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[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 #include "ObjCARC.h"
28 #include "ARCRuntimeEntryPoints.h"
29 #include "DependencyAnalysis.h"
30 #include "ObjCARCAliasAnalysis.h"
31 #include "ProvenanceAnalysis.h"
32 #include "BlotMapVector.h"
33 #include "PtrState.h"
34 #include "llvm/ADT/DenseMap.h"
35 #include "llvm/ADT/DenseSet.h"
36 #include "llvm/ADT/STLExtras.h"
37 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
38 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
39 #include "llvm/IR/CFG.h"
40 #include "llvm/IR/IRBuilder.h"
41 #include "llvm/IR/LLVMContext.h"
42 #include "llvm/Support/Debug.h"
43 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
44
45 using namespace llvm;
46 using namespace llvm::objcarc;
47
48 #define DEBUG_TYPE "objc-arc-opts"
49
50 /// \defgroup ARCUtilities Utility declarations/definitions specific to ARC.
51 /// @{
52
53 /// \brief This is similar to GetRCIdentityRoot but it stops as soon
54 /// as it finds a value with multiple uses.
55 static const Value *FindSingleUseIdentifiedObject(const Value *Arg) {
56   if (Arg->hasOneUse()) {
57     if (const BitCastInst *BC = dyn_cast<BitCastInst>(Arg))
58       return FindSingleUseIdentifiedObject(BC->getOperand(0));
59     if (const GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(Arg))
60       if (GEP->hasAllZeroIndices())
61         return FindSingleUseIdentifiedObject(GEP->getPointerOperand());
62     if (IsForwarding(GetBasicARCInstKind(Arg)))
63       return FindSingleUseIdentifiedObject(
64                cast<CallInst>(Arg)->getArgOperand(0));
65     if (!IsObjCIdentifiedObject(Arg))
66       return nullptr;
67     return Arg;
68   }
69
70   // If we found an identifiable object but it has multiple uses, but they are
71   // trivial uses, we can still consider this to be a single-use value.
72   if (IsObjCIdentifiedObject(Arg)) {
73     for (const User *U : Arg->users())
74       if (!U->use_empty() || GetRCIdentityRoot(U) != Arg)
75          return nullptr;
76
77     return Arg;
78   }
79
80   return nullptr;
81 }
82
83 /// This is a wrapper around getUnderlyingObjCPtr along the lines of
84 /// GetUnderlyingObjects except that it returns early when it sees the first
85 /// alloca.
86 static inline bool AreAnyUnderlyingObjectsAnAlloca(const Value *V,
87                                                    const DataLayout &DL) {
88   SmallPtrSet<const Value *, 4> Visited;
89   SmallVector<const Value *, 4> Worklist;
90   Worklist.push_back(V);
91   do {
92     const Value *P = Worklist.pop_back_val();
93     P = GetUnderlyingObjCPtr(P, DL);
94
95     if (isa<AllocaInst>(P))
96       return true;
97
98     if (!Visited.insert(P).second)
99       continue;
100
101     if (const SelectInst *SI = dyn_cast<const SelectInst>(P)) {
102       Worklist.push_back(SI->getTrueValue());
103       Worklist.push_back(SI->getFalseValue());
104       continue;
105     }
106
107     if (const PHINode *PN = dyn_cast<const PHINode>(P)) {
108       for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
109         Worklist.push_back(PN->getIncomingValue(i));
110       continue;
111     }
112   } while (!Worklist.empty());
113
114   return false;
115 }
116
117
118 /// @}
119 ///
120 /// \defgroup ARCOpt ARC Optimization.
121 /// @{
122
123 // TODO: On code like this:
124 //
125 // objc_retain(%x)
126 // stuff_that_cannot_release()
127 // objc_autorelease(%x)
128 // stuff_that_cannot_release()
129 // objc_retain(%x)
130 // stuff_that_cannot_release()
131 // objc_autorelease(%x)
132 //
133 // The second retain and autorelease can be deleted.
134
135 // TODO: It should be possible to delete
136 // objc_autoreleasePoolPush and objc_autoreleasePoolPop
137 // pairs if nothing is actually autoreleased between them. Also, autorelease
138 // calls followed by objc_autoreleasePoolPop calls (perhaps in ObjC++ code
139 // after inlining) can be turned into plain release calls.
140
141 // TODO: Critical-edge splitting. If the optimial insertion point is
142 // a critical edge, the current algorithm has to fail, because it doesn't
143 // know how to split edges. It should be possible to make the optimizer
144 // think in terms of edges, rather than blocks, and then split critical
145 // edges on demand.
146
147 // TODO: OptimizeSequences could generalized to be Interprocedural.
148
149 // TODO: Recognize that a bunch of other objc runtime calls have
150 // non-escaping arguments and non-releasing arguments, and may be
151 // non-autoreleasing.
152
153 // TODO: Sink autorelease calls as far as possible. Unfortunately we
154 // usually can't sink them past other calls, which would be the main
155 // case where it would be useful.
156
157 // TODO: The pointer returned from objc_loadWeakRetained is retained.
158
159 // TODO: Delete release+retain pairs (rare).
160
161 STATISTIC(NumNoops,       "Number of no-op objc calls eliminated");
162 STATISTIC(NumPartialNoops, "Number of partially no-op objc calls eliminated");
163 STATISTIC(NumAutoreleases,"Number of autoreleases converted to releases");
164 STATISTIC(NumRets,        "Number of return value forwarding "
165                           "retain+autoreleases eliminated");
166 STATISTIC(NumRRs,         "Number of retain+release paths eliminated");
167 STATISTIC(NumPeeps,       "Number of calls peephole-optimized");
168 #ifndef NDEBUG
169 STATISTIC(NumRetainsBeforeOpt,
170           "Number of retains before optimization");
171 STATISTIC(NumReleasesBeforeOpt,
172           "Number of releases before optimization");
173 STATISTIC(NumRetainsAfterOpt,
174           "Number of retains after optimization");
175 STATISTIC(NumReleasesAfterOpt,
176           "Number of releases after optimization");
177 #endif
178
179 namespace {
180   /// \brief Per-BasicBlock state.
181   class BBState {
182     /// The number of unique control paths from the entry which can reach this
183     /// block.
184     unsigned TopDownPathCount;
185
186     /// The number of unique control paths to exits from this block.
187     unsigned BottomUpPathCount;
188
189     /// The top-down traversal uses this to record information known about a
190     /// pointer at the bottom of each block.
191     BlotMapVector<const Value *, TopDownPtrState> PerPtrTopDown;
192
193     /// The bottom-up traversal uses this to record information known about a
194     /// pointer at the top of each block.
195     BlotMapVector<const Value *, BottomUpPtrState> PerPtrBottomUp;
196
197     /// Effective predecessors of the current block ignoring ignorable edges and
198     /// ignored backedges.
199     SmallVector<BasicBlock *, 2> Preds;
200
201     /// Effective successors of the current block ignoring ignorable edges and
202     /// ignored backedges.
203     SmallVector<BasicBlock *, 2> Succs;
204
205   public:
206     static const unsigned OverflowOccurredValue;
207
208     BBState() : TopDownPathCount(0), BottomUpPathCount(0) { }
209
210     typedef decltype(PerPtrTopDown)::iterator top_down_ptr_iterator;
211     typedef decltype(PerPtrTopDown)::const_iterator const_top_down_ptr_iterator;
212
213     top_down_ptr_iterator top_down_ptr_begin() { return PerPtrTopDown.begin(); }
214     top_down_ptr_iterator top_down_ptr_end() { return PerPtrTopDown.end(); }
215     const_top_down_ptr_iterator top_down_ptr_begin() const {
216       return PerPtrTopDown.begin();
217     }
218     const_top_down_ptr_iterator top_down_ptr_end() const {
219       return PerPtrTopDown.end();
220     }
221
222     typedef decltype(PerPtrBottomUp)::iterator bottom_up_ptr_iterator;
223     typedef decltype(
224         PerPtrBottomUp)::const_iterator const_bottom_up_ptr_iterator;
225
226     bottom_up_ptr_iterator bottom_up_ptr_begin() {
227       return PerPtrBottomUp.begin();
228     }
229     bottom_up_ptr_iterator bottom_up_ptr_end() { return PerPtrBottomUp.end(); }
230     const_bottom_up_ptr_iterator bottom_up_ptr_begin() const {
231       return PerPtrBottomUp.begin();
232     }
233     const_bottom_up_ptr_iterator bottom_up_ptr_end() const {
234       return PerPtrBottomUp.end();
235     }
236
237     /// Mark this block as being an entry block, which has one path from the
238     /// entry by definition.
239     void SetAsEntry() { TopDownPathCount = 1; }
240
241     /// Mark this block as being an exit block, which has one path to an exit by
242     /// definition.
243     void SetAsExit()  { BottomUpPathCount = 1; }
244
245     /// Attempt to find the PtrState object describing the top down state for
246     /// pointer Arg. Return a new initialized PtrState describing the top down
247     /// state for Arg if we do not find one.
248     TopDownPtrState &getPtrTopDownState(const Value *Arg) {
249       return PerPtrTopDown[Arg];
250     }
251
252     /// Attempt to find the PtrState object describing the bottom up state for
253     /// pointer Arg. Return a new initialized PtrState describing the bottom up
254     /// state for Arg if we do not find one.
255     BottomUpPtrState &getPtrBottomUpState(const Value *Arg) {
256       return PerPtrBottomUp[Arg];
257     }
258
259     /// Attempt to find the PtrState object describing the bottom up state for
260     /// pointer Arg.
261     bottom_up_ptr_iterator findPtrBottomUpState(const Value *Arg) {
262       return PerPtrBottomUp.find(Arg);
263     }
264
265     void clearBottomUpPointers() {
266       PerPtrBottomUp.clear();
267     }
268
269     void clearTopDownPointers() {
270       PerPtrTopDown.clear();
271     }
272
273     void InitFromPred(const BBState &Other);
274     void InitFromSucc(const BBState &Other);
275     void MergePred(const BBState &Other);
276     void MergeSucc(const BBState &Other);
277
278     /// Compute the number of possible unique paths from an entry to an exit
279     /// which pass through this block. This is only valid after both the
280     /// top-down and bottom-up traversals are complete.
281     ///
282     /// Returns true if overflow occurred. Returns false if overflow did not
283     /// occur.
284     bool GetAllPathCountWithOverflow(unsigned &PathCount) const {
285       if (TopDownPathCount == OverflowOccurredValue ||
286           BottomUpPathCount == OverflowOccurredValue)
287         return true;
288       unsigned long long Product =
289         (unsigned long long)TopDownPathCount*BottomUpPathCount;
290       // Overflow occurred if any of the upper bits of Product are set or if all
291       // the lower bits of Product are all set.
292       return (Product >> 32) ||
293              ((PathCount = Product) == OverflowOccurredValue);
294     }
295
296     // Specialized CFG utilities.
297     typedef SmallVectorImpl<BasicBlock *>::const_iterator edge_iterator;
298     edge_iterator pred_begin() const { return Preds.begin(); }
299     edge_iterator pred_end() const { return Preds.end(); }
300     edge_iterator succ_begin() const { return Succs.begin(); }
301     edge_iterator succ_end() const { return Succs.end(); }
302
303     void addSucc(BasicBlock *Succ) { Succs.push_back(Succ); }
304     void addPred(BasicBlock *Pred) { Preds.push_back(Pred); }
305
306     bool isExit() const { return Succs.empty(); }
307   };
308
309   const unsigned BBState::OverflowOccurredValue = 0xffffffff;
310 }
311
312 void BBState::InitFromPred(const BBState &Other) {
313   PerPtrTopDown = Other.PerPtrTopDown;
314   TopDownPathCount = Other.TopDownPathCount;
315 }
316
317 void BBState::InitFromSucc(const BBState &Other) {
318   PerPtrBottomUp = Other.PerPtrBottomUp;
319   BottomUpPathCount = Other.BottomUpPathCount;
320 }
321
322 /// The top-down traversal uses this to merge information about predecessors to
323 /// form the initial state for a new block.
324 void BBState::MergePred(const BBState &Other) {
325   if (TopDownPathCount == OverflowOccurredValue)
326     return;
327
328   // Other.TopDownPathCount can be 0, in which case it is either dead or a
329   // loop backedge. Loop backedges are special.
330   TopDownPathCount += Other.TopDownPathCount;
331
332   // In order to be consistent, we clear the top down pointers when by adding
333   // TopDownPathCount becomes OverflowOccurredValue even though "true" overflow
334   // has not occurred.
335   if (TopDownPathCount == OverflowOccurredValue) {
336     clearTopDownPointers();
337     return;
338   }
339
340   // Check for overflow. If we have overflow, fall back to conservative
341   // behavior.
342   if (TopDownPathCount < Other.TopDownPathCount) {
343     TopDownPathCount = OverflowOccurredValue;
344     clearTopDownPointers();
345     return;
346   }
347
348   // For each entry in the other set, if our set has an entry with the same key,
349   // merge the entries. Otherwise, copy the entry and merge it with an empty
350   // entry.
351   for (auto MI = Other.top_down_ptr_begin(), ME = Other.top_down_ptr_end();
352        MI != ME; ++MI) {
353     auto Pair = PerPtrTopDown.insert(*MI);
354     Pair.first->second.Merge(Pair.second ? TopDownPtrState() : MI->second,
355                              /*TopDown=*/true);
356   }
357
358   // For each entry in our set, if the other set doesn't have an entry with the
359   // same key, force it to merge with an empty entry.
360   for (auto MI = top_down_ptr_begin(), ME = top_down_ptr_end(); MI != ME; ++MI)
361     if (Other.PerPtrTopDown.find(MI->first) == Other.PerPtrTopDown.end())
362       MI->second.Merge(TopDownPtrState(), /*TopDown=*/true);
363 }
364
365 /// The bottom-up traversal uses this to merge information about successors to
366 /// form the initial state for a new block.
367 void BBState::MergeSucc(const BBState &Other) {
368   if (BottomUpPathCount == OverflowOccurredValue)
369     return;
370
371   // Other.BottomUpPathCount can be 0, in which case it is either dead or a
372   // loop backedge. Loop backedges are special.
373   BottomUpPathCount += Other.BottomUpPathCount;
374
375   // In order to be consistent, we clear the top down pointers when by adding
376   // BottomUpPathCount becomes OverflowOccurredValue even though "true" overflow
377   // has not occurred.
378   if (BottomUpPathCount == OverflowOccurredValue) {
379     clearBottomUpPointers();
380     return;
381   }
382
383   // Check for overflow. If we have overflow, fall back to conservative
384   // behavior.
385   if (BottomUpPathCount < Other.BottomUpPathCount) {
386     BottomUpPathCount = OverflowOccurredValue;
387     clearBottomUpPointers();
388     return;
389   }
390
391   // For each entry in the other set, if our set has an entry with the
392   // same key, merge the entries. Otherwise, copy the entry and merge
393   // it with an empty entry.
394   for (auto MI = Other.bottom_up_ptr_begin(), ME = Other.bottom_up_ptr_end();
395        MI != ME; ++MI) {
396     auto Pair = PerPtrBottomUp.insert(*MI);
397     Pair.first->second.Merge(Pair.second ? BottomUpPtrState() : MI->second,
398                              /*TopDown=*/false);
399   }
400
401   // For each entry in our set, if the other set doesn't have an entry
402   // with the same key, force it to merge with an empty entry.
403   for (auto MI = bottom_up_ptr_begin(), ME = bottom_up_ptr_end(); MI != ME;
404        ++MI)
405     if (Other.PerPtrBottomUp.find(MI->first) == Other.PerPtrBottomUp.end())
406       MI->second.Merge(BottomUpPtrState(), /*TopDown=*/false);
407 }
408
409 namespace {
410
411   /// \brief The main ARC optimization pass.
412   class ObjCARCOpt : public FunctionPass {
413     bool Changed;
414     ProvenanceAnalysis PA;
415
416     /// A cache of references to runtime entry point constants.
417     ARCRuntimeEntryPoints EP;
418
419     /// A cache of MDKinds that can be passed into other functions to propagate
420     /// MDKind identifiers.
421     ARCMDKindCache MDKindCache;
422
423     // This is used to track if a pointer is stored into an alloca.
424     DenseSet<const Value *> MultiOwnersSet;
425
426     /// A flag indicating whether this optimization pass should run.
427     bool Run;
428
429     /// Flags which determine whether each of the interesting runtine functions
430     /// is in fact used in the current function.
431     unsigned UsedInThisFunction;
432
433     bool OptimizeRetainRVCall(Function &F, Instruction *RetainRV);
434     void OptimizeAutoreleaseRVCall(Function &F, Instruction *AutoreleaseRV,
435                                    ARCInstKind &Class);
436     void OptimizeIndividualCalls(Function &F);
437
438     void CheckForCFGHazards(const BasicBlock *BB,
439                             DenseMap<const BasicBlock *, BBState> &BBStates,
440                             BBState &MyStates) const;
441     bool VisitInstructionBottomUp(Instruction *Inst, BasicBlock *BB,
442                                   BlotMapVector<Value *, RRInfo> &Retains,
443                                   BBState &MyStates);
444     bool VisitBottomUp(BasicBlock *BB,
445                        DenseMap<const BasicBlock *, BBState> &BBStates,
446                        BlotMapVector<Value *, RRInfo> &Retains);
447     bool VisitInstructionTopDown(Instruction *Inst,
448                                  DenseMap<Value *, RRInfo> &Releases,
449                                  BBState &MyStates);
450     bool VisitTopDown(BasicBlock *BB,
451                       DenseMap<const BasicBlock *, BBState> &BBStates,
452                       DenseMap<Value *, RRInfo> &Releases);
453     bool Visit(Function &F, DenseMap<const BasicBlock *, BBState> &BBStates,
454                BlotMapVector<Value *, RRInfo> &Retains,
455                DenseMap<Value *, RRInfo> &Releases);
456
457     void MoveCalls(Value *Arg, RRInfo &RetainsToMove, RRInfo &ReleasesToMove,
458                    BlotMapVector<Value *, RRInfo> &Retains,
459                    DenseMap<Value *, RRInfo> &Releases,
460                    SmallVectorImpl<Instruction *> &DeadInsts, Module *M);
461
462     bool
463     PairUpRetainsAndReleases(DenseMap<const BasicBlock *, BBState> &BBStates,
464                              BlotMapVector<Value *, RRInfo> &Retains,
465                              DenseMap<Value *, RRInfo> &Releases, Module *M,
466                              SmallVectorImpl<Instruction *> &NewRetains,
467                              SmallVectorImpl<Instruction *> &NewReleases,
468                              SmallVectorImpl<Instruction *> &DeadInsts,
469                              RRInfo &RetainsToMove, RRInfo &ReleasesToMove,
470                              Value *Arg, bool KnownSafe,
471                              bool &AnyPairsCompletelyEliminated);
472
473     bool PerformCodePlacement(DenseMap<const BasicBlock *, BBState> &BBStates,
474                               BlotMapVector<Value *, RRInfo> &Retains,
475                               DenseMap<Value *, RRInfo> &Releases, Module *M);
476
477     void OptimizeWeakCalls(Function &F);
478
479     bool OptimizeSequences(Function &F);
480
481     void OptimizeReturns(Function &F);
482
483 #ifndef NDEBUG
484     void GatherStatistics(Function &F, bool AfterOptimization = false);
485 #endif
486
487     void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const override;
488     bool doInitialization(Module &M) override;
489     bool runOnFunction(Function &F) override;
490     void releaseMemory() override;
491
492   public:
493     static char ID;
494     ObjCARCOpt() : FunctionPass(ID) {
495       initializeObjCARCOptPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
496     }
497   };
498 }
499
500 char ObjCARCOpt::ID = 0;
501 INITIALIZE_PASS_BEGIN(ObjCARCOpt,
502                       "objc-arc", "ObjC ARC optimization", false, false)
503 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(ObjCARCAliasAnalysis)
504 INITIALIZE_PASS_END(ObjCARCOpt,
505                     "objc-arc", "ObjC ARC optimization", false, false)
506
507 Pass *llvm::createObjCARCOptPass() {
508   return new ObjCARCOpt();
509 }
510
511 void ObjCARCOpt::getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
512   AU.addRequired<ObjCARCAliasAnalysis>();
513   AU.addRequired<AliasAnalysis>();
514   // ARC optimization doesn't currently split critical edges.
515   AU.setPreservesCFG();
516 }
517
518 /// Turn objc_retainAutoreleasedReturnValue into objc_retain if the operand is
519 /// not a return value.  Or, if it can be paired with an
520 /// objc_autoreleaseReturnValue, delete the pair and return true.
521 bool
522 ObjCARCOpt::OptimizeRetainRVCall(Function &F, Instruction *RetainRV) {
523   // Check for the argument being from an immediately preceding call or invoke.
524   const Value *Arg = GetArgRCIdentityRoot(RetainRV);
525   ImmutableCallSite CS(Arg);
526   if (const Instruction *Call = CS.getInstruction()) {
527     if (Call->getParent() == RetainRV->getParent()) {
528       BasicBlock::const_iterator I = Call;
529       ++I;
530       while (IsNoopInstruction(I)) ++I;
531       if (&*I == RetainRV)
532         return false;
533     } else if (const InvokeInst *II = dyn_cast<InvokeInst>(Call)) {
534       BasicBlock *RetainRVParent = RetainRV->getParent();
535       if (II->getNormalDest() == RetainRVParent) {
536         BasicBlock::const_iterator I = RetainRVParent->begin();
537         while (IsNoopInstruction(I)) ++I;
538         if (&*I == RetainRV)
539           return false;
540       }
541     }
542   }
543
544   // Check for being preceded by an objc_autoreleaseReturnValue on the same
545   // pointer. In this case, we can delete the pair.
546   BasicBlock::iterator I = RetainRV, Begin = RetainRV->getParent()->begin();
547   if (I != Begin) {
548     do --I; while (I != Begin && IsNoopInstruction(I));
549     if (GetBasicARCInstKind(I) == ARCInstKind::AutoreleaseRV &&
550         GetArgRCIdentityRoot(I) == Arg) {
551       Changed = true;
552       ++NumPeeps;
553
554       DEBUG(dbgs() << "Erasing autoreleaseRV,retainRV pair: " << *I << "\n"
555                    << "Erasing " << *RetainRV << "\n");
556
557       EraseInstruction(I);
558       EraseInstruction(RetainRV);
559       return true;
560     }
561   }
562
563   // Turn it to a plain objc_retain.
564   Changed = true;
565   ++NumPeeps;
566
567   DEBUG(dbgs() << "Transforming objc_retainAutoreleasedReturnValue => "
568                   "objc_retain since the operand is not a return value.\n"
569                   "Old = " << *RetainRV << "\n");
570
571   Constant *NewDecl = EP.get(ARCRuntimeEntryPointKind::Retain);
572   cast<CallInst>(RetainRV)->setCalledFunction(NewDecl);
573
574   DEBUG(dbgs() << "New = " << *RetainRV << "\n");
575
576   return false;
577 }
578
579 /// Turn objc_autoreleaseReturnValue into objc_autorelease if the result is not
580 /// used as a return value.
581 void ObjCARCOpt::OptimizeAutoreleaseRVCall(Function &F,
582                                            Instruction *AutoreleaseRV,
583                                            ARCInstKind &Class) {
584   // Check for a return of the pointer value.
585   const Value *Ptr = GetArgRCIdentityRoot(AutoreleaseRV);
586   SmallVector<const Value *, 2> Users;
587   Users.push_back(Ptr);
588   do {
589     Ptr = Users.pop_back_val();
590     for (const User *U : Ptr->users()) {
591       if (isa<ReturnInst>(U) || GetBasicARCInstKind(U) == ARCInstKind::RetainRV)
592         return;
593       if (isa<BitCastInst>(U))
594         Users.push_back(U);
595     }
596   } while (!Users.empty());
597
598   Changed = true;
599   ++NumPeeps;
600
601   DEBUG(dbgs() << "Transforming objc_autoreleaseReturnValue => "
602                   "objc_autorelease since its operand is not used as a return "
603                   "value.\n"
604                   "Old = " << *AutoreleaseRV << "\n");
605
606   CallInst *AutoreleaseRVCI = cast<CallInst>(AutoreleaseRV);
607   Constant *NewDecl = EP.get(ARCRuntimeEntryPointKind::Autorelease);
608   AutoreleaseRVCI->setCalledFunction(NewDecl);
609   AutoreleaseRVCI->setTailCall(false); // Never tail call objc_autorelease.
610   Class = ARCInstKind::Autorelease;
611
612   DEBUG(dbgs() << "New: " << *AutoreleaseRV << "\n");
613
614 }
615
616 /// Visit each call, one at a time, and make simplifications without doing any
617 /// additional analysis.
618 void ObjCARCOpt::OptimizeIndividualCalls(Function &F) {
619   DEBUG(dbgs() << "\n== ObjCARCOpt::OptimizeIndividualCalls ==\n");
620   // Reset all the flags in preparation for recomputing them.
621   UsedInThisFunction = 0;
622
623   // Visit all objc_* calls in F.
624   for (inst_iterator I = inst_begin(&F), E = inst_end(&F); I != E; ) {
625     Instruction *Inst = &*I++;
626
627     ARCInstKind Class = GetBasicARCInstKind(Inst);
628
629     DEBUG(dbgs() << "Visiting: Class: " << Class << "; " << *Inst << "\n");
630
631     switch (Class) {
632     default: break;
633
634     // Delete no-op casts. These function calls have special semantics, but
635     // the semantics are entirely implemented via lowering in the front-end,
636     // so by the time they reach the optimizer, they are just no-op calls
637     // which return their argument.
638     //
639     // There are gray areas here, as the ability to cast reference-counted
640     // pointers to raw void* and back allows code to break ARC assumptions,
641     // however these are currently considered to be unimportant.
642     case ARCInstKind::NoopCast:
643       Changed = true;
644       ++NumNoops;
645       DEBUG(dbgs() << "Erasing no-op cast: " << *Inst << "\n");
646       EraseInstruction(Inst);
647       continue;
648
649     // If the pointer-to-weak-pointer is null, it's undefined behavior.
650     case ARCInstKind::StoreWeak:
651     case ARCInstKind::LoadWeak:
652     case ARCInstKind::LoadWeakRetained:
653     case ARCInstKind::InitWeak:
654     case ARCInstKind::DestroyWeak: {
655       CallInst *CI = cast<CallInst>(Inst);
656       if (IsNullOrUndef(CI->getArgOperand(0))) {
657         Changed = true;
658         Type *Ty = CI->getArgOperand(0)->getType();
659         new StoreInst(UndefValue::get(cast<PointerType>(Ty)->getElementType()),
660                       Constant::getNullValue(Ty),
661                       CI);
662         llvm::Value *NewValue = UndefValue::get(CI->getType());
663         DEBUG(dbgs() << "A null pointer-to-weak-pointer is undefined behavior."
664                        "\nOld = " << *CI << "\nNew = " << *NewValue << "\n");
665         CI->replaceAllUsesWith(NewValue);
666         CI->eraseFromParent();
667         continue;
668       }
669       break;
670     }
671     case ARCInstKind::CopyWeak:
672     case ARCInstKind::MoveWeak: {
673       CallInst *CI = cast<CallInst>(Inst);
674       if (IsNullOrUndef(CI->getArgOperand(0)) ||
675           IsNullOrUndef(CI->getArgOperand(1))) {
676         Changed = true;
677         Type *Ty = CI->getArgOperand(0)->getType();
678         new StoreInst(UndefValue::get(cast<PointerType>(Ty)->getElementType()),
679                       Constant::getNullValue(Ty),
680                       CI);
681
682         llvm::Value *NewValue = UndefValue::get(CI->getType());
683         DEBUG(dbgs() << "A null pointer-to-weak-pointer is undefined behavior."
684                         "\nOld = " << *CI << "\nNew = " << *NewValue << "\n");
685
686         CI->replaceAllUsesWith(NewValue);
687         CI->eraseFromParent();
688         continue;
689       }
690       break;
691     }
692     case ARCInstKind::RetainRV:
693       if (OptimizeRetainRVCall(F, Inst))
694         continue;
695       break;
696     case ARCInstKind::AutoreleaseRV:
697       OptimizeAutoreleaseRVCall(F, Inst, Class);
698       break;
699     }
700
701     // objc_autorelease(x) -> objc_release(x) if x is otherwise unused.
702     if (IsAutorelease(Class) && Inst->use_empty()) {
703       CallInst *Call = cast<CallInst>(Inst);
704       const Value *Arg = Call->getArgOperand(0);
705       Arg = FindSingleUseIdentifiedObject(Arg);
706       if (Arg) {
707         Changed = true;
708         ++NumAutoreleases;
709
710         // Create the declaration lazily.
711         LLVMContext &C = Inst->getContext();
712
713         Constant *Decl = EP.get(ARCRuntimeEntryPointKind::Release);
714         CallInst *NewCall = CallInst::Create(Decl, Call->getArgOperand(0), "",
715                                              Call);
716         NewCall->setMetadata(MDKindCache.get(ARCMDKindID::ImpreciseRelease),
717                              MDNode::get(C, None));
718
719         DEBUG(dbgs() << "Replacing autorelease{,RV}(x) with objc_release(x) "
720               "since x is otherwise unused.\nOld: " << *Call << "\nNew: "
721               << *NewCall << "\n");
722
723         EraseInstruction(Call);
724         Inst = NewCall;
725         Class = ARCInstKind::Release;
726       }
727     }
728
729     // For functions which can never be passed stack arguments, add
730     // a tail keyword.
731     if (IsAlwaysTail(Class)) {
732       Changed = true;
733       DEBUG(dbgs() << "Adding tail keyword to function since it can never be "
734                       "passed stack args: " << *Inst << "\n");
735       cast<CallInst>(Inst)->setTailCall();
736     }
737
738     // Ensure that functions that can never have a "tail" keyword due to the
739     // semantics of ARC truly do not do so.
740     if (IsNeverTail(Class)) {
741       Changed = true;
742       DEBUG(dbgs() << "Removing tail keyword from function: " << *Inst <<
743             "\n");
744       cast<CallInst>(Inst)->setTailCall(false);
745     }
746
747     // Set nounwind as needed.
748     if (IsNoThrow(Class)) {
749       Changed = true;
750       DEBUG(dbgs() << "Found no throw class. Setting nounwind on: " << *Inst
751                    << "\n");
752       cast<CallInst>(Inst)->setDoesNotThrow();
753     }
754
755     if (!IsNoopOnNull(Class)) {
756       UsedInThisFunction |= 1 << unsigned(Class);
757       continue;
758     }
759
760     const Value *Arg = GetArgRCIdentityRoot(Inst);
761
762     // ARC calls with null are no-ops. Delete them.
763     if (IsNullOrUndef(Arg)) {
764       Changed = true;
765       ++NumNoops;
766       DEBUG(dbgs() << "ARC calls with  null are no-ops. Erasing: " << *Inst
767             << "\n");
768       EraseInstruction(Inst);
769       continue;
770     }
771
772     // Keep track of which of retain, release, autorelease, and retain_block
773     // are actually present in this function.
774     UsedInThisFunction |= 1 << unsigned(Class);
775
776     // If Arg is a PHI, and one or more incoming values to the
777     // PHI are null, and the call is control-equivalent to the PHI, and there
778     // are no relevant side effects between the PHI and the call, the call
779     // could be pushed up to just those paths with non-null incoming values.
780     // For now, don't bother splitting critical edges for this.
781     SmallVector<std::pair<Instruction *, const Value *>, 4> Worklist;
782     Worklist.push_back(std::make_pair(Inst, Arg));
783     do {
784       std::pair<Instruction *, const Value *> Pair = Worklist.pop_back_val();
785       Inst = Pair.first;
786       Arg = Pair.second;
787
788       const PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(Arg);
789       if (!PN) continue;
790
791       // Determine if the PHI has any null operands, or any incoming
792       // critical edges.
793       bool HasNull = false;
794       bool HasCriticalEdges = false;
795       for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
796         Value *Incoming =
797           GetRCIdentityRoot(PN->getIncomingValue(i));
798         if (IsNullOrUndef(Incoming))
799           HasNull = true;
800         else if (cast<TerminatorInst>(PN->getIncomingBlock(i)->back())
801                    .getNumSuccessors() != 1) {
802           HasCriticalEdges = true;
803           break;
804         }
805       }
806       // If we have null operands and no critical edges, optimize.
807       if (!HasCriticalEdges && HasNull) {
808         SmallPtrSet<Instruction *, 4> DependingInstructions;
809         SmallPtrSet<const BasicBlock *, 4> Visited;
810
811         // Check that there is nothing that cares about the reference
812         // count between the call and the phi.
813         switch (Class) {
814         case ARCInstKind::Retain:
815         case ARCInstKind::RetainBlock:
816           // These can always be moved up.
817           break;
818         case ARCInstKind::Release:
819           // These can't be moved across things that care about the retain
820           // count.
821           FindDependencies(NeedsPositiveRetainCount, Arg,
822                            Inst->getParent(), Inst,
823                            DependingInstructions, Visited, PA);
824           break;
825         case ARCInstKind::Autorelease:
826           // These can't be moved across autorelease pool scope boundaries.
827           FindDependencies(AutoreleasePoolBoundary, Arg,
828                            Inst->getParent(), Inst,
829                            DependingInstructions, Visited, PA);
830           break;
831         case ARCInstKind::RetainRV:
832         case ARCInstKind::AutoreleaseRV:
833           // Don't move these; the RV optimization depends on the autoreleaseRV
834           // being tail called, and the retainRV being immediately after a call
835           // (which might still happen if we get lucky with codegen layout, but
836           // it's not worth taking the chance).
837           continue;
838         default:
839           llvm_unreachable("Invalid dependence flavor");
840         }
841
842         if (DependingInstructions.size() == 1 &&
843             *DependingInstructions.begin() == PN) {
844           Changed = true;
845           ++NumPartialNoops;
846           // Clone the call into each predecessor that has a non-null value.
847           CallInst *CInst = cast<CallInst>(Inst);
848           Type *ParamTy = CInst->getArgOperand(0)->getType();
849           for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
850             Value *Incoming =
851               GetRCIdentityRoot(PN->getIncomingValue(i));
852             if (!IsNullOrUndef(Incoming)) {
853               CallInst *Clone = cast<CallInst>(CInst->clone());
854               Value *Op = PN->getIncomingValue(i);
855               Instruction *InsertPos = &PN->getIncomingBlock(i)->back();
856               if (Op->getType() != ParamTy)
857                 Op = new BitCastInst(Op, ParamTy, "", InsertPos);
858               Clone->setArgOperand(0, Op);
859               Clone->insertBefore(InsertPos);
860
861               DEBUG(dbgs() << "Cloning "
862                            << *CInst << "\n"
863                            "And inserting clone at " << *InsertPos << "\n");
864               Worklist.push_back(std::make_pair(Clone, Incoming));
865             }
866           }
867           // Erase the original call.
868           DEBUG(dbgs() << "Erasing: " << *CInst << "\n");
869           EraseInstruction(CInst);
870           continue;
871         }
872       }
873     } while (!Worklist.empty());
874   }
875 }
876
877 /// If we have a top down pointer in the S_Use state, make sure that there are
878 /// no CFG hazards by checking the states of various bottom up pointers.
879 static void CheckForUseCFGHazard(const Sequence SuccSSeq,
880                                  const bool SuccSRRIKnownSafe,
881                                  TopDownPtrState &S,
882                                  bool &SomeSuccHasSame,
883                                  bool &AllSuccsHaveSame,
884                                  bool &NotAllSeqEqualButKnownSafe,
885                                  bool &ShouldContinue) {
886   switch (SuccSSeq) {
887   case S_CanRelease: {
888     if (!S.IsKnownSafe() && !SuccSRRIKnownSafe) {
889       S.ClearSequenceProgress();
890       break;
891     }
892     S.SetCFGHazardAfflicted(true);
893     ShouldContinue = true;
894     break;
895   }
896   case S_Use:
897     SomeSuccHasSame = true;
898     break;
899   case S_Stop:
900   case S_Release:
901   case S_MovableRelease:
902     if (!S.IsKnownSafe() && !SuccSRRIKnownSafe)
903       AllSuccsHaveSame = false;
904     else
905       NotAllSeqEqualButKnownSafe = true;
906     break;
907   case S_Retain:
908     llvm_unreachable("bottom-up pointer in retain state!");
909   case S_None:
910     llvm_unreachable("This should have been handled earlier.");
911   }
912 }
913
914 /// If we have a Top Down pointer in the S_CanRelease state, make sure that
915 /// there are no CFG hazards by checking the states of various bottom up
916 /// pointers.
917 static void CheckForCanReleaseCFGHazard(const Sequence SuccSSeq,
918                                         const bool SuccSRRIKnownSafe,
919                                         TopDownPtrState &S,
920                                         bool &SomeSuccHasSame,
921                                         bool &AllSuccsHaveSame,
922                                         bool &NotAllSeqEqualButKnownSafe) {
923   switch (SuccSSeq) {
924   case S_CanRelease:
925     SomeSuccHasSame = true;
926     break;
927   case S_Stop:
928   case S_Release:
929   case S_MovableRelease:
930   case S_Use:
931     if (!S.IsKnownSafe() && !SuccSRRIKnownSafe)
932       AllSuccsHaveSame = false;
933     else
934       NotAllSeqEqualButKnownSafe = true;
935     break;
936   case S_Retain:
937     llvm_unreachable("bottom-up pointer in retain state!");
938   case S_None:
939     llvm_unreachable("This should have been handled earlier.");
940   }
941 }
942
943 /// Check for critical edges, loop boundaries, irreducible control flow, or
944 /// other CFG structures where moving code across the edge would result in it
945 /// being executed more.
946 void
947 ObjCARCOpt::CheckForCFGHazards(const BasicBlock *BB,
948                                DenseMap<const BasicBlock *, BBState> &BBStates,
949                                BBState &MyStates) const {
950   // If any top-down local-use or possible-dec has a succ which is earlier in
951   // the sequence, forget it.
952   for (auto I = MyStates.top_down_ptr_begin(), E = MyStates.top_down_ptr_end();
953        I != E; ++I) {
954     TopDownPtrState &S = I->second;
955     const Sequence Seq = I->second.GetSeq();
956
957     // We only care about S_Retain, S_CanRelease, and S_Use.
958     if (Seq == S_None)
959       continue;
960
961     // Make sure that if extra top down states are added in the future that this
962     // code is updated to handle it.
963     assert((Seq == S_Retain || Seq == S_CanRelease || Seq == S_Use) &&
964            "Unknown top down sequence state.");
965
966     const Value *Arg = I->first;
967     const TerminatorInst *TI = cast<TerminatorInst>(&BB->back());
968     bool SomeSuccHasSame = false;
969     bool AllSuccsHaveSame = true;
970     bool NotAllSeqEqualButKnownSafe = false;
971
972     succ_const_iterator SI(TI), SE(TI, false);
973
974     for (; SI != SE; ++SI) {
975       // If VisitBottomUp has pointer information for this successor, take
976       // what we know about it.
977       const DenseMap<const BasicBlock *, BBState>::iterator BBI =
978         BBStates.find(*SI);
979       assert(BBI != BBStates.end());
980       const BottomUpPtrState &SuccS = BBI->second.getPtrBottomUpState(Arg);
981       const Sequence SuccSSeq = SuccS.GetSeq();
982
983       // If bottom up, the pointer is in an S_None state, clear the sequence
984       // progress since the sequence in the bottom up state finished
985       // suggesting a mismatch in between retains/releases. This is true for
986       // all three cases that we are handling here: S_Retain, S_Use, and
987       // S_CanRelease.
988       if (SuccSSeq == S_None) {
989         S.ClearSequenceProgress();
990         continue;
991       }
992
993       // If we have S_Use or S_CanRelease, perform our check for cfg hazard
994       // checks.
995       const bool SuccSRRIKnownSafe = SuccS.IsKnownSafe();
996
997       // *NOTE* We do not use Seq from above here since we are allowing for
998       // S.GetSeq() to change while we are visiting basic blocks.
999       switch(S.GetSeq()) {
1000       case S_Use: {
1001         bool ShouldContinue = false;
1002         CheckForUseCFGHazard(SuccSSeq, SuccSRRIKnownSafe, S, SomeSuccHasSame,
1003                              AllSuccsHaveSame, NotAllSeqEqualButKnownSafe,
1004                              ShouldContinue);
1005         if (ShouldContinue)
1006           continue;
1007         break;
1008       }
1009       case S_CanRelease: {
1010         CheckForCanReleaseCFGHazard(SuccSSeq, SuccSRRIKnownSafe, S,
1011                                     SomeSuccHasSame, AllSuccsHaveSame,
1012                                     NotAllSeqEqualButKnownSafe);
1013         break;
1014       }
1015       case S_Retain:
1016       case S_None:
1017       case S_Stop:
1018       case S_Release:
1019       case S_MovableRelease:
1020         break;
1021       }
1022     }
1023
1024     // If the state at the other end of any of the successor edges
1025     // matches the current state, require all edges to match. This
1026     // guards against loops in the middle of a sequence.
1027     if (SomeSuccHasSame && !AllSuccsHaveSame) {
1028       S.ClearSequenceProgress();
1029     } else if (NotAllSeqEqualButKnownSafe) {
1030       // If we would have cleared the state foregoing the fact that we are known
1031       // safe, stop code motion. This is because whether or not it is safe to
1032       // remove RR pairs via KnownSafe is an orthogonal concept to whether we
1033       // are allowed to perform code motion.
1034       S.SetCFGHazardAfflicted(true);
1035     }
1036   }
1037 }
1038
1039 bool ObjCARCOpt::VisitInstructionBottomUp(
1040     Instruction *Inst, BasicBlock *BB, BlotMapVector<Value *, RRInfo> &Retains,
1041     BBState &MyStates) {
1042   bool NestingDetected = false;
1043   ARCInstKind Class = GetARCInstKind(Inst);
1044   const Value *Arg = nullptr;
1045
1046   DEBUG(dbgs() << "Class: " << Class << "\n");
1047
1048   switch (Class) {
1049   case ARCInstKind::Release: {
1050     Arg = GetArgRCIdentityRoot(Inst);
1051
1052     BottomUpPtrState &S = MyStates.getPtrBottomUpState(Arg);
1053     NestingDetected |= S.InitBottomUp(MDKindCache, Inst);
1054     break;
1055   }
1056   case ARCInstKind::RetainBlock:
1057     // In OptimizeIndividualCalls, we have strength reduced all optimizable
1058     // objc_retainBlocks to objc_retains. Thus at this point any
1059     // objc_retainBlocks that we see are not optimizable.
1060     break;
1061   case ARCInstKind::Retain:
1062   case ARCInstKind::RetainRV: {
1063     Arg = GetArgRCIdentityRoot(Inst);
1064     BottomUpPtrState &S = MyStates.getPtrBottomUpState(Arg);
1065     if (S.MatchWithRetain()) {
1066       // Don't do retain+release tracking for ARCInstKind::RetainRV, because
1067       // it's better to let it remain as the first instruction after a call.
1068       if (Class != ARCInstKind::RetainRV)
1069         Retains[Inst] = S.GetRRInfo();
1070       S.ClearSequenceProgress();
1071     }
1072     // A retain moving bottom up can be a use.
1073     break;
1074   }
1075   case ARCInstKind::AutoreleasepoolPop:
1076     // Conservatively, clear MyStates for all known pointers.
1077     MyStates.clearBottomUpPointers();
1078     return NestingDetected;
1079   case ARCInstKind::AutoreleasepoolPush:
1080   case ARCInstKind::None:
1081     // These are irrelevant.
1082     return NestingDetected;
1083   case ARCInstKind::User:
1084     // If we have a store into an alloca of a pointer we are tracking, the
1085     // pointer has multiple owners implying that we must be more conservative.
1086     //
1087     // This comes up in the context of a pointer being ``KnownSafe''. In the
1088     // presence of a block being initialized, the frontend will emit the
1089     // objc_retain on the original pointer and the release on the pointer loaded
1090     // from the alloca. The optimizer will through the provenance analysis
1091     // realize that the two are related, but since we only require KnownSafe in
1092     // one direction, will match the inner retain on the original pointer with
1093     // the guard release on the original pointer. This is fixed by ensuring that
1094     // in the presence of allocas we only unconditionally remove pointers if
1095     // both our retain and our release are KnownSafe.
1096     if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Inst)) {
1097       const DataLayout &DL = BB->getModule()->getDataLayout();
1098       if (AreAnyUnderlyingObjectsAnAlloca(SI->getPointerOperand(), DL)) {
1099         auto I = MyStates.findPtrBottomUpState(
1100             GetRCIdentityRoot(SI->getValueOperand()));
1101         if (I != MyStates.bottom_up_ptr_end())
1102           MultiOwnersSet.insert(I->first);
1103       }
1104     }
1105     break;
1106   default:
1107     break;
1108   }
1109
1110   // Consider any other possible effects of this instruction on each
1111   // pointer being tracked.
1112   for (auto MI = MyStates.bottom_up_ptr_begin(),
1113             ME = MyStates.bottom_up_ptr_end();
1114        MI != ME; ++MI) {
1115     const Value *Ptr = MI->first;
1116     if (Ptr == Arg)
1117       continue; // Handled above.
1118     BottomUpPtrState &S = MI->second;
1119
1120     if (S.HandlePotentialAlterRefCount(Inst, Ptr, PA, Class))
1121       continue;
1122
1123     S.HandlePotentialUse(BB, Inst, Ptr, PA, Class);
1124   }
1125
1126   return NestingDetected;
1127 }
1128
1129 bool ObjCARCOpt::VisitBottomUp(BasicBlock *BB,
1130                                DenseMap<const BasicBlock *, BBState> &BBStates,
1131                                BlotMapVector<Value *, RRInfo> &Retains) {
1132
1133   DEBUG(dbgs() << "\n== ObjCARCOpt::VisitBottomUp ==\n");
1134
1135   bool NestingDetected = false;
1136   BBState &MyStates = BBStates[BB];
1137
1138   // Merge the states from each successor to compute the initial state
1139   // for the current block.
1140   BBState::edge_iterator SI(MyStates.succ_begin()),
1141                          SE(MyStates.succ_end());
1142   if (SI != SE) {
1143     const BasicBlock *Succ = *SI;
1144     DenseMap<const BasicBlock *, BBState>::iterator I = BBStates.find(Succ);
1145     assert(I != BBStates.end());
1146     MyStates.InitFromSucc(I->second);
1147     ++SI;
1148     for (; SI != SE; ++SI) {
1149       Succ = *SI;
1150       I = BBStates.find(Succ);
1151       assert(I != BBStates.end());
1152       MyStates.MergeSucc(I->second);
1153     }
1154   }
1155
1156   // Visit all the instructions, bottom-up.
1157   for (BasicBlock::iterator I = BB->end(), E = BB->begin(); I != E; --I) {
1158     Instruction *Inst = std::prev(I);
1159
1160     // Invoke instructions are visited as part of their successors (below).
1161     if (isa<InvokeInst>(Inst))
1162       continue;
1163
1164     DEBUG(dbgs() << "Visiting " << *Inst << "\n");
1165
1166     NestingDetected |= VisitInstructionBottomUp(Inst, BB, Retains, MyStates);
1167   }
1168
1169   // If there's a predecessor with an invoke, visit the invoke as if it were
1170   // part of this block, since we can't insert code after an invoke in its own
1171   // block, and we don't want to split critical edges.
1172   for (BBState::edge_iterator PI(MyStates.pred_begin()),
1173        PE(MyStates.pred_end()); PI != PE; ++PI) {
1174     BasicBlock *Pred = *PI;
1175     if (InvokeInst *II = dyn_cast<InvokeInst>(&Pred->back()))
1176       NestingDetected |= VisitInstructionBottomUp(II, BB, Retains, MyStates);
1177   }
1178
1179   return NestingDetected;
1180 }
1181
1182 bool
1183 ObjCARCOpt::VisitInstructionTopDown(Instruction *Inst,
1184                                     DenseMap<Value *, RRInfo> &Releases,
1185                                     BBState &MyStates) {
1186   bool NestingDetected = false;
1187   ARCInstKind Class = GetARCInstKind(Inst);
1188   const Value *Arg = nullptr;
1189
1190   switch (Class) {
1191   case ARCInstKind::RetainBlock:
1192     // In OptimizeIndividualCalls, we have strength reduced all optimizable
1193     // objc_retainBlocks to objc_retains. Thus at this point any
1194     // objc_retainBlocks that we see are not optimizable. We need to break since
1195     // a retain can be a potential use.
1196     break;
1197   case ARCInstKind::Retain:
1198   case ARCInstKind::RetainRV: {
1199     Arg = GetArgRCIdentityRoot(Inst);
1200     TopDownPtrState &S = MyStates.getPtrTopDownState(Arg);
1201     NestingDetected |= S.InitTopDown(Class, Inst);
1202     // A retain can be a potential use; procede to the generic checking
1203     // code below.
1204     break;
1205   }
1206   case ARCInstKind::Release: {
1207     Arg = GetArgRCIdentityRoot(Inst);
1208     TopDownPtrState &S = MyStates.getPtrTopDownState(Arg);
1209     // Try to form a tentative pair in between this release instruction and the
1210     // top down pointers that we are tracking.
1211     if (S.MatchWithRelease(MDKindCache, Inst)) {
1212       // If we succeed, copy S's RRInfo into the Release -> {Retain Set
1213       // Map}. Then we clear S.
1214       Releases[Inst] = S.GetRRInfo();
1215       S.ClearSequenceProgress();
1216     }
1217     break;
1218   }
1219   case ARCInstKind::AutoreleasepoolPop:
1220     // Conservatively, clear MyStates for all known pointers.
1221     MyStates.clearTopDownPointers();
1222     return false;
1223   case ARCInstKind::AutoreleasepoolPush:
1224   case ARCInstKind::None:
1225     // These can not be uses of
1226     return false;
1227   default:
1228     break;
1229   }
1230
1231   // Consider any other possible effects of this instruction on each
1232   // pointer being tracked.
1233   for (auto MI = MyStates.top_down_ptr_begin(),
1234             ME = MyStates.top_down_ptr_end();
1235        MI != ME; ++MI) {
1236     const Value *Ptr = MI->first;
1237     if (Ptr == Arg)
1238       continue; // Handled above.
1239     TopDownPtrState &S = MI->second;
1240     if (S.HandlePotentialAlterRefCount(Inst, Ptr, PA, Class))
1241       continue;
1242
1243     S.HandlePotentialUse(Inst, Ptr, PA, Class);
1244   }
1245
1246   return NestingDetected;
1247 }
1248
1249 bool
1250 ObjCARCOpt::VisitTopDown(BasicBlock *BB,
1251                          DenseMap<const BasicBlock *, BBState> &BBStates,
1252                          DenseMap<Value *, RRInfo> &Releases) {
1253   DEBUG(dbgs() << "\n== ObjCARCOpt::VisitTopDown ==\n");
1254   bool NestingDetected = false;
1255   BBState &MyStates = BBStates[BB];
1256
1257   // Merge the states from each predecessor to compute the initial state
1258   // for the current block.
1259   BBState::edge_iterator PI(MyStates.pred_begin()),
1260                          PE(MyStates.pred_end());
1261   if (PI != PE) {
1262     const BasicBlock *Pred = *PI;
1263     DenseMap<const BasicBlock *, BBState>::iterator I = BBStates.find(Pred);
1264     assert(I != BBStates.end());
1265     MyStates.InitFromPred(I->second);
1266     ++PI;
1267     for (; PI != PE; ++PI) {
1268       Pred = *PI;
1269       I = BBStates.find(Pred);
1270       assert(I != BBStates.end());
1271       MyStates.MergePred(I->second);
1272     }
1273   }
1274
1275   // Visit all the instructions, top-down.
1276   for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(), E = BB->end(); I != E; ++I) {
1277     Instruction *Inst = I;
1278
1279     DEBUG(dbgs() << "Visiting " << *Inst << "\n");
1280
1281     NestingDetected |= VisitInstructionTopDown(Inst, Releases, MyStates);
1282   }
1283
1284   CheckForCFGHazards(BB, BBStates, MyStates);
1285   return NestingDetected;
1286 }
1287
1288 static void
1289 ComputePostOrders(Function &F,
1290                   SmallVectorImpl<BasicBlock *> &PostOrder,
1291                   SmallVectorImpl<BasicBlock *> &ReverseCFGPostOrder,
1292                   unsigned NoObjCARCExceptionsMDKind,
1293                   DenseMap<const BasicBlock *, BBState> &BBStates) {
1294   /// The visited set, for doing DFS walks.
1295   SmallPtrSet<BasicBlock *, 16> Visited;
1296
1297   // Do DFS, computing the PostOrder.
1298   SmallPtrSet<BasicBlock *, 16> OnStack;
1299   SmallVector<std::pair<BasicBlock *, succ_iterator>, 16> SuccStack;
1300
1301   // Functions always have exactly one entry block, and we don't have
1302   // any other block that we treat like an entry block.
1303   BasicBlock *EntryBB = &F.getEntryBlock();
1304   BBState &MyStates = BBStates[EntryBB];
1305   MyStates.SetAsEntry();
1306   TerminatorInst *EntryTI = cast<TerminatorInst>(&EntryBB->back());
1307   SuccStack.push_back(std::make_pair(EntryBB, succ_iterator(EntryTI)));
1308   Visited.insert(EntryBB);
1309   OnStack.insert(EntryBB);
1310   do {
1311   dfs_next_succ:
1312     BasicBlock *CurrBB = SuccStack.back().first;
1313     TerminatorInst *TI = cast<TerminatorInst>(&CurrBB->back());
1314     succ_iterator SE(TI, false);
1315
1316     while (SuccStack.back().second != SE) {
1317       BasicBlock *SuccBB = *SuccStack.back().second++;
1318       if (Visited.insert(SuccBB).second) {
1319         TerminatorInst *TI = cast<TerminatorInst>(&SuccBB->back());
1320         SuccStack.push_back(std::make_pair(SuccBB, succ_iterator(TI)));
1321         BBStates[CurrBB].addSucc(SuccBB);
1322         BBState &SuccStates = BBStates[SuccBB];
1323         SuccStates.addPred(CurrBB);
1324         OnStack.insert(SuccBB);
1325         goto dfs_next_succ;
1326       }
1327
1328       if (!OnStack.count(SuccBB)) {
1329         BBStates[CurrBB].addSucc(SuccBB);
1330         BBStates[SuccBB].addPred(CurrBB);
1331       }
1332     }
1333     OnStack.erase(CurrBB);
1334     PostOrder.push_back(CurrBB);
1335     SuccStack.pop_back();
1336   } while (!SuccStack.empty());
1337
1338   Visited.clear();
1339
1340   // Do reverse-CFG DFS, computing the reverse-CFG PostOrder.
1341   // Functions may have many exits, and there also blocks which we treat
1342   // as exits due to ignored edges.
1343   SmallVector<std::pair<BasicBlock *, BBState::edge_iterator>, 16> PredStack;
1344   for (Function::iterator I = F.begin(), E = F.end(); I != E; ++I) {
1345     BasicBlock *ExitBB = I;
1346     BBState &MyStates = BBStates[ExitBB];
1347     if (!MyStates.isExit())
1348       continue;
1349
1350     MyStates.SetAsExit();
1351
1352     PredStack.push_back(std::make_pair(ExitBB, MyStates.pred_begin()));
1353     Visited.insert(ExitBB);
1354     while (!PredStack.empty()) {
1355     reverse_dfs_next_succ:
1356       BBState::edge_iterator PE = BBStates[PredStack.back().first].pred_end();
1357       while (PredStack.back().second != PE) {
1358         BasicBlock *BB = *PredStack.back().second++;
1359         if (Visited.insert(BB).second) {
1360           PredStack.push_back(std::make_pair(BB, BBStates[BB].pred_begin()));
1361           goto reverse_dfs_next_succ;
1362         }
1363       }
1364       ReverseCFGPostOrder.push_back(PredStack.pop_back_val().first);
1365     }
1366   }
1367 }
1368
1369 // Visit the function both top-down and bottom-up.
1370 bool ObjCARCOpt::Visit(Function &F,
1371                        DenseMap<const BasicBlock *, BBState> &BBStates,
1372                        BlotMapVector<Value *, RRInfo> &Retains,
1373                        DenseMap<Value *, RRInfo> &Releases) {
1374
1375   // Use reverse-postorder traversals, because we magically know that loops
1376   // will be well behaved, i.e. they won't repeatedly call retain on a single
1377   // pointer without doing a release. We can't use the ReversePostOrderTraversal
1378   // class here because we want the reverse-CFG postorder to consider each
1379   // function exit point, and we want to ignore selected cycle edges.
1380   SmallVector<BasicBlock *, 16> PostOrder;
1381   SmallVector<BasicBlock *, 16> ReverseCFGPostOrder;
1382   ComputePostOrders(F, PostOrder, ReverseCFGPostOrder,
1383                     MDKindCache.get(ARCMDKindID::NoObjCARCExceptions),
1384                     BBStates);
1385
1386   // Use reverse-postorder on the reverse CFG for bottom-up.
1387   bool BottomUpNestingDetected = false;
1388   for (SmallVectorImpl<BasicBlock *>::const_reverse_iterator I =
1389        ReverseCFGPostOrder.rbegin(), E = ReverseCFGPostOrder.rend();
1390        I != E; ++I)
1391     BottomUpNestingDetected |= VisitBottomUp(*I, BBStates, Retains);
1392
1393   // Use reverse-postorder for top-down.
1394   bool TopDownNestingDetected = false;
1395   for (SmallVectorImpl<BasicBlock *>::const_reverse_iterator I =
1396        PostOrder.rbegin(), E = PostOrder.rend();
1397        I != E; ++I)
1398     TopDownNestingDetected |= VisitTopDown(*I, BBStates, Releases);
1399
1400   return TopDownNestingDetected && BottomUpNestingDetected;
1401 }
1402
1403 /// Move the calls in RetainsToMove and ReleasesToMove.
1404 void ObjCARCOpt::MoveCalls(Value *Arg, RRInfo &RetainsToMove,
1405                            RRInfo &ReleasesToMove,
1406                            BlotMapVector<Value *, RRInfo> &Retains,
1407                            DenseMap<Value *, RRInfo> &Releases,
1408                            SmallVectorImpl<Instruction *> &DeadInsts,
1409                            Module *M) {
1410   Type *ArgTy = Arg->getType();
1411   Type *ParamTy = PointerType::getUnqual(Type::getInt8Ty(ArgTy->getContext()));
1412
1413   DEBUG(dbgs() << "== ObjCARCOpt::MoveCalls ==\n");
1414
1415   // Insert the new retain and release calls.
1416   for (Instruction *InsertPt : ReleasesToMove.ReverseInsertPts) {
1417     Value *MyArg = ArgTy == ParamTy ? Arg :
1418                    new BitCastInst(Arg, ParamTy, "", InsertPt);
1419     Constant *Decl = EP.get(ARCRuntimeEntryPointKind::Retain);
1420     CallInst *Call = CallInst::Create(Decl, MyArg, "", InsertPt);
1421     Call->setDoesNotThrow();
1422     Call->setTailCall();
1423
1424     DEBUG(dbgs() << "Inserting new Retain: " << *Call << "\n"
1425                     "At insertion point: " << *InsertPt << "\n");
1426   }
1427   for (Instruction *InsertPt : RetainsToMove.ReverseInsertPts) {
1428     Value *MyArg = ArgTy == ParamTy ? Arg :
1429                    new BitCastInst(Arg, ParamTy, "", InsertPt);
1430     Constant *Decl = EP.get(ARCRuntimeEntryPointKind::Release);
1431     CallInst *Call = CallInst::Create(Decl, MyArg, "", InsertPt);
1432     // Attach a clang.imprecise_release metadata tag, if appropriate.
1433     if (MDNode *M = ReleasesToMove.ReleaseMetadata)
1434       Call->setMetadata(MDKindCache.get(ARCMDKindID::ImpreciseRelease), M);
1435     Call->setDoesNotThrow();
1436     if (ReleasesToMove.IsTailCallRelease)
1437       Call->setTailCall();
1438
1439     DEBUG(dbgs() << "Inserting new Release: " << *Call << "\n"
1440                     "At insertion point: " << *InsertPt << "\n");
1441   }
1442
1443   // Delete the original retain and release calls.
1444   for (Instruction *OrigRetain : RetainsToMove.Calls) {
1445     Retains.blot(OrigRetain);
1446     DeadInsts.push_back(OrigRetain);
1447     DEBUG(dbgs() << "Deleting retain: " << *OrigRetain << "\n");
1448   }
1449   for (Instruction *OrigRelease : ReleasesToMove.Calls) {
1450     Releases.erase(OrigRelease);
1451     DeadInsts.push_back(OrigRelease);
1452     DEBUG(dbgs() << "Deleting release: " << *OrigRelease << "\n");
1453   }
1454
1455 }
1456
1457 bool ObjCARCOpt::PairUpRetainsAndReleases(
1458     DenseMap<const BasicBlock *, BBState> &BBStates,
1459     BlotMapVector<Value *, RRInfo> &Retains,
1460     DenseMap<Value *, RRInfo> &Releases, Module *M,
1461     SmallVectorImpl<Instruction *> &NewRetains,
1462     SmallVectorImpl<Instruction *> &NewReleases,
1463     SmallVectorImpl<Instruction *> &DeadInsts, RRInfo &RetainsToMove,
1464     RRInfo &ReleasesToMove, Value *Arg, bool KnownSafe,
1465     bool &AnyPairsCompletelyEliminated) {
1466   // If a pair happens in a region where it is known that the reference count
1467   // is already incremented, we can similarly ignore possible decrements unless
1468   // we are dealing with a retainable object with multiple provenance sources.
1469   bool KnownSafeTD = true, KnownSafeBU = true;
1470   bool MultipleOwners = false;
1471   bool CFGHazardAfflicted = false;
1472
1473   // Connect the dots between the top-down-collected RetainsToMove and
1474   // bottom-up-collected ReleasesToMove to form sets of related calls.
1475   // This is an iterative process so that we connect multiple releases
1476   // to multiple retains if needed.
1477   unsigned OldDelta = 0;
1478   unsigned NewDelta = 0;
1479   unsigned OldCount = 0;
1480   unsigned NewCount = 0;
1481   bool FirstRelease = true;
1482   for (;;) {
1483     for (SmallVectorImpl<Instruction *>::const_iterator
1484            NI = NewRetains.begin(), NE = NewRetains.end(); NI != NE; ++NI) {
1485       Instruction *NewRetain = *NI;
1486       auto It = Retains.find(NewRetain);
1487       assert(It != Retains.end());
1488       const RRInfo &NewRetainRRI = It->second;
1489       KnownSafeTD &= NewRetainRRI.KnownSafe;
1490       MultipleOwners =
1491         MultipleOwners || MultiOwnersSet.count(GetArgRCIdentityRoot(NewRetain));
1492       for (Instruction *NewRetainRelease : NewRetainRRI.Calls) {
1493         auto Jt = Releases.find(NewRetainRelease);
1494         if (Jt == Releases.end())
1495           return false;
1496         const RRInfo &NewRetainReleaseRRI = Jt->second;
1497
1498         // If the release does not have a reference to the retain as well,
1499         // something happened which is unaccounted for. Do not do anything.
1500         //
1501         // This can happen if we catch an additive overflow during path count
1502         // merging.
1503         if (!NewRetainReleaseRRI.Calls.count(NewRetain))
1504           return false;
1505
1506         if (ReleasesToMove.Calls.insert(NewRetainRelease).second) {
1507
1508           // If we overflow when we compute the path count, don't remove/move
1509           // anything.
1510           const BBState &NRRBBState = BBStates[NewRetainRelease->getParent()];
1511           unsigned PathCount = BBState::OverflowOccurredValue;
1512           if (NRRBBState.GetAllPathCountWithOverflow(PathCount))
1513             return false;
1514           assert(PathCount != BBState::OverflowOccurredValue &&
1515                  "PathCount at this point can not be "
1516                  "OverflowOccurredValue.");
1517           OldDelta -= PathCount;
1518
1519           // Merge the ReleaseMetadata and IsTailCallRelease values.
1520           if (FirstRelease) {
1521             ReleasesToMove.ReleaseMetadata =
1522               NewRetainReleaseRRI.ReleaseMetadata;
1523             ReleasesToMove.IsTailCallRelease =
1524               NewRetainReleaseRRI.IsTailCallRelease;
1525             FirstRelease = false;
1526           } else {
1527             if (ReleasesToMove.ReleaseMetadata !=
1528                 NewRetainReleaseRRI.ReleaseMetadata)
1529               ReleasesToMove.ReleaseMetadata = nullptr;
1530             if (ReleasesToMove.IsTailCallRelease !=
1531                 NewRetainReleaseRRI.IsTailCallRelease)
1532               ReleasesToMove.IsTailCallRelease = false;
1533           }
1534
1535           // Collect the optimal insertion points.
1536           if (!KnownSafe)
1537             for (Instruction *RIP : NewRetainReleaseRRI.ReverseInsertPts) {
1538               if (ReleasesToMove.ReverseInsertPts.insert(RIP).second) {
1539                 // If we overflow when we compute the path count, don't
1540                 // remove/move anything.
1541                 const BBState &RIPBBState = BBStates[RIP->getParent()];
1542                 PathCount = BBState::OverflowOccurredValue;
1543                 if (RIPBBState.GetAllPathCountWithOverflow(PathCount))
1544                   return false;
1545                 assert(PathCount != BBState::OverflowOccurredValue &&
1546                        "PathCount at this point can not be "
1547                        "OverflowOccurredValue.");
1548                 NewDelta -= PathCount;
1549               }
1550             }
1551           NewReleases.push_back(NewRetainRelease);
1552         }
1553       }
1554     }
1555     NewRetains.clear();
1556     if (NewReleases.empty()) break;
1557
1558     // Back the other way.
1559     for (SmallVectorImpl<Instruction *>::const_iterator
1560            NI = NewReleases.begin(), NE = NewReleases.end(); NI != NE; ++NI) {
1561       Instruction *NewRelease = *NI;
1562       auto It = Releases.find(NewRelease);
1563       assert(It != Releases.end());
1564       const RRInfo &NewReleaseRRI = It->second;
1565       KnownSafeBU &= NewReleaseRRI.KnownSafe;
1566       CFGHazardAfflicted |= NewReleaseRRI.CFGHazardAfflicted;
1567       for (Instruction *NewReleaseRetain : NewReleaseRRI.Calls) {
1568         auto Jt = Retains.find(NewReleaseRetain);
1569         if (Jt == Retains.end())
1570           return false;
1571         const RRInfo &NewReleaseRetainRRI = Jt->second;
1572
1573         // If the retain does not have a reference to the release as well,
1574         // something happened which is unaccounted for. Do not do anything.
1575         //
1576         // This can happen if we catch an additive overflow during path count
1577         // merging.
1578         if (!NewReleaseRetainRRI.Calls.count(NewRelease))
1579           return false;
1580
1581         if (RetainsToMove.Calls.insert(NewReleaseRetain).second) {
1582           // If we overflow when we compute the path count, don't remove/move
1583           // anything.
1584           const BBState &NRRBBState = BBStates[NewReleaseRetain->getParent()];
1585           unsigned PathCount = BBState::OverflowOccurredValue;
1586           if (NRRBBState.GetAllPathCountWithOverflow(PathCount))
1587             return false;
1588           assert(PathCount != BBState::OverflowOccurredValue &&
1589                  "PathCount at this point can not be "
1590                  "OverflowOccurredValue.");
1591           OldDelta += PathCount;
1592           OldCount += PathCount;
1593
1594           // Collect the optimal insertion points.
1595           if (!KnownSafe)
1596             for (Instruction *RIP : NewReleaseRetainRRI.ReverseInsertPts) {
1597               if (RetainsToMove.ReverseInsertPts.insert(RIP).second) {
1598                 // If we overflow when we compute the path count, don't
1599                 // remove/move anything.
1600                 const BBState &RIPBBState = BBStates[RIP->getParent()];
1601
1602                 PathCount = BBState::OverflowOccurredValue;
1603                 if (RIPBBState.GetAllPathCountWithOverflow(PathCount))
1604                   return false;
1605                 assert(PathCount != BBState::OverflowOccurredValue &&
1606                        "PathCount at this point can not be "
1607                        "OverflowOccurredValue.");
1608                 NewDelta += PathCount;
1609                 NewCount += PathCount;
1610               }
1611             }
1612           NewRetains.push_back(NewReleaseRetain);
1613         }
1614       }
1615     }
1616     NewReleases.clear();
1617     if (NewRetains.empty()) break;
1618   }
1619
1620   // We can only remove pointers if we are known safe in both directions.
1621   bool UnconditionallySafe = KnownSafeTD && KnownSafeBU;
1622   if (UnconditionallySafe) {
1623     RetainsToMove.ReverseInsertPts.clear();
1624     ReleasesToMove.ReverseInsertPts.clear();
1625     NewCount = 0;
1626   } else {
1627     // Determine whether the new insertion points we computed preserve the
1628     // balance of retain and release calls through the program.
1629     // TODO: If the fully aggressive solution isn't valid, try to find a
1630     // less aggressive solution which is.
1631     if (NewDelta != 0)
1632       return false;
1633
1634     // At this point, we are not going to remove any RR pairs, but we still are
1635     // able to move RR pairs. If one of our pointers is afflicted with
1636     // CFGHazards, we cannot perform such code motion so exit early.
1637     const bool WillPerformCodeMotion = RetainsToMove.ReverseInsertPts.size() ||
1638       ReleasesToMove.ReverseInsertPts.size();
1639     if (CFGHazardAfflicted && WillPerformCodeMotion)
1640       return false;
1641   }
1642
1643   // Determine whether the original call points are balanced in the retain and
1644   // release calls through the program. If not, conservatively don't touch
1645   // them.
1646   // TODO: It's theoretically possible to do code motion in this case, as
1647   // long as the existing imbalances are maintained.
1648   if (OldDelta != 0)
1649     return false;
1650
1651   Changed = true;
1652   assert(OldCount != 0 && "Unreachable code?");
1653   NumRRs += OldCount - NewCount;
1654   // Set to true if we completely removed any RR pairs.
1655   AnyPairsCompletelyEliminated = NewCount == 0;
1656
1657   // We can move calls!
1658   return true;
1659 }
1660
1661 /// Identify pairings between the retains and releases, and delete and/or move
1662 /// them.
1663 bool ObjCARCOpt::PerformCodePlacement(
1664     DenseMap<const BasicBlock *, BBState> &BBStates,
1665     BlotMapVector<Value *, RRInfo> &Retains,
1666     DenseMap<Value *, RRInfo> &Releases, Module *M) {
1667   DEBUG(dbgs() << "\n== ObjCARCOpt::PerformCodePlacement ==\n");
1668
1669   bool AnyPairsCompletelyEliminated = false;
1670   RRInfo RetainsToMove;
1671   RRInfo ReleasesToMove;
1672   SmallVector<Instruction *, 4> NewRetains;
1673   SmallVector<Instruction *, 4> NewReleases;
1674   SmallVector<Instruction *, 8> DeadInsts;
1675
1676   // Visit each retain.
1677   for (BlotMapVector<Value *, RRInfo>::const_iterator I = Retains.begin(),
1678                                                       E = Retains.end();
1679        I != E; ++I) {
1680     Value *V = I->first;
1681     if (!V) continue; // blotted
1682
1683     Instruction *Retain = cast<Instruction>(V);
1684
1685     DEBUG(dbgs() << "Visiting: " << *Retain << "\n");
1686
1687     Value *Arg = GetArgRCIdentityRoot(Retain);
1688
1689     // If the object being released is in static or stack storage, we know it's
1690     // not being managed by ObjC reference counting, so we can delete pairs
1691     // regardless of what possible decrements or uses lie between them.
1692     bool KnownSafe = isa<Constant>(Arg) || isa<AllocaInst>(Arg);
1693
1694     // A constant pointer can't be pointing to an object on the heap. It may
1695     // be reference-counted, but it won't be deleted.
1696     if (const LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(Arg))
1697       if (const GlobalVariable *GV =
1698             dyn_cast<GlobalVariable>(
1699               GetRCIdentityRoot(LI->getPointerOperand())))
1700         if (GV->isConstant())
1701           KnownSafe = true;
1702
1703     // Connect the dots between the top-down-collected RetainsToMove and
1704     // bottom-up-collected ReleasesToMove to form sets of related calls.
1705     NewRetains.push_back(Retain);
1706     bool PerformMoveCalls = PairUpRetainsAndReleases(
1707         BBStates, Retains, Releases, M, NewRetains, NewReleases, DeadInsts,
1708         RetainsToMove, ReleasesToMove, Arg, KnownSafe,
1709         AnyPairsCompletelyEliminated);
1710
1711     if (PerformMoveCalls) {
1712       // Ok, everything checks out and we're all set. Let's move/delete some
1713       // code!
1714       MoveCalls(Arg, RetainsToMove, ReleasesToMove,
1715                 Retains, Releases, DeadInsts, M);
1716     }
1717
1718     // Clean up state for next retain.
1719     NewReleases.clear();
1720     NewRetains.clear();
1721     RetainsToMove.clear();
1722     ReleasesToMove.clear();
1723   }
1724
1725   // Now that we're done moving everything, we can delete the newly dead
1726   // instructions, as we no longer need them as insert points.
1727   while (!DeadInsts.empty())
1728     EraseInstruction(DeadInsts.pop_back_val());
1729
1730   return AnyPairsCompletelyEliminated;
1731 }
1732
1733 /// Weak pointer optimizations.
1734 void ObjCARCOpt::OptimizeWeakCalls(Function &F) {
1735   DEBUG(dbgs() << "\n== ObjCARCOpt::OptimizeWeakCalls ==\n");
1736
1737   // First, do memdep-style RLE and S2L optimizations. We can't use memdep
1738   // itself because it uses AliasAnalysis and we need to do provenance
1739   // queries instead.
1740   for (inst_iterator I = inst_begin(&F), E = inst_end(&F); I != E; ) {
1741     Instruction *Inst = &*I++;
1742
1743     DEBUG(dbgs() << "Visiting: " << *Inst << "\n");
1744
1745     ARCInstKind Class = GetBasicARCInstKind(Inst);
1746     if (Class != ARCInstKind::LoadWeak &&
1747         Class != ARCInstKind::LoadWeakRetained)
1748       continue;
1749
1750     // Delete objc_loadWeak calls with no users.
1751     if (Class == ARCInstKind::LoadWeak && Inst->use_empty()) {
1752       Inst->eraseFromParent();
1753       continue;
1754     }
1755
1756     // TODO: For now, just look for an earlier available version of this value
1757     // within the same block. Theoretically, we could do memdep-style non-local
1758     // analysis too, but that would want caching. A better approach would be to
1759     // use the technique that EarlyCSE uses.
1760     inst_iterator Current = std::prev(I);
1761     BasicBlock *CurrentBB = Current.getBasicBlockIterator();
1762     for (BasicBlock::iterator B = CurrentBB->begin(),
1763                               J = Current.getInstructionIterator();
1764          J != B; --J) {
1765       Instruction *EarlierInst = &*std::prev(J);
1766       ARCInstKind EarlierClass = GetARCInstKind(EarlierInst);
1767       switch (EarlierClass) {
1768       case ARCInstKind::LoadWeak:
1769       case ARCInstKind::LoadWeakRetained: {
1770         // If this is loading from the same pointer, replace this load's value
1771         // with that one.
1772         CallInst *Call = cast<CallInst>(Inst);
1773         CallInst *EarlierCall = cast<CallInst>(EarlierInst);
1774         Value *Arg = Call->getArgOperand(0);
1775         Value *EarlierArg = EarlierCall->getArgOperand(0);
1776         switch (PA.getAA()->alias(Arg, EarlierArg)) {
1777         case AliasAnalysis::MustAlias:
1778           Changed = true;
1779           // If the load has a builtin retain, insert a plain retain for it.
1780           if (Class == ARCInstKind::LoadWeakRetained) {
1781             Constant *Decl = EP.get(ARCRuntimeEntryPointKind::Retain);
1782             CallInst *CI = CallInst::Create(Decl, EarlierCall, "", Call);
1783             CI->setTailCall();
1784           }
1785           // Zap the fully redundant load.
1786           Call->replaceAllUsesWith(EarlierCall);
1787           Call->eraseFromParent();
1788           goto clobbered;
1789         case AliasAnalysis::MayAlias:
1790         case AliasAnalysis::PartialAlias:
1791           goto clobbered;
1792         case AliasAnalysis::NoAlias:
1793           break;
1794         }
1795         break;
1796       }
1797       case ARCInstKind::StoreWeak:
1798       case ARCInstKind::InitWeak: {
1799         // If this is storing to the same pointer and has the same size etc.
1800         // replace this load's value with the stored value.
1801         CallInst *Call = cast<CallInst>(Inst);
1802         CallInst *EarlierCall = cast<CallInst>(EarlierInst);
1803         Value *Arg = Call->getArgOperand(0);
1804         Value *EarlierArg = EarlierCall->getArgOperand(0);
1805         switch (PA.getAA()->alias(Arg, EarlierArg)) {
1806         case AliasAnalysis::MustAlias:
1807           Changed = true;
1808           // If the load has a builtin retain, insert a plain retain for it.
1809           if (Class == ARCInstKind::LoadWeakRetained) {
1810             Constant *Decl = EP.get(ARCRuntimeEntryPointKind::Retain);
1811             CallInst *CI = CallInst::Create(Decl, EarlierCall, "", Call);
1812             CI->setTailCall();
1813           }
1814           // Zap the fully redundant load.
1815           Call->replaceAllUsesWith(EarlierCall->getArgOperand(1));
1816           Call->eraseFromParent();
1817           goto clobbered;
1818         case AliasAnalysis::MayAlias:
1819         case AliasAnalysis::PartialAlias:
1820           goto clobbered;
1821         case AliasAnalysis::NoAlias:
1822           break;
1823         }
1824         break;
1825       }
1826       case ARCInstKind::MoveWeak:
1827       case ARCInstKind::CopyWeak:
1828         // TOOD: Grab the copied value.
1829         goto clobbered;
1830       case ARCInstKind::AutoreleasepoolPush:
1831       case ARCInstKind::None:
1832       case ARCInstKind::IntrinsicUser:
1833       case ARCInstKind::User:
1834         // Weak pointers are only modified through the weak entry points
1835         // (and arbitrary calls, which could call the weak entry points).
1836         break;
1837       default:
1838         // Anything else could modify the weak pointer.
1839         goto clobbered;
1840       }
1841     }
1842   clobbered:;
1843   }
1844
1845   // Then, for each destroyWeak with an alloca operand, check to see if
1846   // the alloca and all its users can be zapped.
1847   for (inst_iterator I = inst_begin(&F), E = inst_end(&F); I != E; ) {
1848     Instruction *Inst = &*I++;
1849     ARCInstKind Class = GetBasicARCInstKind(Inst);
1850     if (Class != ARCInstKind::DestroyWeak)
1851       continue;
1852
1853     CallInst *Call = cast<CallInst>(Inst);
1854     Value *Arg = Call->getArgOperand(0);
1855     if (AllocaInst *Alloca = dyn_cast<AllocaInst>(Arg)) {
1856       for (User *U : Alloca->users()) {
1857         const Instruction *UserInst = cast<Instruction>(U);
1858         switch (GetBasicARCInstKind(UserInst)) {
1859         case ARCInstKind::InitWeak:
1860         case ARCInstKind::StoreWeak:
1861         case ARCInstKind::DestroyWeak:
1862           continue;
1863         default:
1864           goto done;
1865         }
1866       }
1867       Changed = true;
1868       for (auto UI = Alloca->user_begin(), UE = Alloca->user_end(); UI != UE;) {
1869         CallInst *UserInst = cast<CallInst>(*UI++);
1870         switch (GetBasicARCInstKind(UserInst)) {
1871         case ARCInstKind::InitWeak:
1872         case ARCInstKind::StoreWeak:
1873           // These functions return their second argument.
1874           UserInst->replaceAllUsesWith(UserInst->getArgOperand(1));
1875           break;
1876         case ARCInstKind::DestroyWeak:
1877           // No return value.
1878           break;
1879         default:
1880           llvm_unreachable("alloca really is used!");
1881         }
1882         UserInst->eraseFromParent();
1883       }
1884       Alloca->eraseFromParent();
1885     done:;
1886     }
1887   }
1888 }
1889
1890 /// Identify program paths which execute sequences of retains and releases which
1891 /// can be eliminated.
1892 bool ObjCARCOpt::OptimizeSequences(Function &F) {
1893   // Releases, Retains - These are used to store the results of the main flow
1894   // analysis. These use Value* as the key instead of Instruction* so that the
1895   // map stays valid when we get around to rewriting code and calls get
1896   // replaced by arguments.
1897   DenseMap<Value *, RRInfo> Releases;
1898   BlotMapVector<Value *, RRInfo> Retains;
1899
1900   // This is used during the traversal of the function to track the
1901   // states for each identified object at each block.
1902   DenseMap<const BasicBlock *, BBState> BBStates;
1903
1904   // Analyze the CFG of the function, and all instructions.
1905   bool NestingDetected = Visit(F, BBStates, Retains, Releases);
1906
1907   // Transform.
1908   bool AnyPairsCompletelyEliminated = PerformCodePlacement(BBStates, Retains,
1909                                                            Releases,
1910                                                            F.getParent());
1911
1912   // Cleanup.
1913   MultiOwnersSet.clear();
1914
1915   return AnyPairsCompletelyEliminated && NestingDetected;
1916 }
1917
1918 /// Check if there is a dependent call earlier that does not have anything in
1919 /// between the Retain and the call that can affect the reference count of their
1920 /// shared pointer argument. Note that Retain need not be in BB.
1921 static bool
1922 HasSafePathToPredecessorCall(const Value *Arg, Instruction *Retain,
1923                              SmallPtrSetImpl<Instruction *> &DepInsts,
1924                              SmallPtrSetImpl<const BasicBlock *> &Visited,
1925                              ProvenanceAnalysis &PA) {
1926   FindDependencies(CanChangeRetainCount, Arg, Retain->getParent(), Retain,
1927                    DepInsts, Visited, PA);
1928   if (DepInsts.size() != 1)
1929     return false;
1930
1931   auto *Call = dyn_cast_or_null<CallInst>(*DepInsts.begin());
1932
1933   // Check that the pointer is the return value of the call.
1934   if (!Call || Arg != Call)
1935     return false;
1936
1937   // Check that the call is a regular call.
1938   ARCInstKind Class = GetBasicARCInstKind(Call);
1939   if (Class != ARCInstKind::CallOrUser && Class != ARCInstKind::Call)
1940     return false;
1941
1942   return true;
1943 }
1944
1945 /// Find a dependent retain that precedes the given autorelease for which there
1946 /// is nothing in between the two instructions that can affect the ref count of
1947 /// Arg.
1948 static CallInst *
1949 FindPredecessorRetainWithSafePath(const Value *Arg, BasicBlock *BB,
1950                                   Instruction *Autorelease,
1951                                   SmallPtrSetImpl<Instruction *> &DepInsts,
1952                                   SmallPtrSetImpl<const BasicBlock *> &Visited,
1953                                   ProvenanceAnalysis &PA) {
1954   FindDependencies(CanChangeRetainCount, Arg,
1955                    BB, Autorelease, DepInsts, Visited, PA);
1956   if (DepInsts.size() != 1)
1957     return nullptr;
1958
1959   auto *Retain = dyn_cast_or_null<CallInst>(*DepInsts.begin());
1960
1961   // Check that we found a retain with the same argument.
1962   if (!Retain || !IsRetain(GetBasicARCInstKind(Retain)) ||
1963       GetArgRCIdentityRoot(Retain) != Arg) {
1964     return nullptr;
1965   }
1966
1967   return Retain;
1968 }
1969
1970 /// Look for an ``autorelease'' instruction dependent on Arg such that there are
1971 /// no instructions dependent on Arg that need a positive ref count in between
1972 /// the autorelease and the ret.
1973 static CallInst *
1974 FindPredecessorAutoreleaseWithSafePath(const Value *Arg, BasicBlock *BB,
1975                                        ReturnInst *Ret,
1976                                        SmallPtrSetImpl<Instruction *> &DepInsts,
1977                                        SmallPtrSetImpl<const BasicBlock *> &V,
1978                                        ProvenanceAnalysis &PA) {
1979   FindDependencies(NeedsPositiveRetainCount, Arg,
1980                    BB, Ret, DepInsts, V, PA);
1981   if (DepInsts.size() != 1)
1982     return nullptr;
1983
1984   auto *Autorelease = dyn_cast_or_null<CallInst>(*DepInsts.begin());
1985   if (!Autorelease)
1986     return nullptr;
1987   ARCInstKind AutoreleaseClass = GetBasicARCInstKind(Autorelease);
1988   if (!IsAutorelease(AutoreleaseClass))
1989     return nullptr;
1990   if (GetArgRCIdentityRoot(Autorelease) != Arg)
1991     return nullptr;
1992
1993   return Autorelease;
1994 }
1995
1996 /// Look for this pattern:
1997 /// \code
1998 ///    %call = call i8* @something(...)
1999 ///    %2 = call i8* @objc_retain(i8* %call)
2000 ///    %3 = call i8* @objc_autorelease(i8* %2)
2001 ///    ret i8* %3
2002 /// \endcode
2003 /// And delete the retain and autorelease.
2004 void ObjCARCOpt::OptimizeReturns(Function &F) {
2005   if (!F.getReturnType()->isPointerTy())
2006     return;
2007
2008   DEBUG(dbgs() << "\n== ObjCARCOpt::OptimizeReturns ==\n");
2009
2010   SmallPtrSet<Instruction *, 4> DependingInstructions;
2011   SmallPtrSet<const BasicBlock *, 4> Visited;
2012   for (Function::iterator FI = F.begin(), FE = F.end(); FI != FE; ++FI) {
2013     BasicBlock *BB = FI;
2014     ReturnInst *Ret = dyn_cast<ReturnInst>(&BB->back());
2015
2016     DEBUG(dbgs() << "Visiting: " << *Ret << "\n");
2017
2018     if (!Ret)
2019       continue;
2020
2021     const Value *Arg = GetRCIdentityRoot(Ret->getOperand(0));
2022
2023     // Look for an ``autorelease'' instruction that is a predecessor of Ret and
2024     // dependent on Arg such that there are no instructions dependent on Arg
2025     // that need a positive ref count in between the autorelease and Ret.
2026     CallInst *Autorelease =
2027       FindPredecessorAutoreleaseWithSafePath(Arg, BB, Ret,
2028                                              DependingInstructions, Visited,
2029                                              PA);
2030     DependingInstructions.clear();
2031     Visited.clear();
2032
2033     if (!Autorelease)
2034       continue;
2035
2036     CallInst *Retain =
2037       FindPredecessorRetainWithSafePath(Arg, BB, Autorelease,
2038                                         DependingInstructions, Visited, PA);
2039     DependingInstructions.clear();
2040     Visited.clear();
2041
2042     if (!Retain)
2043       continue;
2044
2045     // Check that there is nothing that can affect the reference count
2046     // between the retain and the call.  Note that Retain need not be in BB.
2047     bool HasSafePathToCall = HasSafePathToPredecessorCall(Arg, Retain,
2048                                                           DependingInstructions,
2049                                                           Visited, PA);
2050     DependingInstructions.clear();
2051     Visited.clear();
2052
2053     if (!HasSafePathToCall)
2054       continue;
2055
2056     // If so, we can zap the retain and autorelease.
2057     Changed = true;
2058     ++NumRets;
2059     DEBUG(dbgs() << "Erasing: " << *Retain << "\nErasing: "
2060           << *Autorelease << "\n");
2061     EraseInstruction(Retain);
2062     EraseInstruction(Autorelease);
2063   }
2064 }
2065
2066 #ifndef NDEBUG
2067 void
2068 ObjCARCOpt::GatherStatistics(Function &F, bool AfterOptimization) {
2069   llvm::Statistic &NumRetains =
2070     AfterOptimization? NumRetainsAfterOpt : NumRetainsBeforeOpt;
2071   llvm::Statistic &NumReleases =
2072     AfterOptimization? NumReleasesAfterOpt : NumReleasesBeforeOpt;
2073
2074   for (inst_iterator I = inst_begin(&F), E = inst_end(&F); I != E; ) {
2075     Instruction *Inst = &*I++;
2076     switch (GetBasicARCInstKind(Inst)) {
2077     default:
2078       break;
2079     case ARCInstKind::Retain:
2080       ++NumRetains;
2081       break;
2082     case ARCInstKind::Release:
2083       ++NumReleases;
2084       break;
2085     }
2086   }
2087 }
2088 #endif
2089
2090 bool ObjCARCOpt::doInitialization(Module &M) {
2091   if (!EnableARCOpts)
2092     return false;
2093
2094   // If nothing in the Module uses ARC, don't do anything.
2095   Run = ModuleHasARC(M);
2096   if (!Run)
2097     return false;
2098
2099   // Intuitively, objc_retain and others are nocapture, however in practice
2100   // they are not, because they return their argument value. And objc_release
2101   // calls finalizers which can have arbitrary side effects.
2102   MDKindCache.init(&M);
2103
2104   // Initialize our runtime entry point cache.
2105   EP.init(&M);
2106
2107   return false;
2108 }
2109
2110 bool ObjCARCOpt::runOnFunction(Function &F) {
2111   if (!EnableARCOpts)
2112     return false;
2113
2114   // If nothing in the Module uses ARC, don't do anything.
2115   if (!Run)
2116     return false;
2117
2118   Changed = false;
2119
2120   DEBUG(dbgs() << "<<< ObjCARCOpt: Visiting Function: " << F.getName() << " >>>"
2121         "\n");
2122
2123   PA.setAA(&getAnalysis<AliasAnalysis>());
2124
2125 #ifndef NDEBUG
2126   if (AreStatisticsEnabled()) {
2127     GatherStatistics(F, false);
2128   }
2129 #endif
2130
2131   // This pass performs several distinct transformations. As a compile-time aid
2132   // when compiling code that isn't ObjC, skip these if the relevant ObjC
2133   // library functions aren't declared.
2134
2135   // Preliminary optimizations. This also computes UsedInThisFunction.
2136   OptimizeIndividualCalls(F);
2137
2138   // Optimizations for weak pointers.
2139   if (UsedInThisFunction & ((1 << unsigned(ARCInstKind::LoadWeak)) |
2140                             (1 << unsigned(ARCInstKind::LoadWeakRetained)) |
2141                             (1 << unsigned(ARCInstKind::StoreWeak)) |
2142                             (1 << unsigned(ARCInstKind::InitWeak)) |
2143                             (1 << unsigned(ARCInstKind::CopyWeak)) |
2144                             (1 << unsigned(ARCInstKind::MoveWeak)) |
2145                             (1 << unsigned(ARCInstKind::DestroyWeak))))
2146     OptimizeWeakCalls(F);
2147
2148   // Optimizations for retain+release pairs.
2149   if (UsedInThisFunction & ((1 << unsigned(ARCInstKind::Retain)) |
2150                             (1 << unsigned(ARCInstKind::RetainRV)) |
2151                             (1 << unsigned(ARCInstKind::RetainBlock))))
2152     if (UsedInThisFunction & (1 << unsigned(ARCInstKind::Release)))
2153       // Run OptimizeSequences until it either stops making changes or
2154       // no retain+release pair nesting is detected.
2155       while (OptimizeSequences(F)) {}
2156
2157   // Optimizations if objc_autorelease is used.
2158   if (UsedInThisFunction & ((1 << unsigned(ARCInstKind::Autorelease)) |
2159                             (1 << unsigned(ARCInstKind::AutoreleaseRV))))
2160     OptimizeReturns(F);
2161
2162   // Gather statistics after optimization.
2163 #ifndef NDEBUG
2164   if (AreStatisticsEnabled()) {
2165     GatherStatistics(F, true);
2166   }
2167 #endif
2168
2169   DEBUG(dbgs() << "\n");
2170
2171   return Changed;
2172 }
2173
2174 void ObjCARCOpt::releaseMemory() {
2175   PA.clear();
2176 }
2177
2178 /// @}
2179 ///