeq();
1864     switch (OldSeq) {
1865     case S_Stop:
1866     case S_Release:
1867     case S_MovableRelease:
1868     case S_Use:
1869       // If OldSeq is not S_Use or OldSeq is S_Use and we are tracking an
1870       // imprecise release, clear our reverse insertion points.
1871       if (OldSeq != S_Use || S.RRI.IsTrackingImpreciseReleases())
1872         S.RRI.ReverseInsertPts.clear();
1873       // FALL THROUGH
1874     case S_CanRelease:
1875       // Don't do retain+release tracking for IC_RetainRV, because it's
1876       // better to let it remain as the first instruction after a call.
1877       if (Class != IC_RetainRV)
1878         Retains[Inst] = S.RRI;
1879       S.ClearSequenceProgress();
1880       break;
1881     case S_None:
1882       break;
1883     case S_Retain:
1884       llvm_unreachable("bottom-up pointer in retain state!");
1885     }
1886     ANNOTATE_BOTTOMUP(Inst, Arg, OldSeq, S.GetSeq());
1887     // A retain moving bottom up can be a use.
1888     break;
1889   }
1890   case IC_AutoreleasepoolPop:
1891     // Conservatively, clear MyStates for all known pointers.
1892     MyStates.clearBottomUpPointers();
1893     return NestingDetected;
1894   case IC_AutoreleasepoolPush:
1895   case IC_None:
1896     // These are irrelevant.
1897     return NestingDetected;
1898   default:
1899     break;
1900   }
1901
1902   // Consider any other possible effects of this instruction on each
1903   // pointer being tracked.
1904   for (BBState::ptr_iterator MI = MyStates.bottom_up_ptr_begin(),
1905        ME = MyStates.bottom_up_ptr_end(); MI != ME; ++MI) {
1906     const Value *Ptr = MI->first;
1907     if (Ptr == Arg)
1908       continue; // Handled above.
1909     PtrState &S = MI->second;
1910     Sequence Seq = S.GetSeq();
1911
1912     // Check for possible releases.
1913     if (CanAlterRefCount(Inst, Ptr, PA, Class)) {
1914       DEBUG(dbgs() << "CanAlterRefCount: Seq: " << Seq << "; " << *Ptr
1915             << "\n");
1916       S.ClearKnownPositiveRefCount();
1917       switch (Seq) {
1918       case S_Use:
1919         S.SetSeq(S_CanRelease);
1920         ANNOTATE_BOTTOMUP(Inst, Ptr, Seq, S.GetSeq());
1921         continue;
1922       case S_CanRelease:
1923       case S_Release:
1924       case S_MovableRelease:
1925       case S_Stop:
1926       case S_None:
1927         break;
1928       case S_Retain:
1929         llvm_unreachable("bottom-up pointer in retain state!");
1930       }
1931     }
1932
1933     // Check for possible direct uses.
1934     switch (Seq) {
1935     case S_Release:
1936     case S_MovableRelease:
1937       if (CanUse(Inst, Ptr, PA, Class)) {
1938         DEBUG(dbgs() << "CanUse: Seq: " << Seq << "; " << *Ptr
1939               << "\n");
1940         assert(S.RRI.ReverseInsertPts.empty());
1941         // If this is an invoke instruction, we're scanning it as part of
1942         // one of its successor blocks, since we can't insert code after it
1943         // in its own block, and we don't want to split critical edges.
1944         if (isa<InvokeInst>(Inst))
1945           S.RRI.ReverseInsertPts.insert(BB->getFirstInsertionPt());
1946         else
1947           S.RRI.ReverseInsertPts.insert(llvm::next(BasicBlock::iterator(Inst)));
1948         S.SetSeq(S_Use);
1949         ANNOTATE_BOTTOMUP(Inst, Ptr, Seq, S_Use);
1950       } else if (Seq == S_Release && IsUser(Class)) {
1951         DEBUG(dbgs() << "PreciseReleaseUse: Seq: " << Seq << "; " << *Ptr
1952               << "\n");
1953         // Non-movable releases depend on any possible objc pointer use.
1954         S.SetSeq(S_Stop);
1955         ANNOTATE_BOTTOMUP(Inst, Ptr, S_Release, S_Stop);
1956         assert(S.RRI.ReverseInsertPts.empty());
1957         // As above; handle invoke specially.
1958         if (isa<InvokeInst>(Inst))
1959           S.RRI.ReverseInsertPts.insert(BB->getFirstInsertionPt());
1960         else
1961           S.RRI.ReverseInsertPts.insert(llvm::next(BasicBlock::iterator(Inst)));
1962       }
1963       break;
1964     case S_Stop:
1965       if (CanUse(Inst, Ptr, PA, Class)) {
1966         DEBUG(dbgs() << "PreciseStopUse: Seq: " << Seq << "; " << *Ptr
1967               << "\n");
1968         S.SetSeq(S_Use);
1969         ANNOTATE_BOTTOMUP(Inst, Ptr, Seq, S_Use);
1970       }
1971       break;
1972     case S_CanRelease:
1973     case S_Use:
1974     case S_None:
1975       break;
1976     case S_Retain:
1977       llvm_unreachable("bottom-up pointer in retain state!");
1978     }
1979   }
1980
1981   return NestingDetected;
1982 }
1983
1984 bool
1985 ObjCARCOpt::VisitBottomUp(BasicBlock *BB,
1986                           DenseMap<const BasicBlock *, BBState> &BBStates,
1987                           MapVector<Value *, RRInfo> &Retains) {
1988
1989   DEBUG(dbgs() << "\n== ObjCARCOpt::VisitBottomUp ==\n");
1990
1991   bool NestingDetected = false;
1992   BBState &MyStates = BBStates[BB];
1993
1994   // Merge the states from each successor to compute the initial state
1995   // for the current block.
1996   BBState::edge_iterator SI(MyStates.succ_begin()),
1997                          SE(MyStates.succ_end());
1998   if (SI != SE) {
1999     const BasicBlock *Succ = *SI;
2000     DenseMap<const BasicBlock *, BBState>::iterator I = BBStates.find(Succ);
2001     assert(I != BBStates.end());
2002     MyStates.InitFromSucc(I->second);
2003     ++SI;
2004     for (; SI != SE; ++SI) {
2005       Succ = *SI;
2006       I = BBStates.find(Succ);
2007       assert(I != BBStates.end());
2008       MyStates.MergeSucc(I->second);
2009     }
2010   }
2011
2012   // If ARC Annotations are enabled, output the current state of pointers at the
2013   // bottom of the basic block.
2014   ANNOTATE_BOTTOMUP_BBEND(MyStates, BB);
2015
2016   // Visit all the instructions, bottom-up.
2017   for (BasicBlock::iterator I = BB->end(), E = BB->begin(); I != E; --I) {
2018     Instruction *Inst = llvm::prior(I);
2019
2020     // Invoke instructions are visited as part of their successors (below).
2021     if (isa<InvokeInst>(Inst))
2022       continue;
2023
2024     DEBUG(dbgs() << "Visiting " << *Inst << "\n");
2025
2026     NestingDetected |= VisitInstructionBottomUp(Inst, BB, Retains, MyStates);
2027   }
2028
2029   // If there's a predecessor with an invoke, visit the invoke as if it were
2030   // part of this block, since we can't insert code after an invoke in its own
2031   // block, and we don't want to split critical edges.
2032   for (BBState::edge_iterator PI(MyStates.pred_begin()),
2033        PE(MyStates.pred_end()); PI != PE; ++PI) {
2034     BasicBlock *Pred = *PI;
2035     if (InvokeInst *II = dyn_cast<InvokeInst>(&Pred->back()))
2036       NestingDetected |= VisitInstructionBottomUp(II, BB, Retains, MyStates);
2037   }
2038
2039   // If ARC Annotations are enabled, output the current state of pointers at the
2040   // top of the basic block.
2041   ANNOTATE_BOTTOMUP_BBSTART(MyStates, BB);
2042
2043   return NestingDetected;
2044 }
2045
2046 bool
2047 ObjCARCOpt::VisitInstructionTopDown(Instruction *Inst,
2048                                     DenseMap<Value *, RRInfo> &Releases,
2049                                     BBState &MyStates) {
2050   bool NestingDetected = false;
2051   InstructionClass Class = GetInstructionClass(Inst);
2052   const Value *Arg = 0;
2053
2054   switch (Class) {
2055   case IC_RetainBlock:
2056     // In OptimizeIndividualCalls, we have strength reduced all optimizable
2057     // objc_retainBlocks to objc_retains. Thus at this point any
2058     // objc_retainBlocks that we see are not optimizable.
2059     break;
2060   case IC_Retain:
2061   case IC_RetainRV: {
2062     Arg = GetObjCArg(Inst);
2063
2064     PtrState &S = MyStates.getPtrTopDownState(Arg);
2065
2066     // Don't do retain+release tracking for IC_RetainRV, because it's
2067     // better to let it remain as the first instruction after a call.
2068     if (Class != IC_RetainRV) {
2069       // If we see two retains in a row on the same pointer. If so, make
2070       // a note, and we'll cicle back to revisit it after we've
2071       // hopefully eliminated the second retain, which may allow us to
2072       // eliminate the first retain too.
2073       // Theoretically we could implement removal of nested retain+release
2074       // pairs by making PtrState hold a stack of states, but this is
2075       // simple and avoids adding overhead for the non-nested case.
2076       if (S.GetSeq() == S_Retain)
2077         NestingDetected = true;
2078
2079       ANNOTATE_TOPDOWN(Inst, Arg, S.GetSeq(), S_Retain);
2080       S.ResetSequenceProgress(S_Retain);
2081       S.RRI.KnownSafe = S.HasKnownPositiveRefCount();
2082       S.RRI.Calls.insert(Inst);
2083     }
2084
2085     S.SetKnownPositiveRefCount();
2086
2087     // A retain can be a potential use; procede to the generic checking
2088     // code below.
2089     break;
2090   }
2091   case IC_Release: {
2092     Arg = GetObjCArg(Inst);
2093
2094     PtrState &S = MyStates.getPtrTopDownState(Arg);
2095     S.ClearKnownPositiveRefCount();
2096
2097     Sequence OldSeq = S.GetSeq();
2098
2099     MDNode *ReleaseMetadata = Inst->getMetadata(ImpreciseReleaseMDKind);
2100
2101     switch (OldSeq) {
2102     case S_Retain:
2103     case S_CanRelease:
2104       if (OldSeq == S_Retain || ReleaseMetadata != 0)
2105         S.RRI.ReverseInsertPts.clear();
2106       // FALL THROUGH
2107     case S_Use:
2108       S.RRI.ReleaseMetadata = ReleaseMetadata;
2109       S.RRI.IsTailCallRelease = cast<CallInst>(Inst)->isTailCall();
2110       Releases[Inst] = S.RRI;
2111       ANNOTATE_TOPDOWN(Inst, Arg, S.GetSeq(), S_None);
2112       S.ClearSequenceProgress();
2113       break;
2114     case S_None:
2115       break;
2116     case S_Stop:
2117     case S_Release:
2118     case S_MovableRelease:
2119       llvm_unreachable("top-down pointer in release state!");
2120     }
2121     break;
2122   }
2123   case IC_AutoreleasepoolPop:
2124     // Conservatively, clear MyStates for all known pointers.
2125     MyStates.clearTopDownPointers();
2126     return NestingDetected;
2127   case IC_AutoreleasepoolPush:
2128   case IC_None:
2129     // These are irrelevant.
2130     return NestingDetected;
2131   default:
2132     break;
2133   }
2134
2135   // Consider any other possible effects of this instruction on each
2136   // pointer being tracked.
2137   for (BBState::ptr_iterator MI = MyStates.top_down_ptr_begin(),
2138        ME = MyStates.top_down_ptr_end(); MI != ME; ++MI) {
2139     const Value *Ptr = MI->first;
2140     if (Ptr == Arg)
2141       continue; // Handled above.
2142     PtrState &S = MI->second;
2143     Sequence Seq = S.GetSeq();
2144
2145     // Check for possible releases.
2146     if (CanAlterRefCount(Inst, Ptr, PA, Class)) {
2147       DEBUG(dbgs() << "CanAlterRefCount: Seq: " << Seq << "; " << *Ptr
2148             << "\n");
2149       S.ClearKnownPositiveRefCount();
2150       switch (Seq) {
2151       case S_Retain:
2152         S.SetSeq(S_CanRelease);
2153         ANNOTATE_TOPDOWN(Inst, Ptr, Seq, S_CanRelease);
2154         assert(S.RRI.ReverseInsertPts.empty());
2155         S.RRI.ReverseInsertPts.insert(Inst);
2156
2157         // One call can't cause a transition from S_Retain to S_CanRelease
2158         // and S_CanRelease to S_Use. If we've made the first transition,
2159         // we're done.
2160         continue;
2161       case S_Use:
2162       case S_CanRelease:
2163       case S_None:
2164         break;
2165       case S_Stop:
2166       case S_Release:
2167       case S_MovableRelease:
2168         llvm_unreachable("top-down pointer in release state!");
2169       }
2170     }
2171
2172     // Check for possible direct uses.
2173     switch (Seq) {
2174     case S_CanRelease:
2175       if (CanUse(Inst, Ptr, PA, Class)) {
2176         DEBUG(dbgs() << "CanUse: Seq: " << Seq << "; " << *Ptr
2177               << "\n");
2178         S.SetSeq(S_Use);
2179         ANNOTATE_TOPDOWN(Inst, Ptr, Seq, S_Use);
2180       }
2181       break;
2182     case S_Retain:
2183     case S_Use:
2184     case S_None:
2185       break;
2186     case S_Stop:
2187     case S_Release:
2188     case S_MovableRelease:
2189       llvm_unreachable("top-down pointer in release state!");
2190     }
2191   }
2192
2193   return NestingDetected;
2194 }
2195
2196 bool
2197 ObjCARCOpt::VisitTopDown(BasicBlock *BB,
2198                          DenseMap<const BasicBlock *, BBState> &BBStates,
2199                          DenseMap<Value *, RRInfo> &Releases) {
2200   DEBUG(dbgs() << "\n== ObjCARCOpt::VisitTopDown ==\n");
2201   bool NestingDetected = false;
2202   BBState &MyStates = BBStates[BB];
2203
2204   // Merge the states from each predecessor to compute the initial state
2205   // for the current block.
2206   BBState::edge_iterator PI(MyStates.pred_begin()),
2207                          PE(MyStates.pred_end());
2208   if (PI != PE) {
2209     const BasicBlock *Pred = *PI;
2210     DenseMap<const BasicBlock *, BBState>::iterator I = BBStates.find(Pred);
2211     assert(I != BBStates.end());
2212     MyStates.InitFromPred(I->second);
2213     ++PI;
2214     for (; PI != PE; ++PI) {
2215       Pred = *PI;
2216       I = BBStates.find(Pred);
2217       assert(I != BBStates.end());
2218       MyStates.MergePred(I->second);
2219     }
2220   }
2221
2222   // If ARC Annotations are enabled, output the current state of pointers at the
2223   // top of the basic block.
2224   ANNOTATE_TOPDOWN_BBSTART(MyStates, BB);
2225
2226   // Visit all the instructions, top-down.
2227   for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(), E = BB->end(); I != E; ++I) {
2228     Instruction *Inst = I;
2229
2230     DEBUG(dbgs() << "Visiting " << *Inst << "\n");
2231
2232     NestingDetected |= VisitInstructionTopDown(Inst, Releases, MyStates);
2233   }
2234
2235   // If ARC Annotations are enabled, output the current state of pointers at the
2236   // bottom of the basic block.
2237   ANNOTATE_TOPDOWN_BBEND(MyStates, BB);
2238
2239 #ifdef ARC_ANNOTATIONS
2240   if (!(EnableARCAnnotations && DisableCheckForCFGHazards))
2241 #endif
2242   CheckForCFGHazards(BB, BBStates, MyStates);
2243   return NestingDetected;
2244 }
2245
2246 static void
2247 ComputePostOrders(Function &F,
2248                   SmallVectorImpl<BasicBlock *> &PostOrder,
2249                   SmallVectorImpl<BasicBlock *> &ReverseCFGPostOrder,
2250                   unsigned NoObjCARCExceptionsMDKind,
2251                   DenseMap<const BasicBlock *, BBState> &BBStates) {
2252   /// The visited set, for doing DFS walks.
2253   SmallPtrSet<BasicBlock *, 16> Visited;
2254
2255   // Do DFS, computing the PostOrder.
2256   SmallPtrSet<BasicBlock *, 16> OnStack;
2257   SmallVector<std::pair<BasicBlock *, succ_iterator>, 16> SuccStack;
2258
2259   // Functions always have exactly one entry block, and we don't have
2260   // any other block that we treat like an entry block.
2261   BasicBlock *EntryBB = &F.getEntryBlock();
2262   BBState &MyStates = BBStates[EntryBB];
2263   MyStates.SetAsEntry();
2264   TerminatorInst *EntryTI = cast<TerminatorInst>(&EntryBB->back());
2265   SuccStack.push_back(std::make_pair(EntryBB, succ_iterator(EntryTI)));
2266   Visited.insert(EntryBB);
2267   OnStack.insert(EntryBB);
2268   do {
2269   dfs_next_succ:
2270     BasicBlock *CurrBB = SuccStack.back().first;
2271     TerminatorInst *TI = cast<TerminatorInst>(&CurrBB->back());
2272     succ_iterator SE(TI, false);
2273
2274     while (SuccStack.back().second != SE) {
2275       BasicBlock *SuccBB = *SuccStack.back().second++;
2276       if (Visited.insert(SuccBB)) {
2277         TerminatorInst *TI = cast<TerminatorInst>(&SuccBB->back());
2278         SuccStack.push_back(std::make_pair(SuccBB, succ_iterator(TI)));
2279         BBStates[CurrBB].addSucc(SuccBB);
2280         BBState &SuccStates = BBStates[SuccBB];
2281         SuccStates.addPred(CurrBB);
2282         OnStack.insert(SuccBB);
2283         goto dfs_next_succ;
2284       }
2285
2286       if (!OnStack.count(SuccBB)) {
2287         BBStates[CurrBB].addSucc(SuccBB);
2288         BBStates[SuccBB].addPred(CurrBB);
2289       }
2290     }
2291     OnStack.erase(CurrBB);
2292     PostOrder.push_back(CurrBB);
2293     SuccStack.pop_back();
2294   } while (!SuccStack.empty());
2295
2296   Visited.clear();
2297
2298   // Do reverse-CFG DFS, computing the reverse-CFG PostOrder.
2299   // Functions may have many exits, and there also blocks which we treat
2300   // as exits due to ignored edges.
2301   SmallVector<std::pair<BasicBlock *, BBState::edge_iterator>, 16> PredStack;
2302   for (Function::iterator I = F.begin(), E = F.end(); I != E; ++I) {
2303     BasicBlock *ExitBB = I;
2304     BBState &MyStates = BBStates[ExitBB];
2305     if (!MyStates.isExit())
2306       continue;
2307
2308     MyStates.SetAsExit();
2309
2310     PredStack.push_back(std::make_pair(ExitBB, MyStates.pred_begin()));
2311     Visited.insert(ExitBB);
2312     while (!PredStack.empty()) {
2313     reverse_dfs_next_succ:
2314       BBState::edge_iterator PE = BBStates[PredStack.back().first].pred_end();
2315       while (PredStack.back().second != PE) {
2316         BasicBlock *BB = *PredStack.back().second++;
2317         if (Visited.insert(BB)) {
2318           PredStack.push_back(std::make_pair(BB, BBStates[BB].pred_begin()));
2319           goto reverse_dfs_next_succ;
2320         }
2321       }
2322       ReverseCFGPostOrder.push_back(PredStack.pop_back_val().first);
2323     }
2324   }
2325 }
2326
2327 // Visit the function both top-down and bottom-up.
2328 bool
2329 ObjCARCOpt::Visit(Function &F,
2330                   DenseMap<const BasicBlock *, BBState> &BBStates,
2331                   MapVector<Value *, RRInfo> &Retains,
2332                   DenseMap<Value *, RRInfo> &Releases) {
2333
2334   // Use reverse-postorder traversals, because we magically know that loops
2335   // will be well behaved, i.e. they won't repeatedly call retain on a single
2336   // pointer without doing a release. We can't use the ReversePostOrderTraversal
2337   // class here because we want the reverse-CFG postorder to consider each
2338   // function exit point, and we want to ignore selected cycle edges.
2339   SmallVector<BasicBlock *, 16> PostOrder;
2340   SmallVector<BasicBlock *, 16> ReverseCFGPostOrder;
2341   ComputePostOrders(F, PostOrder, ReverseCFGPostOrder,
2342                     NoObjCARCExceptionsMDKind,
2343                     BBStates);
2344
2345   // Use reverse-postorder on the reverse CFG for bottom-up.
2346   bool BottomUpNestingDetected = false;
2347   for (SmallVectorImpl<BasicBlock *>::const_reverse_iterator I =
2348        ReverseCFGPostOrder.rbegin(), E = ReverseCFGPostOrder.rend();
2349        I != E; ++I)
2350     BottomUpNestingDetected |= VisitBottomUp(*I, BBStates, Retains);
2351
2352   // Use reverse-postorder for top-down.
2353   bool TopDownNestingDetected = false;
2354   for (SmallVectorImpl<BasicBlock *>::const_reverse_iterator I =
2355        PostOrder.rbegin(), E = PostOrder.rend();
2356        I != E; ++I)
2357     TopDownNestingDetected |= VisitTopDown(*I, BBStates, Releases);
2358
2359   return TopDownNestingDetected && BottomUpNestingDetected;
2360 }
2361
2362 /// Move the calls in RetainsToMove and ReleasesToMove.
2363 void ObjCARCOpt::MoveCalls(Value *Arg,
2364                            RRInfo &RetainsToMove,
2365                            RRInfo &ReleasesToMove,
2366                            MapVector<Value *, RRInfo> &Retains,
2367                            DenseMap<Value *, RRInfo> &Releases,
2368                            SmallVectorImpl<Instruction *> &DeadInsts,
2369                            Module *M) {
2370   Type *ArgTy = Arg->getType();
2371   Type *ParamTy = PointerType::getUnqual(Type::getInt8Ty(ArgTy->getContext()));
2372
2373   DEBUG(dbgs() << "== ObjCARCOpt::MoveCalls ==\n");
2374
2375   // Insert the new retain and release calls.
2376   for (SmallPtrSet<Instruction *, 2>::const_iterator
2377        PI = ReleasesToMove.ReverseInsertPts.begin(),
2378        PE = ReleasesToMove.ReverseInsertPts.end(); PI != PE; ++PI) {
2379     Instruction *InsertPt = *PI;
2380     Value *MyArg = ArgTy == ParamTy ? Arg :
2381                    new BitCastInst(Arg, ParamTy, "", InsertPt);
2382     CallInst *Call =
2383       CallInst::Create(getRetainCallee(M), MyArg, "", InsertPt);
2384     Call->setDoesNotThrow();
2385     Call->setTailCall();
2386
2387     DEBUG(dbgs() << "Inserting new Release: " << *Call << "\n"
2388                     "At insertion point: " << *InsertPt << "\n");
2389   }
2390   for (SmallPtrSet<Instruction *, 2>::const_iterator
2391        PI = RetainsToMove.ReverseInsertPts.begin(),
2392        PE = RetainsToMove.ReverseInsertPts.end(); PI != PE; ++PI) {
2393     Instruction *InsertPt = *PI;
2394     Value *MyArg = ArgTy == ParamTy ? Arg :
2395                    new BitCastInst(Arg, ParamTy, "", InsertPt);
2396     CallInst *Call = CallInst::Create(getReleaseCallee(M), MyArg,
2397                                       "", InsertPt);
2398     // Attach a clang.imprecise_release metadata tag, if appropriate.
2399     if (MDNode *M = ReleasesToMove.ReleaseMetadata)
2400       Call->setMetadata(ImpreciseReleaseMDKind, M);
2401     Call->setDoesNotThrow();
2402     if (ReleasesToMove.IsTailCallRelease)
2403       Call->setTailCall();
2404
2405     DEBUG(dbgs() << "Inserting new Release: " << *Call << "\n"
2406                     "At insertion point: " << *InsertPt << "\n");
2407   }
2408
2409   // Delete the original retain and release calls.
2410   for (SmallPtrSet<Instruction *, 2>::const_iterator
2411        AI = RetainsToMove.Calls.begin(),
2412        AE = RetainsToMove.Calls.end(); AI != AE; ++AI) {
2413     Instruction *OrigRetain = *AI;
2414     Retains.blot(OrigRetain);
2415     DeadInsts.push_back(OrigRetain);
2416     DEBUG(dbgs() << "Deleting retain: " << *OrigRetain << "\n");
2417   }
2418   for (SmallPtrSet<Instruction *, 2>::const_iterator
2419        AI = ReleasesToMove.Calls.begin(),
2420        AE = ReleasesToMove.Calls.end(); AI != AE; ++AI) {
2421     Instruction *OrigRelease = *AI;
2422     Releases.erase(OrigRelease);
2423     DeadInsts.push_back(OrigRelease);
2424     DEBUG(dbgs() << "Deleting release: " << *OrigRelease << "\n");
2425   }
2426
2427 }
2428
2429 bool
2430 ObjCARCOpt::ConnectTDBUTraversals(DenseMap<const BasicBlock *, BBState>
2431                                     &BBStates,
2432                                   MapVector<Value *, RRInfo> &Retains,
2433                                   DenseMap<Value *, RRInfo> &Releases,
2434                                   Module *M,
2435                                   SmallVector<Instruction *, 4> &NewRetains,
2436                                   SmallVector<Instruction *, 4> &NewReleases,
2437                                   SmallVector<Instruction *, 8> &DeadInsts,
2438                                   RRInfo &RetainsToMove,
2439                                   RRInfo &ReleasesToMove,
2440                                   Value *Arg,
2441                                   bool KnownSafe,
2442                                   bool &AnyPairsCompletelyEliminated) {
2443   // If a pair happens in a region where it is known that the reference count
2444   // is already incremented, we can similarly ignore possible decrements.
2445   bool KnownSafeTD = true, KnownSafeBU = true;
2446
2447   // Connect the dots between the top-down-collected RetainsToMove and
2448   // bottom-up-collected ReleasesToMove to form sets of related calls.
2449   // This is an iterative process so that we connect multiple releases
2450   // to multiple retains if needed.
2451   unsigned OldDelta = 0;
2452   unsigned NewDelta = 0;
2453   unsigned OldCount = 0;
2454   unsigned NewCount = 0;
2455   bool FirstRelease = true;
2456   for (;;) {
2457     for (SmallVectorImpl<Instruction *>::const_iterator
2458            NI = NewRetains.begin(), NE = NewRetains.end(); NI != NE; ++NI) {
2459       Instruction *NewRetain = *NI;
2460       MapVector<Value *, RRInfo>::const_iterator It = Retains.find(NewRetain);
2461       assert(It != Retains.end());
2462       const RRInfo &NewRetainRRI = It->second;
2463       KnownSafeTD &= NewRetainRRI.KnownSafe;
2464       for (SmallPtrSet<Instruction *, 2>::const_iterator
2465              LI = NewRetainRRI.Calls.begin(),
2466              LE = NewRetainRRI.Calls.end(); LI != LE; ++LI) {
2467         Instruction *NewRetainRelease = *LI;
2468         DenseMap<Value *, RRInfo>::const_iterator Jt =
2469           Releases.find(NewRetainRelease);
2470         if (Jt == Releases.end())
2471           return false;
2472         const RRInfo &NewRetainReleaseRRI = Jt->second;
2473         assert(NewRetainReleaseRRI.Calls.count(NewRetain));
2474         if (ReleasesToMove.Calls.insert(NewRetainRelease)) {
2475           OldDelta -=
2476             BBStates[NewRetainRelease->getParent()].GetAllPathCount();
2477
2478           // Merge the ReleaseMetadata and IsTailCallRelease values.
2479           if (FirstRelease) {
2480             ReleasesToMove.ReleaseMetadata =
2481               NewRetainReleaseRRI.ReleaseMetadata;
2482             ReleasesToMove.IsTailCallRelease =
2483               NewRetainReleaseRRI.IsTailCallRelease;
2484             FirstRelease = false;
2485           } else {
2486             if (ReleasesToMove.ReleaseMetadata !=
2487                 NewRetainReleaseRRI.ReleaseMetadata)
2488               ReleasesToMove.ReleaseMetadata = 0;
2489             if (ReleasesToMove.IsTailCallRelease !=
2490                 NewRetainReleaseRRI.IsTailCallRelease)
2491               ReleasesToMove.IsTailCallRelease = false;
2492           }
2493
2494           // Collect the optimal insertion points.
2495           if (!KnownSafe)
2496             for (SmallPtrSet<Instruction *, 2>::const_iterator
2497                    RI = NewRetainReleaseRRI.ReverseInsertPts.begin(),
2498                    RE = NewRetainReleaseRRI.ReverseInsertPts.end();
2499                  RI != RE; ++RI) {
2500               Instruction *RIP = *RI;
2501               if (ReleasesToMove.ReverseInsertPts.insert(RIP))
2502                 NewDelta -= BBStates[RIP->getParent()].GetAllPathCount();
2503             }
2504           NewReleases.push_back(NewRetainRelease);
2505         }
2506       }
2507     }
2508     NewRetains.clear();
2509     if (NewReleases.empty()) break;
2510
2511     // Back the other way.
2512     for (SmallVectorImpl<Instruction *>::const_iterator
2513            NI = NewReleases.begin(), NE = NewReleases.end(); NI != NE; ++NI) {
2514       Instruction *NewRelease = *NI;
2515       DenseMap<Value *, RRInfo>::const_iterator It =
2516         Releases.find(NewRelease);
2517       assert(It != Releases.end());
2518       const RRInfo &NewReleaseRRI = It->second;
2519       KnownSafeBU &= NewReleaseRRI.KnownSafe;
2520       for (SmallPtrSet<Instruction *, 2>::const_iterator
2521              LI = NewReleaseRRI.Calls.begin(),
2522              LE = NewReleaseRRI.Calls.end(); LI != LE; ++LI) {
2523         Instruction *NewReleaseRetain = *LI;
2524         MapVector<Value *, RRInfo>::const_iterator Jt =
2525           Retains.find(NewReleaseRetain);
2526         if (Jt == Retains.end())
2527           return false;
2528         const RRInfo &NewReleaseRetainRRI = Jt->second;
2529         assert(NewReleaseRetainRRI.Calls.count(NewRelease));
2530         if (RetainsToMove.Calls.insert(NewReleaseRetain)) {
2531           unsigned PathCount =
2532             BBStates[NewReleaseRetain->getParent()].GetAllPathCount();
2533           OldDelta += PathCount;
2534           OldCount += PathCount;
2535
2536           // Collect the optimal insertion points.
2537           if (!KnownSafe)
2538             for (SmallPtrSet<Instruction *, 2>::const_iterator
2539                    RI = NewReleaseRetainRRI.ReverseInsertPts.begin(),
2540                    RE = NewReleaseRetainRRI.ReverseInsertPts.end();
2541                  RI != RE; ++RI) {
2542               Instruction *RIP = *RI;
2543               if (RetainsToMove.ReverseInsertPts.insert(RIP)) {
2544                 PathCount = BBStates[RIP->getParent()].GetAllPathCount();
2545                 NewDelta += PathCount;
2546                 NewCount += PathCount;
2547               }
2548             }
2549           NewRetains.push_back(NewReleaseRetain);
2550         }
2551       }
2552     }
2553     NewReleases.clear();
2554     if (NewRetains.empty()) break;
2555   }
2556
2557   // If the pointer is known incremented or nested, we can safely delete the
2558   // pair regardless of what's between them.
2559   if (KnownSafeTD || KnownSafeBU) {
2560     RetainsToMove.ReverseInsertPts.clear();
2561     ReleasesToMove.ReverseInsertPts.clear();
2562     NewCount = 0;
2563   } else {
2564     // Determine whether the new insertion points we computed preserve the
2565     // balance of retain and release calls through the program.
2566     // TODO: If the fully aggressive solution isn't valid, try to find a
2567     // less aggressive solution which is.
2568     if (NewDelta != 0)
2569       return false;
2570   }
2571
2572   // Determine whether the original call points are balanced in the retain and
2573   // release calls through the program. If not, conservatively don't touch
2574   // them.
2575   // TODO: It's theoretically possible to do code motion in this case, as
2576   // long as the existing imbalances are maintained.
2577   if (OldDelta != 0)
2578     return false;
2579
2580   Changed = true;
2581   assert(OldCount != 0 && "Unreachable code?");
2582   NumRRs += OldCount - NewCount;
2583   // Set to true if we completely removed any RR pairs.
2584   AnyPairsCompletelyEliminated = NewCount == 0;
2585
2586   // We can move calls!
2587   return true;
2588 }
2589
2590 /// Identify pairings between the retains and releases, and delete and/or move
2591 /// them.
2592 bool
2593 ObjCARCOpt::PerformCodePlacement(DenseMap<const BasicBlock *, BBState>
2594                                    &BBStates,
2595                                  MapVector<Value *, RRInfo> &Retains,
2596                                  DenseMap<Value *, RRInfo> &Releases,
2597                                  Module *M) {
2598   DEBUG(dbgs() << "\n== ObjCARCOpt::PerformCodePlacement ==\n");
2599
2600   bool AnyPairsCompletelyEliminated = false;
2601   RRInfo RetainsToMove;
2602   RRInfo ReleasesToMove;
2603   SmallVector<Instruction *, 4> NewRetains;
2604   SmallVector<Instruction *, 4> NewReleases;
2605   SmallVector<Instruction *, 8> DeadInsts;
2606
2607   // Visit each retain.
2608   for (MapVector<Value *, RRInfo>::const_iterator I = Retains.begin(),
2609        E = Retains.end(); I != E; ++I) {
2610     Value *V = I->first;
2611     if (!V) continue; // blotted
2612
2613     Instruction *Retain = cast<Instruction>(V);
2614
2615     DEBUG(dbgs() << "Visiting: " << *Retain << "\n");
2616
2617     Value *Arg = GetObjCArg(Retain);
2618
2619     // If the object being released is in static or stack storage, we know it's
2620     // not being managed by ObjC reference counting, so we can delete pairs
2621     // regardless of what possible decrements or uses lie between them.
2622     bool KnownSafe = isa<Constant>(Arg) || isa<AllocaInst>(Arg);
2623
2624     // A constant pointer can't be pointing to an object on the heap. It may
2625     // be reference-counted, but it won't be deleted.
2626     if (const LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(Arg))
2627       if (const GlobalVariable *GV =
2628             dyn_cast<GlobalVariable>(
2629               StripPointerCastsAndObjCCalls(LI->getPointerOperand())))
2630         if (GV->isConstant())
2631           KnownSafe = true;
2632
2633     // Connect the dots between the top-down-collected RetainsToMove and
2634     // bottom-up-collected ReleasesToMove to form sets of related calls.
2635     NewRetains.push_back(Retain);
2636     bool PerformMoveCalls =
2637       ConnectTDBUTraversals(BBStates, Retains, Releases, M, NewRetains,
2638                             NewReleases, DeadInsts, RetainsToMove,
2639                             ReleasesToMove, Arg, KnownSafe,
2640                             AnyPairsCompletelyEliminated);
2641
2642 #ifdef ARC_ANNOTATIONS
2643     // Do not move calls if ARC annotations are requested. If we were to move
2644     // calls in this case, we would not be able
2645     PerformMoveCalls = PerformMoveCalls && !EnableARCAnnotations;
2646 #endif // ARC_ANNOTATIONS
2647
2648     if (PerformMoveCalls) {
2649       // Ok, everything checks out and we're all set. Let's move/delete some
2650       // code!
2651       MoveCalls(Arg, RetainsToMove, ReleasesToMove,
2652                 Retains, Releases, DeadInsts, M);
2653     }
2654
2655     // Clean up state for next retain.
2656     NewReleases.clear();
2657     NewRetains.clear();
2658     RetainsToMove.clear();
2659     ReleasesToMove.clear();
2660   }
2661
2662   // Now that we're done moving everything, we can delete the newly dead
2663   // instructions, as we no longer need them as insert points.
2664   while (!DeadInsts.empty())
2665     EraseInstruction(DeadInsts.pop_back_val());
2666
2667   return AnyPairsCompletelyEliminated;
2668 }
2669
2670 /// Weak pointer optimizations.
2671 void ObjCARCOpt::OptimizeWeakCalls(Function &F) {
2672   DEBUG(dbgs() << "\n== ObjCARCOpt::OptimizeWeakCalls ==\n");
2673
2674   // First, do memdep-style RLE and S2L optimizations. We can't use memdep
2675   // itself because it uses AliasAnalysis and we need to do provenance
2676   // queries instead.
2677   for (inst_iterator I = inst_begin(&F), E = inst_end(&F); I != E; ) {
2678     Instruction *Inst = &*I++;
2679
2680     DEBUG(dbgs() << "Visiting: " << *Inst << "\n");
2681
2682     InstructionClass Class = GetBasicInstructionClass(Inst);
2683     if (Class != IC_LoadWeak && Class != IC_LoadWeakRetained)
2684       continue;
2685
2686     // Delete objc_loadWeak calls with no users.
2687     if (Class == IC_LoadWeak && Inst->use_empty()) {
2688       Inst->eraseFromParent();
2689       continue;
2690     }
2691
2692     // TODO: For now, just look for an earlier available version of this value
2693     // within the same block. Theoretically, we could do memdep-style non-local
2694     // analysis too, but that would want caching. A better approach would be to
2695     // use the technique that EarlyCSE uses.
2696     inst_iterator Current = llvm::prior(I);
2697     BasicBlock *CurrentBB = Current.getBasicBlockIterator();
2698     for (BasicBlock::iterator B = CurrentBB->begin(),
2699                               J = Current.getInstructionIterator();
2700          J != B; --J) {
2701       Instruction *EarlierInst = &*llvm::prior(J);
2702       InstructionClass EarlierClass = GetInstructionClass(EarlierInst);
2703       switch (EarlierClass) {
2704       case IC_LoadWeak:
2705       case IC_LoadWeakRetained: {
2706         // If this is loading from the same pointer, replace this load's value
2707         // with that one.
2708         CallInst *Call = cast<CallInst>(Inst);
2709         CallInst *EarlierCall = cast<CallInst>(EarlierInst);
2710         Value *Arg = Call->getArgOperand(0);
2711         Value *EarlierArg = EarlierCall->getArgOperand(0);
2712         switch (PA.getAA()->alias(Arg, EarlierArg)) {
2713         case AliasAnalysis::MustAlias:
2714           Changed = true;
2715           // If the load has a builtin retain, insert a plain retain for it.
2716           if (Class == IC_LoadWeakRetained) {
2717             CallInst *CI =
2718               CallInst::Create(getRetainCallee(F.getParent()), EarlierCall,
2719                                "", Call);
2720             CI->setTailCall();
2721           }
2722           // Zap the fully redundant load.
2723           Call->replaceAllUsesWith(EarlierCall);
2724           Call->eraseFromParent();
2725           goto clobbered;
2726         case AliasAnalysis::MayAlias:
2727         case AliasAnalysis::PartialAlias:
2728           goto clobbered;
2729         case AliasAnalysis::NoAlias:
2730           break;
2731         }
2732         break;
2733       }
2734       case IC_StoreWeak:
2735       case IC_InitWeak: {
2736         // If this is storing to the same pointer and has the same size etc.
2737         // replace this load's value with the stored value.
2738         CallInst *Call = cast<CallInst>(Inst);
2739         CallInst *EarlierCall = cast<CallInst>(EarlierInst);
2740         Value *Arg = Call->getArgOperand(0);
2741         Value *EarlierArg = EarlierCall->getArgOperand(0);
2742         switch (PA.getAA()->alias(Arg, EarlierArg)) {
2743         case AliasAnalysis::MustAlias:
2744           Changed = true;
2745           // If the load has a builtin retain, insert a plain retain for it.
2746           if (Class == IC_LoadWeakRetained) {
2747             CallInst *CI =
2748               CallInst::Create(getRetainCallee(F.getParent()), EarlierCall,
2749                                "", Call);
2750             CI->setTailCall();
2751           }
2752           // Zap the fully redundant load.
2753           Call->replaceAllUsesWith(EarlierCall->getArgOperand(1));
2754           Call->eraseFromParent();
2755           goto clobbered;
2756         case AliasAnalysis::MayAlias:
2757         case AliasAnalysis::PartialAlias:
2758           goto clobbered;
2759         case AliasAnalysis::NoAlias:
2760           break;
2761         }
2762         break;
2763       }
2764       case IC_MoveWeak:
2765       case IC_CopyWeak:
2766         // TOOD: Grab the copied value.
2767         goto clobbered;
2768       case IC_AutoreleasepoolPush:
2769       case IC_None:
2770       case IC_IntrinsicUser:
2771       case IC_User:
2772         // Weak pointers are only modified through the weak entry points
2773         // (and arbitrary calls, which could call the weak entry points).
2774         break;
2775       default:
2776         // Anything else could modify the weak pointer.
2777         goto clobbered;
2778       }
2779     }
2780   clobbered:;
2781   }
2782
2783   // Then, for each destroyWeak with an alloca operand, check to see if
2784   // the alloca and all its users can be zapped.
2785   for (inst_iterator I = inst_begin(&F), E = inst_end(&F); I != E; ) {
2786     Instruction *Inst = &*I++;
2787     InstructionClass Class = GetBasicInstructionClass(Inst);
2788     if (Class != IC_DestroyWeak)
2789       continue;
2790
2791     CallInst *Call = cast<CallInst>(Inst);
2792     Value *Arg = Call->getArgOperand(0);
2793     if (AllocaInst *Alloca = dyn_cast<AllocaInst>(Arg)) {
2794       for (Value::use_iterator UI = Alloca->use_begin(),
2795            UE = Alloca->use_end(); UI != UE; ++UI) {
2796         const Instruction *UserInst = cast<Instruction>(*UI);
2797         switch (GetBasicInstructionClass(UserInst)) {
2798         case IC_InitWeak:
2799         case IC_StoreWeak:
2800         case IC_DestroyWeak:
2801           continue;
2802         default:
2803           goto done;
2804         }
2805       }
2806       Changed = true;
2807       for (Value::use_iterator UI = Alloca->use_begin(),
2808            UE = Alloca->use_end(); UI != UE; ) {
2809         CallInst *UserInst = cast<CallInst>(*UI++);
2810         switch (GetBasicInstructionClass(UserInst)) {
2811         case IC_InitWeak:
2812         case IC_StoreWeak:
2813           // These functions return their second argument.
2814           UserInst->replaceAllUsesWith(UserInst->getArgOperand(1));
2815           break;
2816         case IC_DestroyWeak:
2817           // No return value.
2818           break;
2819         default:
2820           llvm_unreachable("alloca really is used!");
2821         }
2822         UserInst->eraseFromParent();
2823       }
2824       Alloca->eraseFromParent();
2825     done:;
2826     }
2827   }
2828 }
2829
2830 /// Identify program paths which execute sequences of retains and releases which
2831 /// can be eliminated.
2832 bool ObjCARCOpt::OptimizeSequences(Function &F) {
2833   /// Releases, Retains - These are used to store the results of the main flow
2834   /// analysis. These use Value* as the key instead of Instruction* so that the
2835   /// map stays valid when we get around to rewriting code and calls get
2836   /// replaced by arguments.
2837   DenseMap<Value *, RRInfo> Releases;
2838   MapVector<Value *, RRInfo> Retains;
2839
2840   /// This is used during the traversal of the function to track the
2841   /// states for each identified object at each block.
2842   DenseMap<const BasicBlock *, BBState> BBStates;
2843
2844   // Analyze the CFG of the function, and all instructions.
2845   bool NestingDetected = Visit(F, BBStates, Retains, Releases);
2846
2847   // Transform.
2848   return PerformCodePlacement(BBStates, Retains, Releases, F.getParent()) &&
2849          NestingDetected;
2850 }
2851
2852 /// Check if there is a dependent call earlier that does not have anything in
2853 /// between the Retain and the call that can affect the reference count of their
2854 /// shared pointer argument. Note that Retain need not be in BB.
2855 static bool
2856 HasSafePathToPredecessorCall(const Value *Arg, Instruction *Retain,
2857                              SmallPtrSet<Instruction *, 4> &DepInsts,
2858                              SmallPtrSet<const BasicBlock *, 4> &Visited,
2859                              ProvenanceAnalysis &PA) {
2860   FindDependencies(CanChangeRetainCount, Arg, Retain->getParent(), Retain,
2861                    DepInsts, Visited, PA);
2862   if (DepInsts.size() != 1)
2863     return false;
2864
2865   CallInst *Call =
2866     dyn_cast_or_null<CallInst>(*DepInsts.begin());
2867
2868   // Check that the pointer is the return value of the call.
2869   if (!Call || Arg != Call)
2870     return false;
2871
2872   // Check that the call is a regular call.
2873   InstructionClass Class = GetBasicInstructionClass(Call);
2874   if (Class != IC_CallOrUser && Class != IC_Call)
2875     return false;
2876
2877   return true;
2878 }
2879
2880 /// Find a dependent retain that precedes the given autorelease for which there
2881 /// is nothing in between the two instructions that can affect the ref count of
2882 /// Arg.
2883 static CallInst *
2884 FindPredecessorRetainWithSafePath(const Value *Arg, BasicBlock *BB,
2885                                   Instruction *Autorelease,
2886                                   SmallPtrSet<Instruction *, 4> &DepInsts,
2887                                   SmallPtrSet<const BasicBlock *, 4> &Visited,
2888                                   ProvenanceAnalysis &PA) {
2889   FindDependencies(CanChangeRetainCount, Arg,
2890                    BB, Autorelease, DepInsts, Visited, PA);
2891   if (DepInsts.size() != 1)
2892     return 0;
2893
2894   CallInst *Retain =
2895     dyn_cast_or_null<CallInst>(*DepInsts.begin());
2896
2897   // Check that we found a retain with the same argument.
2898   if (!Retain ||
2899       !IsRetain(GetBasicInstructionClass(Retain)) ||
2900       GetObjCArg(Retain) != Arg) {
2901     return 0;
2902   }
2903
2904   return Retain;
2905 }
2906
2907 /// Look for an ``autorelease'' instruction dependent on Arg such that there are
2908 /// no instructions dependent on Arg that need a positive ref count in between
2909 /// the autorelease and the ret.
2910 static CallInst *
2911 FindPredecessorAutoreleaseWithSafePath(const Value *Arg, BasicBlock *BB,
2912                                        ReturnInst *Ret,
2913                                        SmallPtrSet<Instruction *, 4> &DepInsts,
2914                                        SmallPtrSet<const BasicBlock *, 4> &V,
2915                                        ProvenanceAnalysis &PA) {
2916   FindDependencies(NeedsPositiveRetainCount, Arg,
2917                    BB, Ret, DepInsts, V, PA);
2918   if (DepInsts.size() != 1)
2919     return 0;
2920
2921   CallInst *Autorelease =
2922     dyn_cast_or_null<CallInst>(*DepInsts.begin());
2923   if (!Autorelease)
2924     return 0;
2925   InstructionClass AutoreleaseClass = GetBasicInstructionClass(Autorelease);
2926   if (!IsAutorelease(AutoreleaseClass))
2927     return 0;
2928   if (GetObjCArg(Autorelease) != Arg)
2929     return 0;
2930
2931   return Autorelease;
2932 }
2933
2934 /// Look for this pattern:
2935 /// \code
2936 ///    %call = call i8* @something(...)
2937 ///    %2 = call i8* @objc_retain(i8* %call)
2938 ///    %3 = call i8* @objc_autorelease(i8* %2)
2939 ///    ret i8* %3
2940 /// \endcode
2941 /// And delete the retain and autorelease.
2942 void ObjCARCOpt::OptimizeReturns(Function &F) {
2943   if (!F.getReturnType()->isPointerTy())
2944     return;
2945
2946   DEBUG(dbgs() << "\n== ObjCARCOpt::OptimizeReturns ==\n");
2947
2948   SmallPtrSet<Instruction *, 4> DependingInstructions;
2949   SmallPtrSet<const BasicBlock *, 4> Visited;
2950   for (Function::iterator FI = F.begin(), FE = F.end(); FI != FE; ++FI) {
2951     BasicBlock *BB = FI;
2952     ReturnInst *Ret = dyn_cast<ReturnInst>(&BB->back());
2953
2954     DEBUG(dbgs() << "Visiting: " << *Ret << "\n");
2955
2956     if (!Ret)
2957       continue;
2958
2959     const Value *Arg = StripPointerCastsAndObjCCalls(Ret->getOperand(0));
2960
2961     // Look for an ``autorelease'' instruction that is a predecssor of Ret and
2962     // dependent on Arg such that there are no instructions dependent on Arg
2963     // that need a positive ref count in between the autorelease and Ret.
2964     CallInst *Autorelease =
2965       FindPredecessorAutoreleaseWithSafePath(Arg, BB, Ret,
2966                                              DependingInstructions, Visited,
2967                                              PA);
2968     if (Autorelease) {
2969       DependingInstructions.clear();
2970       Visited.clear();
2971
2972       CallInst *Retain =
2973         FindPredecessorRetainWithSafePath(Arg, BB, Autorelease,
2974                                           DependingInstructions, Visited, PA);
2975       if (Retain) {
2976         DependingInstructions.clear();
2977         Visited.clear();
2978
2979         // Check that there is nothing that can affect the reference count
2980         // between the retain and the call.  Note that Retain need not be in BB.
2981         if (HasSafePathToPredecessorCall(Arg, Retain, DependingInstructions,
2982                                          Visited, PA)) {
2983           // If so, we can zap the retain and autorelease.
2984           Changed = true;
2985           ++NumRets;
2986           DEBUG(dbgs() << "Erasing: " << *Retain << "\nErasing: "
2987                        << *Autorelease << "\n");
2988           EraseInstruction(Retain);
2989           EraseInstruction(Autorelease);
2990         }
2991       }
2992     }
2993
2994     DependingInstructions.clear();
2995     Visited.clear();
2996   }
2997 }
2998
2999 bool ObjCARCOpt::doInitialization(Module &M) {
3000   if (!EnableARCOpts)
3001     return false;
3002
3003   // If nothing in the Module uses ARC, don't do anything.
3004   Run = ModuleHasARC(M);
3005   if (!Run)
3006     return false;
3007
3008   // Identify the imprecise release metadata kind.
3009   ImpreciseReleaseMDKind =
3010     M.getContext().getMDKindID("clang.imprecise_release");
3011   CopyOnEscapeMDKind =
3012     M.getContext().getMDKindID("clang.arc.copy_on_escape");
3013   NoObjCARCExceptionsMDKind =
3014     M.getContext().getMDKindID("clang.arc.no_objc_arc_exceptions");
3015 #ifdef ARC_ANNOTATIONS
3016   ARCAnnotationBottomUpMDKind =
3017     M.getContext().getMDKindID("llvm.arc.annotation.bottomup");
3018   ARCAnnotationTopDownMDKind =
3019     M.getContext().getMDKindID("llvm.arc.annotation.topdown");
3020   ARCAnnotationProvenanceSourceMDKind =
3021     M.getContext().getMDKindID("llvm.arc.annotation.provenancesource");
3022 #endif // ARC_ANNOTATIONS
3023
3024   // Intuitively, objc_retain and others are nocapture, however in practice
3025   // they are not, because they return their argument value. And objc_release
3026   // calls finalizers which can have arbitrary side effects.
3027
3028   // These are initialized lazily.
3029   RetainRVCallee = 0;
3030   AutoreleaseRVCallee = 0;
3031   ReleaseCallee = 0;
3032   RetainCallee = 0;
3033   RetainBlockCallee = 0;
3034   AutoreleaseCallee = 0;
3035
3036   return false;
3037 }
3038
3039 bool ObjCARCOpt::runOnFunction(Function &F) {
3040   if (!EnableARCOpts)
3041     return false;
3042
3043   // If nothing in the Module uses ARC, don't do anything.
3044   if (!Run)
3045     return false;
3046
3047   Changed = false;
3048
3049   DEBUG(dbgs() << "<<< ObjCARCOpt: Visiting Function: " << F.getName() << " >>>"
3050         "\n");
3051
3052   PA.setAA(&getAnalysis<AliasAnalysis>());
3053
3054   // This pass performs several distinct transformations. As a compile-time aid
3055   // when compiling code that isn't ObjC, skip these if the relevant ObjC
3056   // library functions aren't declared.
3057
3058   // Preliminary optimizations. This also computs UsedInThisFunction.
3059   OptimizeIndividualCalls(F);
3060
3061   // Optimizations for weak pointers.
3062   if (UsedInThisFunction & ((1 << IC_LoadWeak) |
3063                             (1 << IC_LoadWeakRetained) |
3064                             (1 << IC_StoreWeak) |
3065                             (1 << IC_InitWeak) |
3066                             (1 << IC_CopyWeak) |
3067                             (1 << IC_MoveWeak) |
3068                             (1 << IC_DestroyWeak)))
3069     OptimizeWeakCalls(F);
3070
3071   // Optimizations for retain+release pairs.
3072   if (UsedInThisFunction & ((1 << IC_Retain) |
3073                             (1 << IC_RetainRV) |
3074                             (1 << IC_RetainBlock)))
3075     if (UsedInThisFunction & (1 << IC_Release))
3076       // Run OptimizeSequences until it either stops making changes or
3077       // no retain+release pair nesting is detected.
3078       while (OptimizeSequences(F)) {}
3079
3080   // Optimizations if objc_autorelease is used.
3081   if (UsedInThisFunction & ((1 << IC_Autorelease) |
3082                             (1 << IC_AutoreleaseRV)))
3083     OptimizeReturns(F);
3084
3085   DEBUG(dbgs() << "\n");
3086
3087   return Changed;
3088 }
3089
3090 void ObjCARCOpt::releaseMemory() {
3091   PA.clear();
3092 }
3093
3094 /// @}
3095 ///