Extracted ObjCARC.cpp into its own library libLLVMObjCARCOpts in preparation for...
[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, pattern-matching and replacement of
17 /// low-level operations into higher-level operations, and numerous minor
18 /// simplifications.
19 ///
20 /// This file also defines a simple ARC-aware AliasAnalysis.
21 ///
22 /// WARNING: This file knows about certain library functions. It recognizes them
23 /// by name, and hardwires knowledge of their semantics.
24 ///
25 /// WARNING: This file knows about how certain Objective-C library functions are
26 /// used. Naive LLVM IR transformations which would otherwise be
27 /// behavior-preserving may break these assumptions.
28 ///
29 //===----------------------------------------------------------------------===//
30
31 #define DEBUG_TYPE "objc-arc"
32 #include "llvm/ADT/DenseMap.h"
33 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
34 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
35 #include "llvm/Support/Debug.h"
36 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
37 using namespace llvm;
38
39 /// \brief A handy option to enable/disable all optimizations in this file.
40 static cl::opt<bool> EnableARCOpts("enable-objc-arc-opts", cl::init(true));
41
42 /// \defgroup MiscUtils Miscellaneous utilities that are not ARC specific.
43 /// @{
44
45 namespace {
46   /// \brief An associative container with fast insertion-order (deterministic)
47   /// iteration over its elements. Plus the special blot operation.
48   template<class KeyT, class ValueT>
49   class MapVector {
50     /// Map keys to indices in Vector.
51     typedef DenseMap<KeyT, size_t> MapTy;
52     MapTy Map;
53
54     typedef std::vector<std::pair<KeyT, ValueT> > VectorTy;
55     /// Keys and values.
56     VectorTy Vector;
57
58   public:
59     typedef typename VectorTy::iterator iterator;
60     typedef typename VectorTy::const_iterator const_iterator;
61     iterator begin() { return Vector.begin(); }
62     iterator end() { return Vector.end(); }
63     const_iterator begin() const { return Vector.begin(); }
64     const_iterator end() const { return Vector.end(); }
65
66 #ifdef XDEBUG
67     ~MapVector() {
68       assert(Vector.size() >= Map.size()); // May differ due to blotting.
69       for (typename MapTy::const_iterator I = Map.begin(), E = Map.end();
70            I != E; ++I) {
71         assert(I->second < Vector.size());
72         assert(Vector[I->second].first == I->first);
73       }
74       for (typename VectorTy::const_iterator I = Vector.begin(),
75            E = Vector.end(); I != E; ++I)
76         assert(!I->first ||
77                (Map.count(I->first) &&
78                 Map[I->first] == size_t(I - Vector.begin())));
79     }
80 #endif
81
82     ValueT &operator[](const KeyT &Arg) {
83       std::pair<typename MapTy::iterator, bool> Pair =
84         Map.insert(std::make_pair(Arg, size_t(0)));
85       if (Pair.second) {
86         size_t Num = Vector.size();
87         Pair.first->second = Num;
88         Vector.push_back(std::make_pair(Arg, ValueT()));
89         return Vector[Num].second;
90       }
91       return Vector[Pair.first->second].second;
92     }
93
94     std::pair<iterator, bool>
95     insert(const std::pair<KeyT, ValueT> &InsertPair) {
96       std::pair<typename MapTy::iterator, bool> Pair =
97         Map.insert(std::make_pair(InsertPair.first, size_t(0)));
98       if (Pair.second) {
99         size_t Num = Vector.size();
100         Pair.first->second = Num;
101         Vector.push_back(InsertPair);
102         return std::make_pair(Vector.begin() + Num, true);
103       }
104       return std::make_pair(Vector.begin() + Pair.first->second, false);
105     }
106
107     const_iterator find(const KeyT &Key) const {
108       typename MapTy::const_iterator It = Map.find(Key);
109       if (It == Map.end()) return Vector.end();
110       return Vector.begin() + It->second;
111     }
112
113     /// This is similar to erase, but instead of removing the element from the
114     /// vector, it just zeros out the key in the vector. This leaves iterators
115     /// intact, but clients must be prepared for zeroed-out keys when iterating.
116     void blot(const KeyT &Key) {
117       typename MapTy::iterator It = Map.find(Key);
118       if (It == Map.end()) return;
119       Vector[It->second].first = KeyT();
120       Map.erase(It);
121     }
122
123     void clear() {
124       Map.clear();
125       Vector.clear();
126     }
127   };
128 }
129
130 /// @}
131 ///
132 /// \defgroup ARCUtilities Utility declarations/definitions specific to ARC.
133 /// @{
134
135 #include "llvm/ADT/StringSwitch.h"
136 #include "llvm/Analysis/ValueTracking.h"
137 #include "llvm/IR/Intrinsics.h"
138 #include "llvm/IR/Module.h"
139 #include "llvm/Support/CallSite.h"
140 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
141
142 namespace {
143   /// \enum InstructionClass
144   /// \brief A simple classification for instructions.
145   enum InstructionClass {
146     IC_Retain,              ///< objc_retain
147     IC_RetainRV,            ///< objc_retainAutoreleasedReturnValue
148     IC_RetainBlock,         ///< objc_retainBlock
149     IC_Release,             ///< objc_release
150     IC_Autorelease,         ///< objc_autorelease
151     IC_AutoreleaseRV,       ///< objc_autoreleaseReturnValue
152     IC_AutoreleasepoolPush, ///< objc_autoreleasePoolPush
153     IC_AutoreleasepoolPop,  ///< objc_autoreleasePoolPop
154     IC_NoopCast,            ///< objc_retainedObject, etc.
155     IC_FusedRetainAutorelease, ///< objc_retainAutorelease
156     IC_FusedRetainAutoreleaseRV, ///< objc_retainAutoreleaseReturnValue
157     IC_LoadWeakRetained,    ///< objc_loadWeakRetained (primitive)
158     IC_StoreWeak,           ///< objc_storeWeak (primitive)
159     IC_InitWeak,            ///< objc_initWeak (derived)
160     IC_LoadWeak,            ///< objc_loadWeak (derived)
161     IC_MoveWeak,            ///< objc_moveWeak (derived)
162     IC_CopyWeak,            ///< objc_copyWeak (derived)
163     IC_DestroyWeak,         ///< objc_destroyWeak (derived)
164     IC_StoreStrong,         ///< objc_storeStrong (derived)
165     IC_CallOrUser,          ///< could call objc_release and/or "use" pointers
166     IC_Call,                ///< could call objc_release
167     IC_User,                ///< could "use" a pointer
168     IC_None                 ///< anything else
169   };
170
171   raw_ostream &operator<<(raw_ostream &OS, const InstructionClass Class)
172      LLVM_ATTRIBUTE_USED;
173   raw_ostream &operator<<(raw_ostream &OS, const InstructionClass Class) {
174     switch (Class) {
175     case IC_Retain:
176       return OS << "IC_Retain";
177     case IC_RetainRV:
178       return OS << "IC_RetainRV";
179     case IC_RetainBlock:
180       return OS << "IC_RetainBlock";
181     case IC_Release:
182       return OS << "IC_Release";
183     case IC_Autorelease:
184       return OS << "IC_Autorelease";
185     case IC_AutoreleaseRV:
186       return OS << "IC_AutoreleaseRV";
187     case IC_AutoreleasepoolPush:
188       return OS << "IC_AutoreleasepoolPush";
189     case IC_AutoreleasepoolPop:
190       return OS << "IC_AutoreleasepoolPop";
191     case IC_NoopCast:
192       return OS << "IC_NoopCast";
193     case IC_FusedRetainAutorelease:
194       return OS << "IC_FusedRetainAutorelease";
195     case IC_FusedRetainAutoreleaseRV:
196       return OS << "IC_FusedRetainAutoreleaseRV";
197     case IC_LoadWeakRetained:
198       return OS << "IC_LoadWeakRetained";
199     case IC_StoreWeak:
200       return OS << "IC_StoreWeak";
201     case IC_InitWeak:
202       return OS << "IC_InitWeak";
203     case IC_LoadWeak:
204       return OS << "IC_LoadWeak";
205     case IC_MoveWeak:
206       return OS << "IC_MoveWeak";
207     case IC_CopyWeak:
208       return OS << "IC_CopyWeak";
209     case IC_DestroyWeak:
210       return OS << "IC_DestroyWeak";
211     case IC_StoreStrong:
212       return OS << "IC_StoreStrong";
213     case IC_CallOrUser:
214       return OS << "IC_CallOrUser";
215     case IC_Call:
216       return OS << "IC_Call";
217     case IC_User:
218       return OS << "IC_User";
219     case IC_None:
220       return OS << "IC_None";
221     }
222     llvm_unreachable("Unknown instruction class!");
223   }
224 }
225
226 /// \brief Test whether the given value is possible a retainable object pointer.
227 static bool IsPotentialRetainableObjPtr(const Value *Op) {
228   // Pointers to static or stack storage are not valid retainable object pointers.
229   if (isa<Constant>(Op) || isa<AllocaInst>(Op))
230     return false;
231   // Special arguments can not be a valid retainable object pointer.
232   if (const Argument *Arg = dyn_cast<Argument>(Op))
233     if (Arg->hasByValAttr() ||
234         Arg->hasNestAttr() ||
235         Arg->hasStructRetAttr())
236       return false;
237   // Only consider values with pointer types.
238   //
239   // It seemes intuitive to exclude function pointer types as well, since
240   // functions are never retainable object pointers, however clang occasionally
241   // bitcasts retainable object pointers to function-pointer type temporarily.
242   PointerType *Ty = dyn_cast<PointerType>(Op->getType());
243   if (!Ty)
244     return false;
245   // Conservatively assume anything else is a potential retainable object pointer.
246   return true;
247 }
248
249 /// \brief Helper for GetInstructionClass. Determines what kind of construct CS
250 /// is.
251 static InstructionClass GetCallSiteClass(ImmutableCallSite CS) {
252   for (ImmutableCallSite::arg_iterator I = CS.arg_begin(), E = CS.arg_end();
253        I != E; ++I)
254     if (IsPotentialRetainableObjPtr(*I))
255       return CS.onlyReadsMemory() ? IC_User : IC_CallOrUser;
256
257   return CS.onlyReadsMemory() ? IC_None : IC_Call;
258 }
259
260 /// \brief Determine if F is one of the special known Functions.  If it isn't,
261 /// return IC_CallOrUser.
262 static InstructionClass GetFunctionClass(const Function *F) {
263   Function::const_arg_iterator AI = F->arg_begin(), AE = F->arg_end();
264
265   // No arguments.
266   if (AI == AE)
267     return StringSwitch<InstructionClass>(F->getName())
268       .Case("objc_autoreleasePoolPush",  IC_AutoreleasepoolPush)
269       .Default(IC_CallOrUser);
270
271   // One argument.
272   const Argument *A0 = AI++;
273   if (AI == AE)
274     // Argument is a pointer.
275     if (PointerType *PTy = dyn_cast<PointerType>(A0->getType())) {
276       Type *ETy = PTy->getElementType();
277       // Argument is i8*.
278       if (ETy->isIntegerTy(8))
279         return StringSwitch<InstructionClass>(F->getName())
280           .Case("objc_retain",                IC_Retain)
281           .Case("objc_retainAutoreleasedReturnValue", IC_RetainRV)
282           .Case("objc_retainBlock",           IC_RetainBlock)
283           .Case("objc_release",               IC_Release)
284           .Case("objc_autorelease",           IC_Autorelease)
285           .Case("objc_autoreleaseReturnValue", IC_AutoreleaseRV)
286           .Case("objc_autoreleasePoolPop",    IC_AutoreleasepoolPop)
287           .Case("objc_retainedObject",        IC_NoopCast)
288           .Case("objc_unretainedObject",      IC_NoopCast)
289           .Case("objc_unretainedPointer",     IC_NoopCast)
290           .Case("objc_retain_autorelease",    IC_FusedRetainAutorelease)
291           .Case("objc_retainAutorelease",     IC_FusedRetainAutorelease)
292           .Case("objc_retainAutoreleaseReturnValue",IC_FusedRetainAutoreleaseRV)
293           .Default(IC_CallOrUser);
294
295       // Argument is i8**
296       if (PointerType *Pte = dyn_cast<PointerType>(ETy))
297         if (Pte->getElementType()->isIntegerTy(8))
298           return StringSwitch<InstructionClass>(F->getName())
299             .Case("objc_loadWeakRetained",      IC_LoadWeakRetained)
300             .Case("objc_loadWeak",              IC_LoadWeak)
301             .Case("objc_destroyWeak",           IC_DestroyWeak)
302             .Default(IC_CallOrUser);
303     }
304
305   // Two arguments, first is i8**.
306   const Argument *A1 = AI++;
307   if (AI == AE)
308     if (PointerType *PTy = dyn_cast<PointerType>(A0->getType()))
309       if (PointerType *Pte = dyn_cast<PointerType>(PTy->getElementType()))
310         if (Pte->getElementType()->isIntegerTy(8))
311           if (PointerType *PTy1 = dyn_cast<PointerType>(A1->getType())) {
312             Type *ETy1 = PTy1->getElementType();
313             // Second argument is i8*
314             if (ETy1->isIntegerTy(8))
315               return StringSwitch<InstructionClass>(F->getName())
316                      .Case("objc_storeWeak",             IC_StoreWeak)
317                      .Case("objc_initWeak",              IC_InitWeak)
318                      .Case("objc_storeStrong",           IC_StoreStrong)
319                      .Default(IC_CallOrUser);
320             // Second argument is i8**.
321             if (PointerType *Pte1 = dyn_cast<PointerType>(ETy1))
322               if (Pte1->getElementType()->isIntegerTy(8))
323                 return StringSwitch<InstructionClass>(F->getName())
324                        .Case("objc_moveWeak",              IC_MoveWeak)
325                        .Case("objc_copyWeak",              IC_CopyWeak)
326                        .Default(IC_CallOrUser);
327           }
328
329   // Anything else.
330   return IC_CallOrUser;
331 }
332
333 /// \brief Determine what kind of construct V is.
334 static InstructionClass GetInstructionClass(const Value *V) {
335   if (const Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V)) {
336     // Any instruction other than bitcast and gep with a pointer operand have a
337     // use of an objc pointer. Bitcasts, GEPs, Selects, PHIs transfer a pointer
338     // to a subsequent use, rather than using it themselves, in this sense.
339     // As a short cut, several other opcodes are known to have no pointer
340     // operands of interest. And ret is never followed by a release, so it's
341     // not interesting to examine.
342     switch (I->getOpcode()) {
343     case Instruction::Call: {
344       const CallInst *CI = cast<CallInst>(I);
345       // Check for calls to special functions.
346       if (const Function *F = CI->getCalledFunction()) {
347         InstructionClass Class = GetFunctionClass(F);
348         if (Class != IC_CallOrUser)
349           return Class;
350
351         // None of the intrinsic functions do objc_release. For intrinsics, the
352         // only question is whether or not they may be users.
353         switch (F->getIntrinsicID()) {
354         case Intrinsic::returnaddress: case Intrinsic::frameaddress:
355         case Intrinsic::stacksave: case Intrinsic::stackrestore:
356         case Intrinsic::vastart: case Intrinsic::vacopy: case Intrinsic::vaend:
357         case Intrinsic::objectsize: case Intrinsic::prefetch:
358         case Intrinsic::stackprotector:
359         case Intrinsic::eh_return_i32: case Intrinsic::eh_return_i64:
360         case Intrinsic::eh_typeid_for: case Intrinsic::eh_dwarf_cfa:
361         case Intrinsic::eh_sjlj_lsda: case Intrinsic::eh_sjlj_functioncontext:
362         case Intrinsic::init_trampoline: case Intrinsic::adjust_trampoline:
363         case Intrinsic::lifetime_start: case Intrinsic::lifetime_end:
364         case Intrinsic::invariant_start: case Intrinsic::invariant_end:
365         // Don't let dbg info affect our results.
366         case Intrinsic::dbg_declare: case Intrinsic::dbg_value:
367           // Short cut: Some intrinsics obviously don't use ObjC pointers.
368           return IC_None;
369         default:
370           break;
371         }
372       }
373       return GetCallSiteClass(CI);
374     }
375     case Instruction::Invoke:
376       return GetCallSiteClass(cast<InvokeInst>(I));
377     case Instruction::BitCast:
378     case Instruction::GetElementPtr:
379     case Instruction::Select: case Instruction::PHI:
380     case Instruction::Ret: case Instruction::Br:
381     case Instruction::Switch: case Instruction::IndirectBr:
382     case Instruction::Alloca: case Instruction::VAArg:
383     case Instruction::Add: case Instruction::FAdd:
384     case Instruction::Sub: case Instruction::FSub:
385     case Instruction::Mul: case Instruction::FMul:
386     case Instruction::SDiv: case Instruction::UDiv: case Instruction::FDiv:
387     case Instruction::SRem: case Instruction::URem: case Instruction::FRem:
388     case Instruction::Shl: case Instruction::LShr: case Instruction::AShr:
389     case Instruction::And: case Instruction::Or: case Instruction::Xor:
390     case Instruction::SExt: case Instruction::ZExt: case Instruction::Trunc:
391     case Instruction::IntToPtr: case Instruction::FCmp:
392     case Instruction::FPTrunc: case Instruction::FPExt:
393     case Instruction::FPToUI: case Instruction::FPToSI:
394     case Instruction::UIToFP: case Instruction::SIToFP:
395     case Instruction::InsertElement: case Instruction::ExtractElement:
396     case Instruction::ShuffleVector:
397     case Instruction::ExtractValue:
398       break;
399     case Instruction::ICmp:
400       // Comparing a pointer with null, or any other constant, isn't an
401       // interesting use, because we don't care what the pointer points to, or
402       // about the values of any other dynamic reference-counted pointers.
403       if (IsPotentialRetainableObjPtr(I->getOperand(1)))
404         return IC_User;
405       break;
406     default:
407       // For anything else, check all the operands.
408       // Note that this includes both operands of a Store: while the first
409       // operand isn't actually being dereferenced, it is being stored to
410       // memory where we can no longer track who might read it and dereference
411       // it, so we have to consider it potentially used.
412       for (User::const_op_iterator OI = I->op_begin(), OE = I->op_end();
413            OI != OE; ++OI)
414         if (IsPotentialRetainableObjPtr(*OI))
415           return IC_User;
416     }
417   }
418
419   // Otherwise, it's totally inert for ARC purposes.
420   return IC_None;
421 }
422
423 /// \brief Determine which objc runtime call instruction class V belongs to.
424 ///
425 /// This is similar to GetInstructionClass except that it only detects objc
426 /// runtime calls. This allows it to be faster.
427 ///
428 static InstructionClass GetBasicInstructionClass(const Value *V) {
429   if (const CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(V)) {
430     if (const Function *F = CI->getCalledFunction())
431       return GetFunctionClass(F);
432     // Otherwise, be conservative.
433     return IC_CallOrUser;
434   }
435
436   // Otherwise, be conservative.
437   return isa<InvokeInst>(V) ? IC_CallOrUser : IC_User;
438 }
439
440 /// \brief Test if the given class is objc_retain or equivalent.
441 static bool IsRetain(InstructionClass Class) {
442   return Class == IC_Retain ||
443          Class == IC_RetainRV;
444 }
445
446 /// \brief Test if the given class is objc_autorelease or equivalent.
447 static bool IsAutorelease(InstructionClass Class) {
448   return Class == IC_Autorelease ||
449          Class == IC_AutoreleaseRV;
450 }
451
452 /// \brief Test if the given class represents instructions which return their
453 /// argument verbatim.
454 static bool IsForwarding(InstructionClass Class) {
455   // objc_retainBlock technically doesn't always return its argument
456   // verbatim, but it doesn't matter for our purposes here.
457   return Class == IC_Retain ||
458          Class == IC_RetainRV ||
459          Class == IC_Autorelease ||
460          Class == IC_AutoreleaseRV ||
461          Class == IC_RetainBlock ||
462          Class == IC_NoopCast;
463 }
464
465 /// \brief Test if the given class represents instructions which do nothing if
466 /// passed a null pointer.
467 static bool IsNoopOnNull(InstructionClass Class) {
468   return Class == IC_Retain ||
469          Class == IC_RetainRV ||
470          Class == IC_Release ||
471          Class == IC_Autorelease ||
472          Class == IC_AutoreleaseRV ||
473          Class == IC_RetainBlock;
474 }
475
476 /// \brief Test if the given class represents instructions which are always safe
477 /// to mark with the "tail" keyword.
478 static bool IsAlwaysTail(InstructionClass Class) {
479   // IC_RetainBlock may be given a stack argument.
480   return Class == IC_Retain ||
481          Class == IC_RetainRV ||
482          Class == IC_AutoreleaseRV;
483 }
484
485 /// \brief Test if the given class represents instructions which are never safe
486 /// to mark with the "tail" keyword.
487 static bool IsNeverTail(InstructionClass Class) {
488   /// It is never safe to tail call objc_autorelease since by tail calling
489   /// objc_autorelease, we also tail call -[NSObject autorelease] which supports
490   /// fast autoreleasing causing our object to be potentially reclaimed from the
491   /// autorelease pool which violates the semantics of __autoreleasing types in
492   /// ARC.
493   return Class == IC_Autorelease;
494 }
495
496 /// \brief Test if the given class represents instructions which are always safe
497 /// to mark with the nounwind attribute.
498 static bool IsNoThrow(InstructionClass Class) {
499   // objc_retainBlock is not nounwind because it calls user copy constructors
500   // which could theoretically throw.
501   return Class == IC_Retain ||
502          Class == IC_RetainRV ||
503          Class == IC_Release ||
504          Class == IC_Autorelease ||
505          Class == IC_AutoreleaseRV ||
506          Class == IC_AutoreleasepoolPush ||
507          Class == IC_AutoreleasepoolPop;
508 }
509
510 /// \brief Erase the given instruction.
511 ///
512 /// Many ObjC calls return their argument verbatim,
513 /// so if it's such a call and the return value has users, replace them with the
514 /// argument value.
515 ///
516 static void EraseInstruction(Instruction *CI) {
517   Value *OldArg = cast<CallInst>(CI)->getArgOperand(0);
518
519   bool Unused = CI->use_empty();
520
521   if (!Unused) {
522     // Replace the return value with the argument.
523     assert(IsForwarding(GetBasicInstructionClass(CI)) &&
524            "Can't delete non-forwarding instruction with users!");
525     CI->replaceAllUsesWith(OldArg);
526   }
527
528   CI->eraseFromParent();
529
530   if (Unused)
531     RecursivelyDeleteTriviallyDeadInstructions(OldArg);
532 }
533
534 /// \brief This is a wrapper around getUnderlyingObject which also knows how to
535 /// look through objc_retain and objc_autorelease calls, which we know to return
536 /// their argument verbatim.
537 static const Value *GetUnderlyingObjCPtr(const Value *V) {
538   for (;;) {
539     V = GetUnderlyingObject(V);
540     if (!IsForwarding(GetBasicInstructionClass(V)))
541       break;
542     V = cast<CallInst>(V)->getArgOperand(0);
543   }
544
545   return V;
546 }
547
548 /// \brief This is a wrapper around Value::stripPointerCasts which also knows
549 /// how to look through objc_retain and objc_autorelease calls, which we know to
550 /// return their argument verbatim.
551 static const Value *StripPointerCastsAndObjCCalls(const Value *V) {
552   for (;;) {
553     V = V->stripPointerCasts();
554     if (!IsForwarding(GetBasicInstructionClass(V)))
555       break;
556     V = cast<CallInst>(V)->getArgOperand(0);
557   }
558   return V;
559 }
560
561 /// \brief This is a wrapper around Value::stripPointerCasts which also knows
562 /// how to look through objc_retain and objc_autorelease calls, which we know to
563 /// return their argument verbatim.
564 static Value *StripPointerCastsAndObjCCalls(Value *V) {
565   for (;;) {
566     V = V->stripPointerCasts();
567     if (!IsForwarding(GetBasicInstructionClass(V)))
568       break;
569     V = cast<CallInst>(V)->getArgOperand(0);
570   }
571   return V;
572 }
573
574 /// \brief Assuming the given instruction is one of the special calls such as
575 /// objc_retain or objc_release, return the argument value, stripped of no-op
576 /// casts and forwarding calls.
577 static Value *GetObjCArg(Value *Inst) {
578   return StripPointerCastsAndObjCCalls(cast<CallInst>(Inst)->getArgOperand(0));
579 }
580
581 /// \brief Return true if this value refers to a distinct and identifiable
582 /// object.
583 ///
584 /// This is similar to AliasAnalysis's isIdentifiedObject, except that it uses
585 /// special knowledge of ObjC conventions.
586 static bool IsObjCIdentifiedObject(const Value *V) {
587   // Assume that call results and arguments have their own "provenance".
588   // Constants (including GlobalVariables) and Allocas are never
589   // reference-counted.
590   if (isa<CallInst>(V) || isa<InvokeInst>(V) ||
591       isa<Argument>(V) || isa<Constant>(V) ||
592       isa<AllocaInst>(V))
593     return true;
594
595   if (const LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(V)) {
596     const Value *Pointer =
597       StripPointerCastsAndObjCCalls(LI->getPointerOperand());
598     if (const GlobalVariable *GV = dyn_cast<GlobalVariable>(Pointer)) {
599       // A constant pointer can't be pointing to an object on the heap. It may
600       // be reference-counted, but it won't be deleted.
601       if (GV->isConstant())
602         return true;
603       StringRef Name = GV->getName();
604       // These special variables are known to hold values which are not
605       // reference-counted pointers.
606       if (Name.startswith("\01L_OBJC_SELECTOR_REFERENCES_") ||
607           Name.startswith("\01L_OBJC_CLASSLIST_REFERENCES_") ||
608           Name.startswith("\01L_OBJC_CLASSLIST_SUP_REFS_$_") ||
609           Name.startswith("\01L_OBJC_METH_VAR_NAME_") ||
610           Name.startswith("\01l_objc_msgSend_fixup_"))
611         return true;
612     }
613   }
614
615   return false;
616 }
617
618 /// \brief This is similar to StripPointerCastsAndObjCCalls but it stops as soon
619 /// as it finds a value with multiple uses.
620 static const Value *FindSingleUseIdentifiedObject(const Value *Arg) {
621   if (Arg->hasOneUse()) {
622     if (const BitCastInst *BC = dyn_cast<BitCastInst>(Arg))
623       return FindSingleUseIdentifiedObject(BC->getOperand(0));
624     if (const GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(Arg))
625       if (GEP->hasAllZeroIndices())
626         return FindSingleUseIdentifiedObject(GEP->getPointerOperand());
627     if (IsForwarding(GetBasicInstructionClass(Arg)))
628       return FindSingleUseIdentifiedObject(
629                cast<CallInst>(Arg)->getArgOperand(0));
630     if (!IsObjCIdentifiedObject(Arg))
631       return 0;
632     return Arg;
633   }
634
635   // If we found an identifiable object but it has multiple uses, but they are
636   // trivial uses, we can still consider this to be a single-use value.
637   if (IsObjCIdentifiedObject(Arg)) {
638     for (Value::const_use_iterator UI = Arg->use_begin(), UE = Arg->use_end();
639          UI != UE; ++UI) {
640       const User *U = *UI;
641       if (!U->use_empty() || StripPointerCastsAndObjCCalls(U) != Arg)
642          return 0;
643     }
644
645     return Arg;
646   }
647
648   return 0;
649 }
650
651 /// \brief Test if the given module looks interesting to run ARC optimization
652 /// on.
653 static bool ModuleHasARC(const Module &M) {
654   return
655     M.getNamedValue("objc_retain") ||
656     M.getNamedValue("objc_release") ||
657     M.getNamedValue("objc_autorelease") ||
658     M.getNamedValue("objc_retainAutoreleasedReturnValue") ||
659     M.getNamedValue("objc_retainBlock") ||
660     M.getNamedValue("objc_autoreleaseReturnValue") ||
661     M.getNamedValue("objc_autoreleasePoolPush") ||
662     M.getNamedValue("objc_loadWeakRetained") ||
663     M.getNamedValue("objc_loadWeak") ||
664     M.getNamedValue("objc_destroyWeak") ||
665     M.getNamedValue("objc_storeWeak") ||
666     M.getNamedValue("objc_initWeak") ||
667     M.getNamedValue("objc_moveWeak") ||
668     M.getNamedValue("objc_copyWeak") ||
669     M.getNamedValue("objc_retainedObject") ||
670     M.getNamedValue("objc_unretainedObject") ||
671     M.getNamedValue("objc_unretainedPointer");
672 }
673
674 /// \brief Test whether the given pointer, which is an Objective C block
675 /// pointer, does not "escape".
676 ///
677 /// This differs from regular escape analysis in that a use as an
678 /// argument to a call is not considered an escape.
679 ///
680 static bool DoesObjCBlockEscape(const Value *BlockPtr) {
681
682   DEBUG(dbgs() << "DoesObjCBlockEscape: Target: " << *BlockPtr << "\n");
683
684   // Walk the def-use chains.
685   SmallVector<const Value *, 4> Worklist;
686   Worklist.push_back(BlockPtr);
687
688   // Ensure we do not visit any value twice.
689   SmallPtrSet<const Value *, 4> VisitedSet;
690
691   do {
692     const Value *V = Worklist.pop_back_val();
693
694     DEBUG(dbgs() << "DoesObjCBlockEscape: Visiting: " << *V << "\n");
695
696     for (Value::const_use_iterator UI = V->use_begin(), UE = V->use_end();
697          UI != UE; ++UI) {
698       const User *UUser = *UI;
699
700       DEBUG(dbgs() << "DoesObjCBlockEscape: User: " << *UUser << "\n");
701
702       // Special - Use by a call (callee or argument) is not considered
703       // to be an escape.
704       switch (GetBasicInstructionClass(UUser)) {
705       case IC_StoreWeak:
706       case IC_InitWeak:
707       case IC_StoreStrong:
708       case IC_Autorelease:
709       case IC_AutoreleaseRV: {
710         DEBUG(dbgs() << "DoesObjCBlockEscape: User copies pointer arguments. "
711                         "Block Escapes!\n");
712         // These special functions make copies of their pointer arguments.
713         return true;
714       }
715       case IC_User:
716       case IC_None:
717         // Use by an instruction which copies the value is an escape if the
718         // result is an escape.
719         if (isa<BitCastInst>(UUser) || isa<GetElementPtrInst>(UUser) ||
720             isa<PHINode>(UUser) || isa<SelectInst>(UUser)) {
721
722           if (!VisitedSet.insert(UUser)) {
723             DEBUG(dbgs() << "DoesObjCBlockEscape: User copies value. Escapes "
724                             "if result escapes. Adding to list.\n");
725             Worklist.push_back(UUser);
726           } else {
727             DEBUG(dbgs() << "DoesObjCBlockEscape: Already visited node.\n");
728           }
729           continue;
730         }
731         // Use by a load is not an escape.
732         if (isa<LoadInst>(UUser))
733           continue;
734         // Use by a store is not an escape if the use is the address.
735         if (const StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(UUser))
736           if (V != SI->getValueOperand())
737             continue;
738         break;
739       default:
740         // Regular calls and other stuff are not considered escapes.
741         continue;
742       }
743       // Otherwise, conservatively assume an escape.
744       DEBUG(dbgs() << "DoesObjCBlockEscape: Assuming block escapes.\n");
745       return true;
746     }
747   } while (!Worklist.empty());
748
749   // No escapes found.
750   DEBUG(dbgs() << "DoesObjCBlockEscape: Block does not escape.\n");
751   return false;
752 }
753
754 /// @}
755 ///
756 /// \defgroup ARCAA Extends alias analysis using ObjC specific knowledge.
757 /// @{
758
759 #include "llvm/Analysis/AliasAnalysis.h"
760 #include "llvm/Analysis/Passes.h"
761 #include "llvm/Pass.h"
762
763 namespace {
764   /// \brief This is a simple alias analysis implementation that uses knowledge
765   /// of ARC constructs to answer queries.
766   ///
767   /// TODO: This class could be generalized to know about other ObjC-specific
768   /// tricks. Such as knowing that ivars in the non-fragile ABI are non-aliasing
769   /// even though their offsets are dynamic.
770   class ObjCARCAliasAnalysis : public ImmutablePass,
771                                public AliasAnalysis {
772   public:
773     static char ID; // Class identification, replacement for typeinfo
774     ObjCARCAliasAnalysis() : ImmutablePass(ID) {
775       initializeObjCARCAliasAnalysisPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
776     }
777
778   private:
779     virtual void initializePass() {
780       InitializeAliasAnalysis(this);
781     }
782
783     /// This method is used when a pass implements an analysis interface through
784     /// multiple inheritance.  If needed, it should override this to adjust the
785     /// this pointer as needed for the specified pass info.
786     virtual void *getAdjustedAnalysisPointer(const void *PI) {
787       if (PI == &AliasAnalysis::ID)
788         return static_cast<AliasAnalysis *>(this);
789       return this;
790     }
791
792     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const;
793     virtual AliasResult alias(const Location &LocA, const Location &LocB);
794     virtual bool pointsToConstantMemory(const Location &Loc, bool OrLocal);
795     virtual ModRefBehavior getModRefBehavior(ImmutableCallSite CS);
796     virtual ModRefBehavior getModRefBehavior(const Function *F);
797     virtual ModRefResult getModRefInfo(ImmutableCallSite CS,
798                                        const Location &Loc);
799     virtual ModRefResult getModRefInfo(ImmutableCallSite CS1,
800                                        ImmutableCallSite CS2);
801   };
802 }  // End of anonymous namespace
803
804 // Register this pass...
805 char ObjCARCAliasAnalysis::ID = 0;
806 INITIALIZE_AG_PASS(ObjCARCAliasAnalysis, AliasAnalysis, "objc-arc-aa",
807                    "ObjC-ARC-Based Alias Analysis", false, true, false)
808
809 ImmutablePass *llvm::createObjCARCAliasAnalysisPass() {
810   return new ObjCARCAliasAnalysis();
811 }
812
813 void
814 ObjCARCAliasAnalysis::getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
815   AU.setPreservesAll();
816   AliasAnalysis::getAnalysisUsage(AU);
817 }
818
819 AliasAnalysis::AliasResult
820 ObjCARCAliasAnalysis::alias(const Location &LocA, const Location &LocB) {
821   if (!EnableARCOpts)
822     return AliasAnalysis::alias(LocA, LocB);
823
824   // First, strip off no-ops, including ObjC-specific no-ops, and try making a
825   // precise alias query.
826   const Value *SA = StripPointerCastsAndObjCCalls(LocA.Ptr);
827   const Value *SB = StripPointerCastsAndObjCCalls(LocB.Ptr);
828   AliasResult Result =
829     AliasAnalysis::alias(Location(SA, LocA.Size, LocA.TBAATag),
830                          Location(SB, LocB.Size, LocB.TBAATag));
831   if (Result != MayAlias)
832     return Result;
833
834   // If that failed, climb to the underlying object, including climbing through
835   // ObjC-specific no-ops, and try making an imprecise alias query.
836   const Value *UA = GetUnderlyingObjCPtr(SA);
837   const Value *UB = GetUnderlyingObjCPtr(SB);
838   if (UA != SA || UB != SB) {
839     Result = AliasAnalysis::alias(Location(UA), Location(UB));
840     // We can't use MustAlias or PartialAlias results here because
841     // GetUnderlyingObjCPtr may return an offsetted pointer value.
842     if (Result == NoAlias)
843       return NoAlias;
844   }
845
846   // If that failed, fail. We don't need to chain here, since that's covered
847   // by the earlier precise query.
848   return MayAlias;
849 }
850
851 bool
852 ObjCARCAliasAnalysis::pointsToConstantMemory(const Location &Loc,
853                                              bool OrLocal) {
854   if (!EnableARCOpts)
855     return AliasAnalysis::pointsToConstantMemory(Loc, OrLocal);
856
857   // First, strip off no-ops, including ObjC-specific no-ops, and try making
858   // a precise alias query.
859   const Value *S = StripPointerCastsAndObjCCalls(Loc.Ptr);
860   if (AliasAnalysis::pointsToConstantMemory(Location(S, Loc.Size, Loc.TBAATag),
861                                             OrLocal))
862     return true;
863
864   // If that failed, climb to the underlying object, including climbing through
865   // ObjC-specific no-ops, and try making an imprecise alias query.
866   const Value *U = GetUnderlyingObjCPtr(S);
867   if (U != S)
868     return AliasAnalysis::pointsToConstantMemory(Location(U), OrLocal);
869
870   // If that failed, fail. We don't need to chain here, since that's covered
871   // by the earlier precise query.
872   return false;
873 }
874
875 AliasAnalysis::ModRefBehavior
876 ObjCARCAliasAnalysis::getModRefBehavior(ImmutableCallSite CS) {
877   // We have nothing to do. Just chain to the next AliasAnalysis.
878   return AliasAnalysis::getModRefBehavior(CS);
879 }
880
881 AliasAnalysis::ModRefBehavior
882 ObjCARCAliasAnalysis::getModRefBehavior(const Function *F) {
883   if (!EnableARCOpts)
884     return AliasAnalysis::getModRefBehavior(F);
885
886   switch (GetFunctionClass(F)) {
887   case IC_NoopCast:
888     return DoesNotAccessMemory;
889   default:
890     break;
891   }
892
893   return AliasAnalysis::getModRefBehavior(F);
894 }
895
896 AliasAnalysis::ModRefResult
897 ObjCARCAliasAnalysis::getModRefInfo(ImmutableCallSite CS, const Location &Loc) {
898   if (!EnableARCOpts)
899     return AliasAnalysis::getModRefInfo(CS, Loc);
900
901   switch (GetBasicInstructionClass(CS.getInstruction())) {
902   case IC_Retain:
903   case IC_RetainRV:
904   case IC_Autorelease:
905   case IC_AutoreleaseRV:
906   case IC_NoopCast:
907   case IC_AutoreleasepoolPush:
908   case IC_FusedRetainAutorelease:
909   case IC_FusedRetainAutoreleaseRV:
910     // These functions don't access any memory visible to the compiler.
911     // Note that this doesn't include objc_retainBlock, because it updates
912     // pointers when it copies block data.
913     return NoModRef;
914   default:
915     break;
916   }
917
918   return AliasAnalysis::getModRefInfo(CS, Loc);
919 }
920
921 AliasAnalysis::ModRefResult
922 ObjCARCAliasAnalysis::getModRefInfo(ImmutableCallSite CS1,
923                                     ImmutableCallSite CS2) {
924   // TODO: Theoretically we could check for dependencies between objc_* calls
925   // and OnlyAccessesArgumentPointees calls or other well-behaved calls.
926   return AliasAnalysis::getModRefInfo(CS1, CS2);
927 }
928
929 /// @}
930 ///
931 /// \defgroup ARCExpansion Early ARC Optimizations.
932 /// @{
933
934 #include "llvm/Support/InstIterator.h"
935 #include "llvm/Transforms/ObjCARC.h"
936
937 namespace {
938   /// \brief Early ARC transformations.
939   class ObjCARCExpand : public FunctionPass {
940     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const;
941     virtual bool doInitialization(Module &M);
942     virtual bool runOnFunction(Function &F);
943
944     /// A flag indicating whether this optimization pass should run.
945     bool Run;
946
947   public:
948     static char ID;
949     ObjCARCExpand() : FunctionPass(ID) {
950       initializeObjCARCExpandPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
951     }
952   };
953 }
954
955 char ObjCARCExpand::ID = 0;
956 INITIALIZE_PASS(ObjCARCExpand,
957                 "objc-arc-expand", "ObjC ARC expansion", false, false)
958
959 Pass *llvm::createObjCARCExpandPass() {
960   return new ObjCARCExpand();
961 }
962
963 void ObjCARCExpand::getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
964   AU.setPreservesCFG();
965 }
966
967 bool ObjCARCExpand::doInitialization(Module &M) {
968   Run = ModuleHasARC(M);
969   return false;
970 }
971
972 bool ObjCARCExpand::runOnFunction(Function &F) {
973   if (!EnableARCOpts)
974     return false;
975
976   // If nothing in the Module uses ARC, don't do anything.
977   if (!Run)
978     return false;
979
980   bool Changed = false;
981
982   DEBUG(dbgs() << "ObjCARCExpand: Visiting Function: " << F.getName() << "\n");
983
984   for (inst_iterator I = inst_begin(&F), E = inst_end(&F); I != E; ++I) {
985     Instruction *Inst = &*I;
986
987     DEBUG(dbgs() << "ObjCARCExpand: Visiting: " << *Inst << "\n");
988
989     switch (GetBasicInstructionClass(Inst)) {
990     case IC_Retain:
991     case IC_RetainRV:
992     case IC_Autorelease:
993     case IC_AutoreleaseRV:
994     case IC_FusedRetainAutorelease:
995     case IC_FusedRetainAutoreleaseRV: {
996       // These calls return their argument verbatim, as a low-level
997       // optimization. However, this makes high-level optimizations
998       // harder. Undo any uses of this optimization that the front-end
999       // emitted here. We'll redo them in the contract pass.
1000       Changed = true;
1001       Value *Value = cast<CallInst>(Inst)->getArgOperand(0);
1002       DEBUG(dbgs() << "ObjCARCExpand: Old = " << *Inst << "\n"
1003                       "               New = " << *Value << "\n");
1004       Inst->replaceAllUsesWith(Value);
1005       break;
1006     }
1007     default:
1008       break;
1009     }
1010   }
1011
1012   DEBUG(dbgs() << "ObjCARCExpand: Finished List.\n\n");
1013
1014   return Changed;
1015 }
1016
1017 /// @}
1018 ///
1019 /// \defgroup ARCAPElim ARC Autorelease Pool Elimination.
1020 /// @{
1021
1022 #include "llvm/ADT/STLExtras.h"
1023 #include "llvm/IR/Constants.h"
1024
1025 namespace {
1026   /// \brief Autorelease pool elimination.
1027   class ObjCARCAPElim : public ModulePass {
1028     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const;
1029     virtual bool runOnModule(Module &M);
1030
1031     static bool MayAutorelease(ImmutableCallSite CS, unsigned Depth = 0);
1032     static bool OptimizeBB(BasicBlock *BB);
1033
1034   public:
1035     static char ID;
1036     ObjCARCAPElim() : ModulePass(ID) {
1037       initializeObjCARCAPElimPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
1038     }
1039   };
1040 }
1041
1042 char ObjCARCAPElim::ID = 0;
1043 INITIALIZE_PASS(ObjCARCAPElim,
1044                 "objc-arc-apelim",
1045                 "ObjC ARC autorelease pool elimination",
1046                 false, false)
1047
1048 Pass *llvm::createObjCARCAPElimPass() {
1049   return new ObjCARCAPElim();
1050 }
1051
1052 void ObjCARCAPElim::getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
1053   AU.setPreservesCFG();
1054 }
1055
1056 /// Interprocedurally determine if calls made by the given call site can
1057 /// possibly produce autoreleases.
1058 bool ObjCARCAPElim::MayAutorelease(ImmutableCallSite CS, unsigned Depth) {
1059   if (const Function *Callee = CS.getCalledFunction()) {
1060     if (Callee->isDeclaration() || Callee->mayBeOverridden())
1061       return true;
1062     for (Function::const_iterator I = Callee->begin(), E = Callee->end();
1063          I != E; ++I) {
1064       const BasicBlock *BB = I;
1065       for (BasicBlock::const_iterator J = BB->begin(), F = BB->end();
1066            J != F; ++J)
1067         if (ImmutableCallSite JCS = ImmutableCallSite(J))
1068           // This recursion depth limit is arbitrary. It's just great
1069           // enough to cover known interesting testcases.
1070           if (Depth < 3 &&
1071               !JCS.onlyReadsMemory() &&
1072               MayAutorelease(JCS, Depth + 1))
1073             return true;
1074     }
1075     return false;
1076   }
1077
1078   return true;
1079 }
1080
1081 bool ObjCARCAPElim::OptimizeBB(BasicBlock *BB) {
1082   bool Changed = false;
1083
1084   Instruction *Push = 0;
1085   for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(), E = BB->end(); I != E; ) {
1086     Instruction *Inst = I++;
1087     switch (GetBasicInstructionClass(Inst)) {
1088     case IC_AutoreleasepoolPush:
1089       Push = Inst;
1090       break;
1091     case IC_AutoreleasepoolPop:
1092       // If this pop matches a push and nothing in between can autorelease,
1093       // zap the pair.
1094       if (Push && cast<CallInst>(Inst)->getArgOperand(0) == Push) {
1095         Changed = true;
1096         DEBUG(dbgs() << "ObjCARCAPElim::OptimizeBB: Zapping push pop "
1097                         "autorelease pair:\n"
1098                         "                           Pop: " << *Inst << "\n"
1099                      << "                           Push: " << *Push << "\n");
1100         Inst->eraseFromParent();
1101         Push->eraseFromParent();
1102       }
1103       Push = 0;
1104       break;
1105     case IC_CallOrUser:
1106       if (MayAutorelease(ImmutableCallSite(Inst)))
1107         Push = 0;
1108       break;
1109     default:
1110       break;
1111     }
1112   }
1113
1114   return Changed;
1115 }
1116
1117 bool ObjCARCAPElim::runOnModule(Module &M) {
1118   if (!EnableARCOpts)
1119     return false;
1120
1121   // If nothing in the Module uses ARC, don't do anything.
1122   if (!ModuleHasARC(M))
1123     return false;
1124
1125   // Find the llvm.global_ctors variable, as the first step in
1126   // identifying the global constructors. In theory, unnecessary autorelease
1127   // pools could occur anywhere, but in practice it's pretty rare. Global
1128   // ctors are a place where autorelease pools get inserted automatically,
1129   // so it's pretty common for them to be unnecessary, and it's pretty
1130   // profitable to eliminate them.
1131   GlobalVariable *GV = M.getGlobalVariable("llvm.global_ctors");
1132   if (!GV)
1133     return false;
1134
1135   assert(GV->hasDefinitiveInitializer() &&
1136          "llvm.global_ctors is uncooperative!");
1137
1138   bool Changed = false;
1139
1140   // Dig the constructor functions out of GV's initializer.
1141   ConstantArray *Init = cast<ConstantArray>(GV->getInitializer());
1142   for (User::op_iterator OI = Init->op_begin(), OE = Init->op_end();
1143        OI != OE; ++OI) {
1144     Value *Op = *OI;
1145     // llvm.global_ctors is an array of pairs where the second members
1146     // are constructor functions.
1147     Function *F = dyn_cast<Function>(cast<ConstantStruct>(Op)->getOperand(1));
1148     // If the user used a constructor function with the wrong signature and
1149     // it got bitcasted or whatever, look the other way.
1150     if (!F)
1151       continue;
1152     // Only look at function definitions.
1153     if (F->isDeclaration())
1154       continue;
1155     // Only look at functions with one basic block.
1156     if (llvm::next(F->begin()) != F->end())
1157       continue;
1158     // Ok, a single-block constructor function definition. Try to optimize it.
1159     Changed |= OptimizeBB(F->begin());
1160   }
1161
1162   return Changed;
1163 }
1164
1165 /// @}
1166 ///
1167 /// \defgroup ARCOpt ARC Optimization.
1168 /// @{
1169
1170 // TODO: On code like this:
1171 //
1172 // objc_retain(%x)
1173 // stuff_that_cannot_release()
1174 // objc_autorelease(%x)
1175 // stuff_that_cannot_release()
1176 // objc_retain(%x)
1177 // stuff_that_cannot_release()
1178 // objc_autorelease(%x)
1179 //
1180 // The second retain and autorelease can be deleted.
1181
1182 // TODO: It should be possible to delete
1183 // objc_autoreleasePoolPush and objc_autoreleasePoolPop
1184 // pairs if nothing is actually autoreleased between them. Also, autorelease
1185 // calls followed by objc_autoreleasePoolPop calls (perhaps in ObjC++ code
1186 // after inlining) can be turned into plain release calls.
1187
1188 // TODO: Critical-edge splitting. If the optimial insertion point is
1189 // a critical edge, the current algorithm has to fail, because it doesn't
1190 // know how to split edges. It should be possible to make the optimizer
1191 // think in terms of edges, rather than blocks, and then split critical
1192 // edges on demand.
1193
1194 // TODO: OptimizeSequences could generalized to be Interprocedural.
1195
1196 // TODO: Recognize that a bunch of other objc runtime calls have
1197 // non-escaping arguments and non-releasing arguments, and may be
1198 // non-autoreleasing.
1199
1200 // TODO: Sink autorelease calls as far as possible. Unfortunately we
1201 // usually can't sink them past other calls, which would be the main
1202 // case where it would be useful.
1203
1204 // TODO: The pointer returned from objc_loadWeakRetained is retained.
1205
1206 // TODO: Delete release+retain pairs (rare).
1207
1208 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
1209 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
1210 #include "llvm/IR/LLVMContext.h"
1211 #include "llvm/Support/CFG.h"
1212
1213 STATISTIC(NumNoops,       "Number of no-op objc calls eliminated");
1214 STATISTIC(NumPartialNoops, "Number of partially no-op objc calls eliminated");
1215 STATISTIC(NumAutoreleases,"Number of autoreleases converted to releases");
1216 STATISTIC(NumRets,        "Number of return value forwarding "
1217                           "retain+autoreleaes eliminated");
1218 STATISTIC(NumRRs,         "Number of retain+release paths eliminated");
1219 STATISTIC(NumPeeps,       "Number of calls peephole-optimized");
1220
1221 namespace {
1222   /// \brief This is similar to BasicAliasAnalysis, and it uses many of the same
1223   /// techniques, except it uses special ObjC-specific reasoning about pointer
1224   /// relationships.
1225   ///
1226   /// In this context ``Provenance'' is defined as the history of an object's
1227   /// ownership. Thus ``Provenance Analysis'' is defined by using the notion of
1228   /// an ``independent provenance source'' of a pointer to determine whether or
1229   /// not two pointers have the same provenance source and thus could
1230   /// potentially be related.
1231   class ProvenanceAnalysis {
1232     AliasAnalysis *AA;
1233
1234     typedef std::pair<const Value *, const Value *> ValuePairTy;
1235     typedef DenseMap<ValuePairTy, bool> CachedResultsTy;
1236     CachedResultsTy CachedResults;
1237
1238     bool relatedCheck(const Value *A, const Value *B);
1239     bool relatedSelect(const SelectInst *A, const Value *B);
1240     bool relatedPHI(const PHINode *A, const Value *B);
1241
1242     void operator=(const ProvenanceAnalysis &) LLVM_DELETED_FUNCTION;
1243     ProvenanceAnalysis(const ProvenanceAnalysis &) LLVM_DELETED_FUNCTION;
1244
1245   public:
1246     ProvenanceAnalysis() {}
1247
1248     void setAA(AliasAnalysis *aa) { AA = aa; }
1249
1250     AliasAnalysis *getAA() const { return AA; }
1251
1252     bool related(const Value *A, const Value *B);
1253
1254     void clear() {
1255       CachedResults.clear();
1256     }
1257   };
1258 }
1259
1260 bool ProvenanceAnalysis::relatedSelect(const SelectInst *A, const Value *B) {
1261   // If the values are Selects with the same condition, we can do a more precise
1262   // check: just check for relations between the values on corresponding arms.
1263   if (const SelectInst *SB = dyn_cast<SelectInst>(B))
1264     if (A->getCondition() == SB->getCondition())
1265       return related(A->getTrueValue(), SB->getTrueValue()) ||
1266              related(A->getFalseValue(), SB->getFalseValue());
1267
1268   // Check both arms of the Select node individually.
1269   return related(A->getTrueValue(), B) ||
1270          related(A->getFalseValue(), B);
1271 }
1272
1273 bool ProvenanceAnalysis::relatedPHI(const PHINode *A, const Value *B) {
1274   // If the values are PHIs in the same block, we can do a more precise as well
1275   // as efficient check: just check for relations between the values on
1276   // corresponding edges.
1277   if (const PHINode *PNB = dyn_cast<PHINode>(B))
1278     if (PNB->getParent() == A->getParent()) {
1279       for (unsigned i = 0, e = A->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
1280         if (related(A->getIncomingValue(i),
1281                     PNB->getIncomingValueForBlock(A->getIncomingBlock(i))))
1282           return true;
1283       return false;
1284     }
1285
1286   // Check each unique source of the PHI node against B.
1287   SmallPtrSet<const Value *, 4> UniqueSrc;
1288   for (unsigned i = 0, e = A->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
1289     const Value *PV1 = A->getIncomingValue(i);
1290     if (UniqueSrc.insert(PV1) && related(PV1, B))
1291       return true;
1292   }
1293
1294   // All of the arms checked out.
1295   return false;
1296 }
1297
1298 /// Test if the value of P, or any value covered by its provenance, is ever
1299 /// stored within the function (not counting callees).
1300 static bool isStoredObjCPointer(const Value *P) {
1301   SmallPtrSet<const Value *, 8> Visited;
1302   SmallVector<const Value *, 8> Worklist;
1303   Worklist.push_back(P);
1304   Visited.insert(P);
1305   do {
1306     P = Worklist.pop_back_val();
1307     for (Value::const_use_iterator UI = P->use_begin(), UE = P->use_end();
1308          UI != UE; ++UI) {
1309       const User *Ur = *UI;
1310       if (isa<StoreInst>(Ur)) {
1311         if (UI.getOperandNo() == 0)
1312           // The pointer is stored.
1313           return true;
1314         // The pointed is stored through.
1315         continue;
1316       }
1317       if (isa<CallInst>(Ur))
1318         // The pointer is passed as an argument, ignore this.
1319         continue;
1320       if (isa<PtrToIntInst>(P))
1321         // Assume the worst.
1322         return true;
1323       if (Visited.insert(Ur))
1324         Worklist.push_back(Ur);
1325     }
1326   } while (!Worklist.empty());
1327
1328   // Everything checked out.
1329   return false;
1330 }
1331
1332 bool ProvenanceAnalysis::relatedCheck(const Value *A, const Value *B) {
1333   // Skip past provenance pass-throughs.
1334   A = GetUnderlyingObjCPtr(A);
1335   B = GetUnderlyingObjCPtr(B);
1336
1337   // Quick check.
1338   if (A == B)
1339     return true;
1340
1341   // Ask regular AliasAnalysis, for a first approximation.
1342   switch (AA->alias(A, B)) {
1343   case AliasAnalysis::NoAlias:
1344     return false;
1345   case AliasAnalysis::MustAlias:
1346   case AliasAnalysis::PartialAlias:
1347     return true;
1348   case AliasAnalysis::MayAlias:
1349     break;
1350   }
1351
1352   bool AIsIdentified = IsObjCIdentifiedObject(A);
1353   bool BIsIdentified = IsObjCIdentifiedObject(B);
1354
1355   // An ObjC-Identified object can't alias a load if it is never locally stored.
1356   if (AIsIdentified) {
1357     // Check for an obvious escape.
1358     if (isa<LoadInst>(B))
1359       return isStoredObjCPointer(A);
1360     if (BIsIdentified) {
1361       // Check for an obvious escape.
1362       if (isa<LoadInst>(A))
1363         return isStoredObjCPointer(B);
1364       // Both pointers are identified and escapes aren't an evident problem.
1365       return false;
1366     }
1367   } else if (BIsIdentified) {
1368     // Check for an obvious escape.
1369     if (isa<LoadInst>(A))
1370       return isStoredObjCPointer(B);
1371   }
1372
1373    // Special handling for PHI and Select.
1374   if (const PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(A))
1375     return relatedPHI(PN, B);
1376   if (const PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(B))
1377     return relatedPHI(PN, A);
1378   if (const SelectInst *S = dyn_cast<SelectInst>(A))
1379     return relatedSelect(S, B);
1380   if (const SelectInst *S = dyn_cast<SelectInst>(B))
1381     return relatedSelect(S, A);
1382
1383   // Conservative.
1384   return true;
1385 }
1386
1387 bool ProvenanceAnalysis::related(const Value *A, const Value *B) {
1388   // Begin by inserting a conservative value into the map. If the insertion
1389   // fails, we have the answer already. If it succeeds, leave it there until we
1390   // compute the real answer to guard against recursive queries.
1391   if (A > B) std::swap(A, B);
1392   std::pair<CachedResultsTy::iterator, bool> Pair =
1393     CachedResults.insert(std::make_pair(ValuePairTy(A, B), true));
1394   if (!Pair.second)
1395     return Pair.first->second;
1396
1397   bool Result = relatedCheck(A, B);
1398   CachedResults[ValuePairTy(A, B)] = Result;
1399   return Result;
1400 }
1401
1402 namespace {
1403   /// \enum Sequence
1404   ///
1405   /// \brief A sequence of states that a pointer may go through in which an
1406   /// objc_retain and objc_release are actually needed.
1407   enum Sequence {
1408     S_None,
1409     S_Retain,         ///< objc_retain(x)
1410     S_CanRelease,     ///< foo(x) -- x could possibly see a ref count decrement
1411     S_Use,            ///< any use of x
1412     S_Stop,           ///< like S_Release, but code motion is stopped
1413     S_Release,        ///< objc_release(x)
1414     S_MovableRelease  ///< objc_release(x), !clang.imprecise_release
1415   };
1416 }
1417
1418 static Sequence MergeSeqs(Sequence A, Sequence B, bool TopDown) {
1419   // The easy cases.
1420   if (A == B)
1421     return A;
1422   if (A == S_None || B == S_None)
1423     return S_None;
1424
1425   if (A > B) std::swap(A, B);
1426   if (TopDown) {
1427     // Choose the side which is further along in the sequence.
1428     if ((A == S_Retain || A == S_CanRelease) &&
1429         (B == S_CanRelease || B == S_Use))
1430       return B;
1431   } else {
1432     // Choose the side which is further along in the sequence.
1433     if ((A == S_Use || A == S_CanRelease) &&
1434         (B == S_Use || B == S_Release || B == S_Stop || B == S_MovableRelease))
1435       return A;
1436     // If both sides are releases, choose the more conservative one.
1437     if (A == S_Stop && (B == S_Release || B == S_MovableRelease))
1438       return A;
1439     if (A == S_Release && B == S_MovableRelease)
1440       return A;
1441   }
1442
1443   return S_None;
1444 }
1445
1446 namespace {
1447   /// \brief Unidirectional information about either a
1448   /// retain-decrement-use-release sequence or release-use-decrement-retain
1449   /// reverese sequence.
1450   struct RRInfo {
1451     /// After an objc_retain, the reference count of the referenced
1452     /// object is known to be positive. Similarly, before an objc_release, the
1453     /// reference count of the referenced object is known to be positive. If
1454     /// there are retain-release pairs in code regions where the retain count
1455     /// is known to be positive, they can be eliminated, regardless of any side
1456     /// effects between them.
1457     ///
1458     /// Also, a retain+release pair nested within another retain+release
1459     /// pair all on the known same pointer value can be eliminated, regardless
1460     /// of any intervening side effects.
1461     ///
1462     /// KnownSafe is true when either of these conditions is satisfied.
1463     bool KnownSafe;
1464
1465     /// True if the Calls are objc_retainBlock calls (as opposed to objc_retain
1466     /// calls).
1467     bool IsRetainBlock;
1468
1469     /// True of the objc_release calls are all marked with the "tail" keyword.
1470     bool IsTailCallRelease;
1471
1472     /// If the Calls are objc_release calls and they all have a
1473     /// clang.imprecise_release tag, this is the metadata tag.
1474     MDNode *ReleaseMetadata;
1475
1476     /// For a top-down sequence, the set of objc_retains or
1477     /// objc_retainBlocks. For bottom-up, the set of objc_releases.
1478     SmallPtrSet<Instruction *, 2> Calls;
1479
1480     /// The set of optimal insert positions for moving calls in the opposite
1481     /// sequence.
1482     SmallPtrSet<Instruction *, 2> ReverseInsertPts;
1483
1484     RRInfo() :
1485       KnownSafe(false), IsRetainBlock(false),
1486       IsTailCallRelease(false),
1487       ReleaseMetadata(0) {}
1488
1489     void clear();
1490   };
1491 }
1492
1493 void RRInfo::clear() {
1494   KnownSafe = false;
1495   IsRetainBlock = false;
1496   IsTailCallRelease = false;
1497   ReleaseMetadata = 0;
1498   Calls.clear();
1499   ReverseInsertPts.clear();
1500 }
1501
1502 namespace {
1503   /// \brief This class summarizes several per-pointer runtime properties which
1504   /// are propogated through the flow graph.
1505   class PtrState {
1506     /// True if the reference count is known to be incremented.
1507     bool KnownPositiveRefCount;
1508
1509     /// True of we've seen an opportunity for partial RR elimination, such as
1510     /// pushing calls into a CFG triangle or into one side of a CFG diamond.
1511     bool Partial;
1512
1513     /// The current position in the sequence.
1514     Sequence Seq : 8;
1515
1516   public:
1517     /// Unidirectional information about the current sequence.
1518     ///
1519     /// TODO: Encapsulate this better.
1520     RRInfo RRI;
1521
1522     PtrState() : KnownPositiveRefCount(false), Partial(false),
1523                  Seq(S_None) {}
1524
1525     void SetKnownPositiveRefCount() {
1526       KnownPositiveRefCount = true;
1527     }
1528
1529     void ClearRefCount() {
1530       KnownPositiveRefCount = false;
1531     }
1532
1533     bool IsKnownIncremented() const {
1534       return KnownPositiveRefCount;
1535     }
1536
1537     void SetSeq(Sequence NewSeq) {
1538       Seq = NewSeq;
1539     }
1540
1541     Sequence GetSeq() const {
1542       return Seq;
1543     }
1544
1545     void ClearSequenceProgress() {
1546       ResetSequenceProgress(S_None);
1547     }
1548
1549     void ResetSequenceProgress(Sequence NewSeq) {
1550       Seq = NewSeq;
1551       Partial = false;
1552       RRI.clear();
1553     }
1554
1555     void Merge(const PtrState &Other, bool TopDown);
1556   };
1557 }
1558
1559 void
1560 PtrState::Merge(const PtrState &Other, bool TopDown) {
1561   Seq = MergeSeqs(Seq, Other.Seq, TopDown);
1562   KnownPositiveRefCount = KnownPositiveRefCount && Other.KnownPositiveRefCount;
1563
1564   // We can't merge a plain objc_retain with an objc_retainBlock.
1565   if (RRI.IsRetainBlock != Other.RRI.IsRetainBlock)
1566     Seq = S_None;
1567
1568   // If we're not in a sequence (anymore), drop all associated state.
1569   if (Seq == S_None) {
1570     Partial = false;
1571     RRI.clear();
1572   } else if (Partial || Other.Partial) {
1573     // If we're doing a merge on a path that's previously seen a partial
1574     // merge, conservatively drop the sequence, to avoid doing partial
1575     // RR elimination. If the branch predicates for the two merge differ,
1576     // mixing them is unsafe.
1577     ClearSequenceProgress();
1578   } else {
1579     // Conservatively merge the ReleaseMetadata information.
1580     if (RRI.ReleaseMetadata != Other.RRI.ReleaseMetadata)
1581       RRI.ReleaseMetadata = 0;
1582
1583     RRI.KnownSafe = RRI.KnownSafe && Other.RRI.KnownSafe;
1584     RRI.IsTailCallRelease = RRI.IsTailCallRelease &&
1585                             Other.RRI.IsTailCallRelease;
1586     RRI.Calls.insert(Other.RRI.Calls.begin(), Other.RRI.Calls.end());
1587
1588     // Merge the insert point sets. If there are any differences,
1589     // that makes this a partial merge.
1590     Partial = RRI.ReverseInsertPts.size() != Other.RRI.ReverseInsertPts.size();
1591     for (SmallPtrSet<Instruction *, 2>::const_iterator
1592          I = Other.RRI.ReverseInsertPts.begin(),
1593          E = Other.RRI.ReverseInsertPts.end(); I != E; ++I)
1594       Partial |= RRI.ReverseInsertPts.insert(*I);
1595   }
1596 }
1597
1598 namespace {
1599   /// \brief Per-BasicBlock state.
1600   class BBState {
1601     /// The number of unique control paths from the entry which can reach this
1602     /// block.
1603     unsigned TopDownPathCount;
1604
1605     /// The number of unique control paths to exits from this block.
1606     unsigned BottomUpPathCount;
1607
1608     /// A type for PerPtrTopDown and PerPtrBottomUp.
1609     typedef MapVector<const Value *, PtrState> MapTy;
1610
1611     /// The top-down traversal uses this to record information known about a
1612     /// pointer at the bottom of each block.
1613     MapTy PerPtrTopDown;
1614
1615     /// The bottom-up traversal uses this to record information known about a
1616     /// pointer at the top of each block.
1617     MapTy PerPtrBottomUp;
1618
1619     /// Effective predecessors of the current block ignoring ignorable edges and
1620     /// ignored backedges.
1621     SmallVector<BasicBlock *, 2> Preds;
1622     /// Effective successors of the current block ignoring ignorable edges and
1623     /// ignored backedges.
1624     SmallVector<BasicBlock *, 2> Succs;
1625
1626   public:
1627     BBState() : TopDownPathCount(0), BottomUpPathCount(0) {}
1628
1629     typedef MapTy::iterator ptr_iterator;
1630     typedef MapTy::const_iterator ptr_const_iterator;
1631
1632     ptr_iterator top_down_ptr_begin() { return PerPtrTopDown.begin(); }
1633     ptr_iterator top_down_ptr_end() { return PerPtrTopDown.end(); }
1634     ptr_const_iterator top_down_ptr_begin() const {
1635       return PerPtrTopDown.begin();
1636     }
1637     ptr_const_iterator top_down_ptr_end() const {
1638       return PerPtrTopDown.end();
1639     }
1640
1641     ptr_iterator bottom_up_ptr_begin() { return PerPtrBottomUp.begin(); }
1642     ptr_iterator bottom_up_ptr_end() { return PerPtrBottomUp.end(); }
1643     ptr_const_iterator bottom_up_ptr_begin() const {
1644       return PerPtrBottomUp.begin();
1645     }
1646     ptr_const_iterator bottom_up_ptr_end() const {
1647       return PerPtrBottomUp.end();
1648     }
1649
1650     /// Mark this block as being an entry block, which has one path from the
1651     /// entry by definition.
1652     void SetAsEntry() { TopDownPathCount = 1; }
1653
1654     /// Mark this block as being an exit block, which has one path to an exit by
1655     /// definition.
1656     void SetAsExit()  { BottomUpPathCount = 1; }
1657
1658     PtrState &getPtrTopDownState(const Value *Arg) {
1659       return PerPtrTopDown[Arg];
1660     }
1661
1662     PtrState &getPtrBottomUpState(const Value *Arg) {
1663       return PerPtrBottomUp[Arg];
1664     }
1665
1666     void clearBottomUpPointers() {
1667       PerPtrBottomUp.clear();
1668     }
1669
1670     void clearTopDownPointers() {
1671       PerPtrTopDown.clear();
1672     }
1673
1674     void InitFromPred(const BBState &Other);
1675     void InitFromSucc(const BBState &Other);
1676     void MergePred(const BBState &Other);
1677     void MergeSucc(const BBState &Other);
1678
1679     /// Return the number of possible unique paths from an entry to an exit
1680     /// which pass through this block. This is only valid after both the
1681     /// top-down and bottom-up traversals are complete.
1682     unsigned GetAllPathCount() const {
1683       assert(TopDownPathCount != 0);
1684       assert(BottomUpPathCount != 0);
1685       return TopDownPathCount * BottomUpPathCount;
1686     }
1687
1688     // Specialized CFG utilities.
1689     typedef SmallVectorImpl<BasicBlock *>::const_iterator edge_iterator;
1690     edge_iterator pred_begin() { return Preds.begin(); }
1691     edge_iterator pred_end() { return Preds.end(); }
1692     edge_iterator succ_begin() { return Succs.begin(); }
1693     edge_iterator succ_end() { return Succs.end(); }
1694
1695     void addSucc(BasicBlock *Succ) { Succs.push_back(Succ); }
1696     void addPred(BasicBlock *Pred) { Preds.push_back(Pred); }
1697
1698     bool isExit() const { return Succs.empty(); }
1699   };
1700 }
1701
1702 void BBState::InitFromPred(const BBState &Other) {
1703   PerPtrTopDown = Other.PerPtrTopDown;
1704   TopDownPathCount = Other.TopDownPathCount;
1705 }
1706
1707 void BBState::InitFromSucc(const BBState &Other) {
1708   PerPtrBottomUp = Other.PerPtrBottomUp;
1709   BottomUpPathCount = Other.BottomUpPathCount;
1710 }
1711
1712 /// The top-down traversal uses this to merge information about predecessors to
1713 /// form the initial state for a new block.
1714 void BBState::MergePred(const BBState &Other) {
1715   // Other.TopDownPathCount can be 0, in which case it is either dead or a
1716   // loop backedge. Loop backedges are special.
1717   TopDownPathCount += Other.TopDownPathCount;
1718
1719   // Check for overflow. If we have overflow, fall back to conservative
1720   // behavior.
1721   if (TopDownPathCount < Other.TopDownPathCount) {
1722     clearTopDownPointers();
1723     return;
1724   }
1725
1726   // For each entry in the other set, if our set has an entry with the same key,
1727   // merge the entries. Otherwise, copy the entry and merge it with an empty
1728   // entry.
1729   for (ptr_const_iterator MI = Other.top_down_ptr_begin(),
1730        ME = Other.top_down_ptr_end(); MI != ME; ++MI) {
1731     std::pair<ptr_iterator, bool> Pair = PerPtrTopDown.insert(*MI);
1732     Pair.first->second.Merge(Pair.second ? PtrState() : MI->second,
1733                              /*TopDown=*/true);
1734   }
1735
1736   // For each entry in our set, if the other set doesn't have an entry with the
1737   // same key, force it to merge with an empty entry.
1738   for (ptr_iterator MI = top_down_ptr_begin(),
1739        ME = top_down_ptr_end(); MI != ME; ++MI)
1740     if (Other.PerPtrTopDown.find(MI->first) == Other.PerPtrTopDown.end())
1741       MI->second.Merge(PtrState(), /*TopDown=*/true);
1742 }
1743
1744 /// The bottom-up traversal uses this to merge information about successors to
1745 /// form the initial state for a new block.
1746 void BBState::MergeSucc(const BBState &Other) {
1747   // Other.BottomUpPathCount can be 0, in which case it is either dead or a
1748   // loop backedge. Loop backedges are special.
1749   BottomUpPathCount += Other.BottomUpPathCount;
1750
1751   // Check for overflow. If we have overflow, fall back to conservative
1752   // behavior.
1753   if (BottomUpPathCount < Other.BottomUpPathCount) {
1754     clearBottomUpPointers();
1755     return;
1756   }
1757
1758   // For each entry in the other set, if our set has an entry with the
1759   // same key, merge the entries. Otherwise, copy the entry and merge
1760   // it with an empty entry.
1761   for (ptr_const_iterator MI = Other.bottom_up_ptr_begin(),
1762        ME = Other.bottom_up_ptr_end(); MI != ME; ++MI) {
1763     std::pair<ptr_iterator, bool> Pair = PerPtrBottomUp.insert(*MI);
1764     Pair.first->second.Merge(Pair.second ? PtrState() : MI->second,
1765                              /*TopDown=*/false);
1766   }
1767
1768   // For each entry in our set, if the other set doesn't have an entry
1769   // with the same key, force it to merge with an empty entry.
1770   for (ptr_iterator MI = bottom_up_ptr_begin(),
1771        ME = bottom_up_ptr_end(); MI != ME; ++MI)
1772     if (Other.PerPtrBottomUp.find(MI->first) == Other.PerPtrBottomUp.end())
1773       MI->second.Merge(PtrState(), /*TopDown=*/false);
1774 }
1775
1776 namespace {
1777   /// \brief The main ARC optimization pass.
1778   class ObjCARCOpt : public FunctionPass {
1779     bool Changed;
1780     ProvenanceAnalysis PA;
1781
1782     /// A flag indicating whether this optimization pass should run.
1783     bool Run;
1784
1785     /// Declarations for ObjC runtime functions, for use in creating calls to
1786     /// them. These are initialized lazily to avoid cluttering up the Module
1787     /// with unused declarations.
1788
1789     /// Declaration for ObjC runtime function
1790     /// objc_retainAutoreleasedReturnValue.
1791     Constant *RetainRVCallee;
1792     /// Declaration for ObjC runtime function objc_autoreleaseReturnValue.
1793     Constant *AutoreleaseRVCallee;
1794     /// Declaration for ObjC runtime function objc_release.
1795     Constant *ReleaseCallee;
1796     /// Declaration for ObjC runtime function objc_retain.
1797     Constant *RetainCallee;
1798     /// Declaration for ObjC runtime function objc_retainBlock.
1799     Constant *RetainBlockCallee;
1800     /// Declaration for ObjC runtime function objc_autorelease.
1801     Constant *AutoreleaseCallee;
1802
1803     /// Flags which determine whether each of the interesting runtine functions
1804     /// is in fact used in the current function.
1805     unsigned UsedInThisFunction;
1806
1807     /// The Metadata Kind for clang.imprecise_release metadata.
1808     unsigned ImpreciseReleaseMDKind;
1809
1810     /// The Metadata Kind for clang.arc.copy_on_escape metadata.
1811     unsigned CopyOnEscapeMDKind;
1812
1813     /// The Metadata Kind for clang.arc.no_objc_arc_exceptions metadata.
1814     unsigned NoObjCARCExceptionsMDKind;
1815
1816     Constant *getRetainRVCallee(Module *M);
1817     Constant *getAutoreleaseRVCallee(Module *M);
1818     Constant *getReleaseCallee(Module *M);
1819     Constant *getRetainCallee(Module *M);
1820     Constant *getRetainBlockCallee(Module *M);
1821     Constant *getAutoreleaseCallee(Module *M);
1822
1823     bool IsRetainBlockOptimizable(const Instruction *Inst);
1824
1825     void OptimizeRetainCall(Function &F, Instruction *Retain);
1826     bool OptimizeRetainRVCall(Function &F, Instruction *RetainRV);
1827     void OptimizeAutoreleaseRVCall(Function &F, Instruction *AutoreleaseRV,
1828                                    InstructionClass &Class);
1829     void OptimizeIndividualCalls(Function &F);
1830
1831     void CheckForCFGHazards(const BasicBlock *BB,
1832                             DenseMap<const BasicBlock *, BBState> &BBStates,
1833                             BBState &MyStates) const;
1834     bool VisitInstructionBottomUp(Instruction *Inst,
1835                                   BasicBlock *BB,
1836                                   MapVector<Value *, RRInfo> &Retains,
1837                                   BBState &MyStates);
1838     bool VisitBottomUp(BasicBlock *BB,
1839                        DenseMap<const BasicBlock *, BBState> &BBStates,
1840                        MapVector<Value *, RRInfo> &Retains);
1841     bool VisitInstructionTopDown(Instruction *Inst,
1842                                  DenseMap<Value *, RRInfo> &Releases,
1843                                  BBState &MyStates);
1844     bool VisitTopDown(BasicBlock *BB,
1845                       DenseMap<const BasicBlock *, BBState> &BBStates,
1846                       DenseMap<Value *, RRInfo> &Releases);
1847     bool Visit(Function &F,
1848                DenseMap<const BasicBlock *, BBState> &BBStates,
1849                MapVector<Value *, RRInfo> &Retains,
1850                DenseMap<Value *, RRInfo> &Releases);
1851
1852     void MoveCalls(Value *Arg, RRInfo &RetainsToMove, RRInfo &ReleasesToMove,
1853                    MapVector<Value *, RRInfo> &Retains,
1854                    DenseMap<Value *, RRInfo> &Releases,
1855                    SmallVectorImpl<Instruction *> &DeadInsts,
1856                    Module *M);
1857
1858     bool ConnectTDBUTraversals(DenseMap<const BasicBlock *, BBState> &BBStates,
1859                                MapVector<Value *, RRInfo> &Retains,
1860                                DenseMap<Value *, RRInfo> &Releases,
1861                                Module *M,
1862                                SmallVector<Instruction *, 4> &NewRetains,
1863                                SmallVector<Instruction *, 4> &NewReleases,
1864                                SmallVector<Instruction *, 8> &DeadInsts,
1865                                RRInfo &RetainsToMove,
1866                                RRInfo &ReleasesToMove,
1867                                Value *Arg,
1868                                bool KnownSafe,
1869                                bool &AnyPairsCompletelyEliminated);
1870
1871     bool PerformCodePlacement(DenseMap<const BasicBlock *, BBState> &BBStates,
1872                               MapVector<Value *, RRInfo> &Retains,
1873                               DenseMap<Value *, RRInfo> &Releases,
1874                               Module *M);
1875
1876     void OptimizeWeakCalls(Function &F);
1877
1878     bool OptimizeSequences(Function &F);
1879
1880     void OptimizeReturns(Function &F);
1881
1882     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const;
1883     virtual bool doInitialization(Module &M);
1884     virtual bool runOnFunction(Function &F);
1885     virtual void releaseMemory();
1886
1887   public:
1888     static char ID;
1889     ObjCARCOpt() : FunctionPass(ID) {
1890       initializeObjCARCOptPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
1891     }
1892   };
1893 }
1894
1895 char ObjCARCOpt::ID = 0;
1896 INITIALIZE_PASS_BEGIN(ObjCARCOpt,
1897                       "objc-arc", "ObjC ARC optimization", false, false)
1898 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(ObjCARCAliasAnalysis)
1899 INITIALIZE_PASS_END(ObjCARCOpt,
1900                     "objc-arc", "ObjC ARC optimization", false, false)
1901
1902 Pass *llvm::createObjCARCOptPass() {
1903   return new ObjCARCOpt();
1904 }
1905
1906 void ObjCARCOpt::getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
1907   AU.addRequired<ObjCARCAliasAnalysis>();
1908   AU.addRequired<AliasAnalysis>();
1909   // ARC optimization doesn't currently split critical edges.
1910   AU.setPreservesCFG();
1911 }
1912
1913 bool ObjCARCOpt::IsRetainBlockOptimizable(const Instruction *Inst) {
1914   // Without the magic metadata tag, we have to assume this might be an
1915   // objc_retainBlock call inserted to convert a block pointer to an id,
1916   // in which case it really is needed.
1917   if (!Inst->getMetadata(CopyOnEscapeMDKind))
1918     return false;
1919
1920   // If the pointer "escapes" (not including being used in a call),
1921   // the copy may be needed.
1922   if (DoesObjCBlockEscape(Inst))
1923     return false;
1924
1925   // Otherwise, it's not needed.
1926   return true;
1927 }
1928
1929 Constant *ObjCARCOpt::getRetainRVCallee(Module *M) {
1930   if (!RetainRVCallee) {
1931     LLVMContext &C = M->getContext();
1932     Type *I8X = PointerType::getUnqual(Type::getInt8Ty(C));
1933     Type *Params[] = { I8X };
1934     FunctionType *FTy = FunctionType::get(I8X, Params, /*isVarArg=*/false);
1935     AttributeSet Attribute =
1936       AttributeSet().addAttribute(M->getContext(), AttributeSet::FunctionIndex,
1937                                   Attribute::NoUnwind);
1938     RetainRVCallee =
1939       M->getOrInsertFunction("objc_retainAutoreleasedReturnValue", FTy,
1940                              Attribute);
1941   }
1942   return RetainRVCallee;
1943 }
1944
1945 Constant *ObjCARCOpt::getAutoreleaseRVCallee(Module *M) {
1946   if (!AutoreleaseRVCallee) {
1947     LLVMContext &C = M->getContext();
1948     Type *I8X = PointerType::getUnqual(Type::getInt8Ty(C));
1949     Type *Params[] = { I8X };
1950     FunctionType *FTy = FunctionType::get(I8X, Params, /*isVarArg=*/false);
1951     AttributeSet Attribute =
1952       AttributeSet().addAttribute(M->getContext(), AttributeSet::FunctionIndex,
1953                                   Attribute::NoUnwind);
1954     AutoreleaseRVCallee =
1955       M->getOrInsertFunction("objc_autoreleaseReturnValue", FTy,
1956                              Attribute);
1957   }
1958   return AutoreleaseRVCallee;
1959 }
1960
1961 Constant *ObjCARCOpt::getReleaseCallee(Module *M) {
1962   if (!ReleaseCallee) {
1963     LLVMContext &C = M->getContext();
1964     Type *Params[] = { PointerType::getUnqual(Type::getInt8Ty(C)) };
1965     AttributeSet Attribute =
1966       AttributeSet().addAttribute(M->getContext(), AttributeSet::FunctionIndex,
1967                                   Attribute::NoUnwind);
1968     ReleaseCallee =
1969       M->getOrInsertFunction(
1970         "objc_release",
1971         FunctionType::get(Type::getVoidTy(C), Params, /*isVarArg=*/false),
1972         Attribute);
1973   }
1974   return ReleaseCallee;
1975 }
1976
1977 Constant *ObjCARCOpt::getRetainCallee(Module *M) {
1978   if (!RetainCallee) {
1979     LLVMContext &C = M->getContext();
1980     Type *Params[] = { PointerType::getUnqual(Type::getInt8Ty(C)) };
1981     AttributeSet Attribute =
1982       AttributeSet().addAttribute(M->getContext(), AttributeSet::FunctionIndex,
1983                                   Attribute::NoUnwind);
1984     RetainCallee =
1985       M->getOrInsertFunction(
1986         "objc_retain",
1987         FunctionType::get(Params[0], Params, /*isVarArg=*/false),
1988         Attribute);
1989   }
1990   return RetainCallee;
1991 }
1992
1993 Constant *ObjCARCOpt::getRetainBlockCallee(Module *M) {
1994   if (!RetainBlockCallee) {
1995     LLVMContext &C = M->getContext();
1996     Type *Params[] = { PointerType::getUnqual(Type::getInt8Ty(C)) };
1997     // objc_retainBlock is not nounwind because it calls user copy constructors
1998     // which could theoretically throw.
1999     RetainBlockCallee =
2000       M->getOrInsertFunction(
2001         "objc_retainBlock",
2002         FunctionType::get(Params[0], Params, /*isVarArg=*/false),
2003         AttributeSet());
2004   }
2005   return RetainBlockCallee;
2006 }
2007
2008 Constant *ObjCARCOpt::getAutoreleaseCallee(Module *M) {
2009   if (!AutoreleaseCallee) {
2010     LLVMContext &C = M->getContext();
2011     Type *Params[] = { PointerType::getUnqual(Type::getInt8Ty(C)) };
2012     AttributeSet Attribute =
2013       AttributeSet().addAttribute(M->getContext(), AttributeSet::FunctionIndex,
2014                                   Attribute::NoUnwind);
2015     AutoreleaseCallee =
2016       M->getOrInsertFunction(
2017         "objc_autorelease",
2018         FunctionType::get(Params[0], Params, /*isVarArg=*/false),
2019         Attribute);
2020   }
2021   return AutoreleaseCallee;
2022 }
2023
2024 /// Test whether the given value is possible a reference-counted pointer,
2025 /// including tests which utilize AliasAnalysis.
2026 static bool IsPotentialRetainableObjPtr(const Value *Op, AliasAnalysis &AA) {
2027   // First make the rudimentary check.
2028   if (!IsPotentialRetainableObjPtr(Op))
2029     return false;
2030
2031   // Objects in constant memory are not reference-counted.
2032   if (AA.pointsToConstantMemory(Op))
2033     return false;
2034
2035   // Pointers in constant memory are not pointing to reference-counted objects.
2036   if (const LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(Op))
2037     if (AA.pointsToConstantMemory(LI->getPointerOperand()))
2038       return false;
2039
2040   // Otherwise assume the worst.
2041   return true;
2042 }
2043
2044 /// Test whether the given instruction can result in a reference count
2045 /// modification (positive or negative) for the pointer's object.
2046 static bool
2047 CanAlterRefCount(const Instruction *Inst, const Value *Ptr,
2048                  ProvenanceAnalysis &PA, InstructionClass Class) {
2049   switch (Class) {
2050   case IC_Autorelease:
2051   case IC_AutoreleaseRV:
2052   case IC_User:
2053     // These operations never directly modify a reference count.
2054     return false;
2055   default: break;
2056   }
2057
2058   ImmutableCallSite CS = static_cast<const Value *>(Inst);
2059   assert(CS && "Only calls can alter reference counts!");
2060
2061   // See if AliasAnalysis can help us with the call.
2062   AliasAnalysis::ModRefBehavior MRB = PA.getAA()->getModRefBehavior(CS);
2063   if (AliasAnalysis::onlyReadsMemory(MRB))
2064     return false;
2065   if (AliasAnalysis::onlyAccessesArgPointees(MRB)) {
2066     for (ImmutableCallSite::arg_iterator I = CS.arg_begin(), E = CS.arg_end();
2067          I != E; ++I) {
2068       const Value *Op = *I;
2069       if (IsPotentialRetainableObjPtr(Op, *PA.getAA()) && PA.related(Ptr, Op))
2070         return true;
2071     }
2072     return false;
2073   }
2074
2075   // Assume the worst.
2076   return true;
2077 }
2078
2079 /// Test whether the given instruction can "use" the given pointer's object in a
2080 /// way that requires the reference count to be positive.
2081 static bool
2082 CanUse(const Instruction *Inst, const Value *Ptr, ProvenanceAnalysis &PA,
2083        InstructionClass Class) {
2084   // IC_Call operations (as opposed to IC_CallOrUser) never "use" objc pointers.
2085   if (Class == IC_Call)
2086     return false;
2087
2088   // Consider various instructions which may have pointer arguments which are
2089   // not "uses".
2090   if (const ICmpInst *ICI = dyn_cast<ICmpInst>(Inst)) {
2091     // Comparing a pointer with null, or any other constant, isn't really a use,
2092     // because we don't care what the pointer points to, or about the values
2093     // of any other dynamic reference-counted pointers.
2094     if (!IsPotentialRetainableObjPtr(ICI->getOperand(1), *PA.getAA()))
2095       return false;
2096   } else if (ImmutableCallSite CS = static_cast<const Value *>(Inst)) {
2097     // For calls, just check the arguments (and not the callee operand).
2098     for (ImmutableCallSite::arg_iterator OI = CS.arg_begin(),
2099          OE = CS.arg_end(); OI != OE; ++OI) {
2100       const Value *Op = *OI;
2101       if (IsPotentialRetainableObjPtr(Op, *PA.getAA()) && PA.related(Ptr, Op))
2102         return true;
2103     }
2104     return false;
2105   } else if (const StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Inst)) {
2106     // Special-case stores, because we don't care about the stored value, just
2107     // the store address.
2108     const Value *Op = GetUnderlyingObjCPtr(SI->getPointerOperand());
2109     // If we can't tell what the underlying object was, assume there is a
2110     // dependence.
2111     return IsPotentialRetainableObjPtr(Op, *PA.getAA()) && PA.related(Op, Ptr);
2112   }
2113
2114   // Check each operand for a match.
2115   for (User::const_op_iterator OI = Inst->op_begin(), OE = Inst->op_end();
2116        OI != OE; ++OI) {
2117     const Value *Op = *OI;
2118     if (IsPotentialRetainableObjPtr(Op, *PA.getAA()) && PA.related(Ptr, Op))
2119       return true;
2120   }
2121   return false;
2122 }
2123
2124 /// Test whether the given instruction can autorelease any pointer or cause an
2125 /// autoreleasepool pop.
2126 static bool
2127 CanInterruptRV(InstructionClass Class) {
2128   switch (Class) {
2129   case IC_AutoreleasepoolPop:
2130   case IC_CallOrUser:
2131   case IC_Call:
2132   case IC_Autorelease:
2133   case IC_AutoreleaseRV:
2134   case IC_FusedRetainAutorelease:
2135   case IC_FusedRetainAutoreleaseRV:
2136     return true;
2137   default:
2138     return false;
2139   }
2140 }
2141
2142 namespace {
2143   /// \enum DependenceKind
2144   /// \brief Defines different dependence kinds among various ARC constructs.
2145   ///
2146   /// There are several kinds of dependence-like concepts in use here.
2147   ///
2148   enum DependenceKind {
2149     NeedsPositiveRetainCount,
2150     AutoreleasePoolBoundary,
2151     CanChangeRetainCount,
2152     RetainAutoreleaseDep,       ///< Blocks objc_retainAutorelease.
2153     RetainAutoreleaseRVDep,     ///< Blocks objc_retainAutoreleaseReturnValue.
2154     RetainRVDep                 ///< Blocks objc_retainAutoreleasedReturnValue.
2155   };
2156 }
2157
2158 /// Test if there can be dependencies on Inst through Arg. This function only
2159 /// tests dependencies relevant for removing pairs of calls.
2160 static bool
2161 Depends(DependenceKind Flavor, Instruction *Inst, const Value *Arg,
2162         ProvenanceAnalysis &PA) {
2163   // If we've reached the definition of Arg, stop.
2164   if (Inst == Arg)
2165     return true;
2166
2167   switch (Flavor) {
2168   case NeedsPositiveRetainCount: {
2169     InstructionClass Class = GetInstructionClass(Inst);
2170     switch (Class) {
2171     case IC_AutoreleasepoolPop:
2172     case IC_AutoreleasepoolPush:
2173     case IC_None:
2174       return false;
2175     default:
2176       return CanUse(Inst, Arg, PA, Class);
2177     }
2178   }
2179
2180   case AutoreleasePoolBoundary: {
2181     InstructionClass Class = GetInstructionClass(Inst);
2182     switch (Class) {
2183     case IC_AutoreleasepoolPop:
2184     case IC_AutoreleasepoolPush:
2185       // These mark the end and begin of an autorelease pool scope.
2186       return true;
2187     default:
2188       // Nothing else does this.
2189       return false;
2190     }
2191   }
2192
2193   case CanChangeRetainCount: {
2194     InstructionClass Class = GetInstructionClass(Inst);
2195     switch (Class) {
2196     case IC_AutoreleasepoolPop:
2197       // Conservatively assume this can decrement any count.
2198       return true;
2199     case IC_AutoreleasepoolPush:
2200     case IC_None:
2201       return false;
2202     default:
2203       return CanAlterRefCount(Inst, Arg, PA, Class);
2204     }
2205   }
2206
2207   case RetainAutoreleaseDep:
2208     switch (GetBasicInstructionClass(Inst)) {
2209     case IC_AutoreleasepoolPop:
2210     case IC_AutoreleasepoolPush:
2211       // Don't merge an objc_autorelease with an objc_retain inside a different
2212       // autoreleasepool scope.
2213       return true;
2214     case IC_Retain:
2215     case IC_RetainRV:
2216       // Check for a retain of the same pointer for merging.
2217       return GetObjCArg(Inst) == Arg;
2218     default:
2219       // Nothing else matters for objc_retainAutorelease formation.
2220       return false;
2221     }
2222
2223   case RetainAutoreleaseRVDep: {
2224     InstructionClass Class = GetBasicInstructionClass(Inst);
2225     switch (Class) {
2226     case IC_Retain:
2227     case IC_RetainRV:
2228       // Check for a retain of the same pointer for merging.
2229       return GetObjCArg(Inst) == Arg;
2230     default:
2231       // Anything that can autorelease interrupts
2232       // retainAutoreleaseReturnValue formation.
2233       return CanInterruptRV(Class);
2234     }
2235   }
2236
2237   case RetainRVDep:
2238     return CanInterruptRV(GetBasicInstructionClass(Inst));
2239   }
2240
2241   llvm_unreachable("Invalid dependence flavor");
2242 }
2243
2244 /// Walk up the CFG from StartPos (which is in StartBB) and find local and
2245 /// non-local dependencies on Arg.
2246 ///
2247 /// TODO: Cache results?
2248 static void
2249 FindDependencies(DependenceKind Flavor,
2250                  const Value *Arg,
2251                  BasicBlock *StartBB, Instruction *StartInst,
2252                  SmallPtrSet<Instruction *, 4> &DependingInstructions,
2253                  SmallPtrSet<const BasicBlock *, 4> &Visited,
2254                  ProvenanceAnalysis &PA) {
2255   BasicBlock::iterator StartPos = StartInst;
2256
2257   SmallVector<std::pair<BasicBlock *, BasicBlock::iterator>, 4> Worklist;
2258   Worklist.push_back(std::make_pair(StartBB, StartPos));
2259   do {
2260     std::pair<BasicBlock *, BasicBlock::iterator> Pair =
2261       Worklist.pop_back_val();
2262     BasicBlock *LocalStartBB = Pair.first;
2263     BasicBlock::iterator LocalStartPos = Pair.second;
2264     BasicBlock::iterator StartBBBegin = LocalStartBB->begin();
2265     for (;;) {
2266       if (LocalStartPos == StartBBBegin) {
2267         pred_iterator PI(LocalStartBB), PE(LocalStartBB, false);
2268         if (PI == PE)
2269           // If we've reached the function entry, produce a null dependence.
2270           DependingInstructions.insert(0);
2271         else
2272           // Add the predecessors to the worklist.
2273           do {
2274             BasicBlock *PredBB = *PI;
2275             if (Visited.insert(PredBB))
2276               Worklist.push_back(std::make_pair(PredBB, PredBB->end()));
2277           } while (++PI != PE);
2278         break;
2279       }
2280
2281       Instruction *Inst = --LocalStartPos;
2282       if (Depends(Flavor, Inst, Arg, PA)) {
2283         DependingInstructions.insert(Inst);
2284         break;
2285       }
2286     }
2287   } while (!Worklist.empty());
2288
2289   // Determine whether the original StartBB post-dominates all of the blocks we
2290   // visited. If not, insert a sentinal indicating that most optimizations are
2291   // not safe.
2292   for (SmallPtrSet<const BasicBlock *, 4>::const_iterator I = Visited.begin(),
2293        E = Visited.end(); I != E; ++I) {
2294     const BasicBlock *BB = *I;
2295     if (BB == StartBB)
2296       continue;
2297     const TerminatorInst *TI = cast<TerminatorInst>(&BB->back());
2298     for (succ_const_iterator SI(TI), SE(TI, false); SI != SE; ++SI) {
2299       const BasicBlock *Succ = *SI;
2300       if (Succ != StartBB && !Visited.count(Succ)) {
2301         DependingInstructions.insert(reinterpret_cast<Instruction *>(-1));
2302         return;
2303       }
2304     }
2305   }
2306 }
2307
2308 static bool isNullOrUndef(const Value *V) {
2309   return isa<ConstantPointerNull>(V) || isa<UndefValue>(V);
2310 }
2311
2312 static bool isNoopInstruction(const Instruction *I) {
2313   return isa<BitCastInst>(I) ||
2314          (isa<GetElementPtrInst>(I) &&
2315           cast<GetElementPtrInst>(I)->hasAllZeroIndices());
2316 }
2317
2318 /// Turn objc_retain into objc_retainAutoreleasedReturnValue if the operand is a
2319 /// return value.
2320 void
2321 ObjCARCOpt::OptimizeRetainCall(Function &F, Instruction *Retain) {
2322   ImmutableCallSite CS(GetObjCArg(Retain));
2323   const Instruction *Call = CS.getInstruction();
2324   if (!Call) return;
2325   if (Call->getParent() != Retain->getParent()) return;
2326
2327   // Check that the call is next to the retain.
2328   BasicBlock::const_iterator I = Call;
2329   ++I;
2330   while (isNoopInstruction(I)) ++I;
2331   if (&*I != Retain)
2332     return;
2333
2334   // Turn it to an objc_retainAutoreleasedReturnValue..
2335   Changed = true;
2336   ++NumPeeps;
2337
2338   DEBUG(dbgs() << "ObjCARCOpt::OptimizeRetainCall: Transforming "
2339                   "objc_retain => objc_retainAutoreleasedReturnValue"
2340                   " since the operand is a return value.\n"
2341                   "                                Old: "
2342                << *Retain << "\n");
2343
2344   cast<CallInst>(Retain)->setCalledFunction(getRetainRVCallee(F.getParent()));
2345
2346   DEBUG(dbgs() << "                                New: "
2347                << *Retain << "\n");
2348 }
2349
2350 /// Turn objc_retainAutoreleasedReturnValue into objc_retain if the operand is
2351 /// not a return value.  Or, if it can be paired with an
2352 /// objc_autoreleaseReturnValue, delete the pair and return true.
2353 bool
2354 ObjCARCOpt::OptimizeRetainRVCall(Function &F, Instruction *RetainRV) {
2355   // Check for the argument being from an immediately preceding call or invoke.
2356   const Value *Arg = GetObjCArg(RetainRV);
2357   ImmutableCallSite CS(Arg);
2358   if (const Instruction *Call = CS.getInstruction()) {
2359     if (Call->getParent() == RetainRV->getParent()) {
2360       BasicBlock::const_iterator I = Call;
2361       ++I;
2362       while (isNoopInstruction(I)) ++I;
2363       if (&*I == RetainRV)
2364         return false;
2365     } else if (const InvokeInst *II = dyn_cast<InvokeInst>(Call)) {
2366       BasicBlock *RetainRVParent = RetainRV->getParent();
2367       if (II->getNormalDest() == RetainRVParent) {
2368         BasicBlock::const_iterator I = RetainRVParent->begin();
2369         while (isNoopInstruction(I)) ++I;
2370         if (&*I == RetainRV)
2371           return false;
2372       }
2373     }
2374   }
2375
2376   // Check for being preceded by an objc_autoreleaseReturnValue on the same
2377   // pointer. In this case, we can delete the pair.
2378   BasicBlock::iterator I = RetainRV, Begin = RetainRV->getParent()->begin();
2379   if (I != Begin) {
2380     do --I; while (I != Begin && isNoopInstruction(I));
2381     if (GetBasicInstructionClass(I) == IC_AutoreleaseRV &&
2382         GetObjCArg(I) == Arg) {
2383       Changed = true;
2384       ++NumPeeps;
2385
2386       DEBUG(dbgs() << "ObjCARCOpt::OptimizeRetainRVCall: Erasing " << *I << "\n"
2387                    << "                                  Erasing " << *RetainRV
2388                    << "\n");
2389
2390       EraseInstruction(I);
2391       EraseInstruction(RetainRV);
2392       return true;
2393     }
2394   }
2395
2396   // Turn it to a plain objc_retain.
2397   Changed = true;
2398   ++NumPeeps;
2399
2400   DEBUG(dbgs() << "ObjCARCOpt::OptimizeRetainRVCall: Transforming "
2401                   "objc_retainAutoreleasedReturnValue => "
2402                   "objc_retain since the operand is not a return value.\n"
2403                   "                                  Old: "
2404                << *RetainRV << "\n");
2405
2406   cast<CallInst>(RetainRV)->setCalledFunction(getRetainCallee(F.getParent()));
2407
2408   DEBUG(dbgs() << "                                  New: "
2409                << *RetainRV << "\n");
2410
2411   return false;
2412 }
2413
2414 /// Turn objc_autoreleaseReturnValue into objc_autorelease if the result is not
2415 /// used as a return value.
2416 void
2417 ObjCARCOpt::OptimizeAutoreleaseRVCall(Function &F, Instruction *AutoreleaseRV,
2418                                       InstructionClass &Class) {
2419   // Check for a return of the pointer value.
2420   const Value *Ptr = GetObjCArg(AutoreleaseRV);
2421   SmallVector<const Value *, 2> Users;
2422   Users.push_back(Ptr);
2423   do {
2424     Ptr = Users.pop_back_val();
2425     for (Value::const_use_iterator UI = Ptr->use_begin(), UE = Ptr->use_end();
2426          UI != UE; ++UI) {
2427       const User *I = *UI;
2428       if (isa<ReturnInst>(I) || GetBasicInstructionClass(I) == IC_RetainRV)
2429         return;
2430       if (isa<BitCastInst>(I))
2431         Users.push_back(I);
2432     }
2433   } while (!Users.empty());
2434
2435   Changed = true;
2436   ++NumPeeps;
2437
2438   DEBUG(dbgs() << "ObjCARCOpt::OptimizeAutoreleaseRVCall: Transforming "
2439                   "objc_autoreleaseReturnValue => "
2440                   "objc_autorelease since its operand is not used as a return "
2441                   "value.\n"
2442                   "                                       Old: "
2443                << *AutoreleaseRV << "\n");
2444
2445   CallInst *AutoreleaseRVCI = cast<CallInst>(AutoreleaseRV);
2446   AutoreleaseRVCI->
2447     setCalledFunction(getAutoreleaseCallee(F.getParent()));
2448   AutoreleaseRVCI->setTailCall(false); // Never tail call objc_autorelease.
2449   Class = IC_Autorelease;
2450
2451   DEBUG(dbgs() << "                                       New: "
2452                << *AutoreleaseRV << "\n");
2453
2454 }
2455
2456 /// Visit each call, one at a time, and make simplifications without doing any
2457 /// additional analysis.
2458 void ObjCARCOpt::OptimizeIndividualCalls(Function &F) {
2459   // Reset all the flags in preparation for recomputing them.
2460   UsedInThisFunction = 0;
2461
2462   // Visit all objc_* calls in F.
2463   for (inst_iterator I = inst_begin(&F), E = inst_end(&F); I != E; ) {
2464     Instruction *Inst = &*I++;
2465
2466     InstructionClass Class = GetBasicInstructionClass(Inst);
2467
2468     DEBUG(dbgs() << "ObjCARCOpt::OptimizeIndividualCalls: Visiting: Class: "
2469           << Class << "; " << *Inst << "\n");
2470
2471     switch (Class) {
2472     default: break;
2473
2474     // Delete no-op casts. These function calls have special semantics, but
2475     // the semantics are entirely implemented via lowering in the front-end,
2476     // so by the time they reach the optimizer, they are just no-op calls
2477     // which return their argument.
2478     //
2479     // There are gray areas here, as the ability to cast reference-counted
2480     // pointers to raw void* and back allows code to break ARC assumptions,
2481     // however these are currently considered to be unimportant.
2482     case IC_NoopCast:
2483       Changed = true;
2484       ++NumNoops;
2485       DEBUG(dbgs() << "ObjCARCOpt::OptimizeIndividualCalls: Erasing no-op cast:"
2486                    " " << *Inst << "\n");
2487       EraseInstruction(Inst);
2488       continue;
2489
2490     // If the pointer-to-weak-pointer is null, it's undefined behavior.
2491     case IC_StoreWeak:
2492     case IC_LoadWeak:
2493     case IC_LoadWeakRetained:
2494     case IC_InitWeak:
2495     case IC_DestroyWeak: {
2496       CallInst *CI = cast<CallInst>(Inst);
2497       if (isNullOrUndef(CI->getArgOperand(0))) {
2498         Changed = true;
2499         Type *Ty = CI->getArgOperand(0)->getType();
2500         new StoreInst(UndefValue::get(cast<PointerType>(Ty)->getElementType()),
2501                       Constant::getNullValue(Ty),
2502                       CI);
2503         llvm::Value *NewValue = UndefValue::get(CI->getType());
2504         DEBUG(dbgs() << "ObjCARCOpt::OptimizeIndividualCalls: A null "
2505                         "pointer-to-weak-pointer is undefined behavior.\n"
2506                         "                                     Old = " << *CI <<
2507                         "\n                                     New = " <<
2508                         *NewValue << "\n");
2509         CI->replaceAllUsesWith(NewValue);
2510         CI->eraseFromParent();
2511         continue;
2512       }
2513       break;
2514     }
2515     case IC_CopyWeak:
2516     case IC_MoveWeak: {
2517       CallInst *CI = cast<CallInst>(Inst);
2518       if (isNullOrUndef(CI->getArgOperand(0)) ||
2519           isNullOrUndef(CI->getArgOperand(1))) {
2520         Changed = true;
2521         Type *Ty = CI->getArgOperand(0)->getType();
2522         new StoreInst(UndefValue::get(cast<PointerType>(Ty)->getElementType()),
2523                       Constant::getNullValue(Ty),
2524                       CI);
2525
2526         llvm::Value *NewValue = UndefValue::get(CI->getType());
2527         DEBUG(dbgs() << "ObjCARCOpt::OptimizeIndividualCalls: A null "
2528                         "pointer-to-weak-pointer is undefined behavior.\n"
2529                         "                                     Old = " << *CI <<
2530                         "\n                                     New = " <<
2531                         *NewValue << "\n");
2532
2533         CI->replaceAllUsesWith(NewValue);
2534         CI->eraseFromParent();
2535         continue;
2536       }
2537       break;
2538     }
2539     case IC_Retain:
2540       OptimizeRetainCall(F, Inst);
2541       break;
2542     case IC_RetainRV:
2543       if (OptimizeRetainRVCall(F, Inst))
2544         continue;
2545       break;
2546     case IC_AutoreleaseRV:
2547       OptimizeAutoreleaseRVCall(F, Inst, Class);
2548       break;
2549     }
2550
2551     // objc_autorelease(x) -> objc_release(x) if x is otherwise unused.
2552     if (IsAutorelease(Class) && Inst->use_empty()) {
2553       CallInst *Call = cast<CallInst>(Inst);
2554       const Value *Arg = Call->getArgOperand(0);
2555       Arg = FindSingleUseIdentifiedObject(Arg);
2556       if (Arg) {
2557         Changed = true;
2558         ++NumAutoreleases;
2559
2560         // Create the declaration lazily.
2561         LLVMContext &C = Inst->getContext();
2562         CallInst *NewCall =
2563           CallInst::Create(getReleaseCallee(F.getParent()),
2564                            Call->getArgOperand(0), "", Call);
2565         NewCall->setMetadata(ImpreciseReleaseMDKind,
2566                              MDNode::get(C, ArrayRef<Value *>()));
2567
2568         DEBUG(dbgs() << "ObjCARCOpt::OptimizeIndividualCalls: Replacing "
2569                         "objc_autorelease(x) with objc_release(x) since x is "
2570                         "otherwise unused.\n"
2571                         "                                     Old: " << *Call <<
2572                         "\n                                     New: " <<
2573                         *NewCall << "\n");
2574
2575         EraseInstruction(Call);
2576         Inst = NewCall;
2577         Class = IC_Release;
2578       }
2579     }
2580
2581     // For functions which can never be passed stack arguments, add
2582     // a tail keyword.
2583     if (IsAlwaysTail(Class)) {
2584       Changed = true;
2585       DEBUG(dbgs() << "ObjCARCOpt::OptimizeIndividualCalls: Adding tail keyword"
2586             " to function since it can never be passed stack args: " << *Inst <<
2587             "\n");
2588       cast<CallInst>(Inst)->setTailCall();
2589     }
2590
2591     // Ensure that functions that can never have a "tail" keyword due to the
2592     // semantics of ARC truly do not do so.
2593     if (IsNeverTail(Class)) {
2594       Changed = true;
2595       DEBUG(dbgs() << "ObjCARCOpt::OptimizeIndividualCalls: Removing tail "
2596             "keyword from function: " << *Inst <<
2597             "\n");
2598       cast<CallInst>(Inst)->setTailCall(false);
2599     }
2600
2601     // Set nounwind as needed.
2602     if (IsNoThrow(Class)) {
2603       Changed = true;
2604       DEBUG(dbgs() << "ObjCARCOpt::OptimizeIndividualCalls: Found no throw"
2605             " class. Setting nounwind on: " << *Inst << "\n");
2606       cast<CallInst>(Inst)->setDoesNotThrow();
2607     }
2608
2609     if (!IsNoopOnNull(Class)) {
2610       UsedInThisFunction |= 1 << Class;
2611       continue;
2612     }
2613
2614     const Value *Arg = GetObjCArg(Inst);
2615
2616     // ARC calls with null are no-ops. Delete them.
2617     if (isNullOrUndef(Arg)) {
2618       Changed = true;
2619       ++NumNoops;
2620       DEBUG(dbgs() << "ObjCARCOpt::OptimizeIndividualCalls: ARC calls with "
2621             " null are no-ops. Erasing: " << *Inst << "\n");
2622       EraseInstruction(Inst);
2623       continue;
2624     }
2625
2626     // Keep track of which of retain, release, autorelease, and retain_block
2627     // are actually present in this function.
2628     UsedInThisFunction |= 1 << Class;
2629
2630     // If Arg is a PHI, and one or more incoming values to the
2631     // PHI are null, and the call is control-equivalent to the PHI, and there
2632     // are no relevant side effects between the PHI and the call, the call
2633     // could be pushed up to just those paths with non-null incoming values.
2634     // For now, don't bother splitting critical edges for this.
2635     SmallVector<std::pair<Instruction *, const Value *>, 4> Worklist;
2636     Worklist.push_back(std::make_pair(Inst, Arg));
2637     do {
2638       std::pair<Instruction *, const Value *> Pair = Worklist.pop_back_val();
2639       Inst = Pair.first;
2640       Arg = Pair.second;
2641
2642       const PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(Arg);
2643       if (!PN) continue;
2644
2645       // Determine if the PHI has any null operands, or any incoming
2646       // critical edges.
2647       bool HasNull = false;
2648       bool HasCriticalEdges = false;
2649       for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
2650         Value *Incoming =
2651           StripPointerCastsAndObjCCalls(PN->getIncomingValue(i));
2652         if (isNullOrUndef(Incoming))
2653           HasNull = true;
2654         else if (cast<TerminatorInst>(PN->getIncomingBlock(i)->back())
2655                    .getNumSuccessors() != 1) {
2656           HasCriticalEdges = true;
2657           break;
2658         }
2659       }
2660       // If we have null operands and no critical edges, optimize.
2661       if (!HasCriticalEdges && HasNull) {
2662         SmallPtrSet<Instruction *, 4> DependingInstructions;
2663         SmallPtrSet<const BasicBlock *, 4> Visited;
2664
2665         // Check that there is nothing that cares about the reference
2666         // count between the call and the phi.
2667         switch (Class) {
2668         case IC_Retain:
2669         case IC_RetainBlock:
2670           // These can always be moved up.
2671           break;
2672         case IC_Release:
2673           // These can't be moved across things that care about the retain
2674           // count.
2675           FindDependencies(NeedsPositiveRetainCount, Arg,
2676                            Inst->getParent(), Inst,
2677                            DependingInstructions, Visited, PA);
2678           break;
2679         case IC_Autorelease:
2680           // These can't be moved across autorelease pool scope boundaries.
2681           FindDependencies(AutoreleasePoolBoundary, Arg,
2682                            Inst->getParent(), Inst,
2683                            DependingInstructions, Visited, PA);
2684           break;
2685         case IC_RetainRV:
2686         case IC_AutoreleaseRV:
2687           // Don't move these; the RV optimization depends on the autoreleaseRV
2688           // being tail called, and the retainRV being immediately after a call
2689           // (which might still happen if we get lucky with codegen layout, but
2690           // it's not worth taking the chance).
2691           continue;
2692         default:
2693           llvm_unreachable("Invalid dependence flavor");
2694         }
2695
2696         if (DependingInstructions.size() == 1 &&
2697             *DependingInstructions.begin() == PN) {
2698           Changed = true;
2699           ++NumPartialNoops;
2700           // Clone the call into each predecessor that has a non-null value.
2701           CallInst *CInst = cast<CallInst>(Inst);
2702           Type *ParamTy = CInst->getArgOperand(0)->getType();
2703           for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
2704             Value *Incoming =
2705               StripPointerCastsAndObjCCalls(PN->getIncomingValue(i));
2706             if (!isNullOrUndef(Incoming)) {
2707               CallInst *Clone = cast<CallInst>(CInst->clone());
2708               Value *Op = PN->getIncomingValue(i);
2709               Instruction *InsertPos = &PN->getIncomingBlock(i)->back();
2710               if (Op->getType() != ParamTy)
2711                 Op = new BitCastInst(Op, ParamTy, "", InsertPos);
2712               Clone->setArgOperand(0, Op);
2713               Clone->insertBefore(InsertPos);
2714
2715               DEBUG(dbgs() << "ObjCARCOpt::OptimizeIndividualCalls: Cloning "
2716                            << *CInst << "\n"
2717                            "                                     And inserting "
2718                            "clone at " << *InsertPos << "\n");
2719               Worklist.push_back(std::make_pair(Clone, Incoming));
2720             }
2721           }
2722           // Erase the original call.
2723           DEBUG(dbgs() << "Erasing: " << *CInst << "\n");
2724           EraseInstruction(CInst);
2725           continue;
2726         }
2727       }
2728     } while (!Worklist.empty());
2729   }
2730   DEBUG(dbgs() << "ObjCARCOpt::OptimizeIndividualCalls: Finished List.\n");
2731 }
2732
2733 /// Check for critical edges, loop boundaries, irreducible control flow, or
2734 /// other CFG structures where moving code across the edge would result in it
2735 /// being executed more.
2736 void
2737 ObjCARCOpt::CheckForCFGHazards(const BasicBlock *BB,
2738                                DenseMap<const BasicBlock *, BBState> &BBStates,
2739                                BBState &MyStates) const {
2740   // If any top-down local-use or possible-dec has a succ which is earlier in
2741   // the sequence, forget it.
2742   for (BBState::ptr_iterator I = MyStates.top_down_ptr_begin(),
2743        E = MyStates.top_down_ptr_end(); I != E; ++I)
2744     switch (I->second.GetSeq()) {
2745     default: break;
2746     case S_Use: {
2747       const Value *Arg = I->first;
2748       const TerminatorInst *TI = cast<TerminatorInst>(&BB->back());
2749       bool SomeSuccHasSame = false;
2750       bool AllSuccsHaveSame = true;
2751       PtrState &S = I->second;
2752       succ_const_iterator SI(TI), SE(TI, false);
2753
2754       for (; SI != SE; ++SI) {
2755         Sequence SuccSSeq = S_None;
2756         bool SuccSRRIKnownSafe = false;
2757         // If VisitBottomUp has pointer information for this successor, take
2758         // what we know about it.
2759         DenseMap<const BasicBlock *, BBState>::iterator BBI =
2760           BBStates.find(*SI);
2761         assert(BBI != BBStates.end());
2762         const PtrState &SuccS = BBI->second.getPtrBottomUpState(Arg);
2763         SuccSSeq = SuccS.GetSeq();
2764         SuccSRRIKnownSafe = SuccS.RRI.KnownSafe;
2765         switch (SuccSSeq) {
2766         case S_None:
2767         case S_CanRelease: {
2768           if (!S.RRI.KnownSafe && !SuccSRRIKnownSafe) {
2769             S.ClearSequenceProgress();
2770             break;
2771           }
2772           continue;
2773         }
2774         case S_Use:
2775           SomeSuccHasSame = true;
2776           break;
2777         case S_Stop:
2778         case S_Release:
2779         case S_MovableRelease:
2780           if (!S.RRI.KnownSafe && !SuccSRRIKnownSafe)
2781             AllSuccsHaveSame = false;
2782           break;
2783         case S_Retain:
2784           llvm_unreachable("bottom-up pointer in retain state!");
2785         }
2786       }
2787       // If the state at the other end of any of the successor edges
2788       // matches the current state, require all edges to match. This
2789       // guards against loops in the middle of a sequence.
2790       if (SomeSuccHasSame && !AllSuccsHaveSame)
2791         S.ClearSequenceProgress();
2792       break;
2793     }
2794     case S_CanRelease: {
2795       const Value *Arg = I->first;
2796       const TerminatorInst *TI = cast<TerminatorInst>(&BB->back());
2797       bool SomeSuccHasSame = false;
2798       bool AllSuccsHaveSame = true;
2799       PtrState &S = I->second;
2800       succ_const_iterator SI(TI), SE(TI, false);
2801
2802       for (; SI != SE; ++SI) {
2803         Sequence SuccSSeq = S_None;
2804         bool SuccSRRIKnownSafe = false;
2805         // If VisitBottomUp has pointer information for this successor, take
2806         // what we know about it.
2807         DenseMap<const BasicBlock *, BBState>::iterator BBI =
2808           BBStates.find(*SI);
2809         assert(BBI != BBStates.end());
2810         const PtrState &SuccS = BBI->second.getPtrBottomUpState(Arg);
2811         SuccSSeq = SuccS.GetSeq();
2812         SuccSRRIKnownSafe = SuccS.RRI.KnownSafe;
2813         switch (SuccSSeq) {
2814         case S_None: {
2815           if (!S.RRI.KnownSafe && !SuccSRRIKnownSafe) {
2816             S.ClearSequenceProgress();
2817             break;
2818           }
2819           continue;
2820         }
2821         case S_CanRelease:
2822           SomeSuccHasSame = true;
2823           break;
2824         case S_Stop:
2825         case S_Release:
2826         case S_MovableRelease:
2827         case S_Use:
2828           if (!S.RRI.KnownSafe && !SuccSRRIKnownSafe)
2829             AllSuccsHaveSame = false;
2830           break;
2831         case S_Retain:
2832           llvm_unreachable("bottom-up pointer in retain state!");
2833         }
2834       }
2835       // If the state at the other end of any of the successor edges
2836       // matches the current state, require all edges to match. This
2837       // guards against loops in the middle of a sequence.
2838       if (SomeSuccHasSame && !AllSuccsHaveSame)
2839         S.ClearSequenceProgress();
2840       break;
2841     }
2842     }
2843 }
2844
2845 bool
2846 ObjCARCOpt::VisitInstructionBottomUp(Instruction *Inst,
2847                                      BasicBlock *BB,
2848                                      MapVector<Value *, RRInfo> &Retains,
2849                                      BBState &MyStates) {
2850   bool NestingDetected = false;
2851   InstructionClass Class = GetInstructionClass(Inst);
2852   const Value *Arg = 0;
2853
2854   switch (Class) {
2855   case IC_Release: {
2856     Arg = GetObjCArg(Inst);
2857
2858     PtrState &S = MyStates.getPtrBottomUpState(Arg);
2859
2860     // If we see two releases in a row on the same pointer. If so, make
2861     // a note, and we'll cicle back to revisit it after we've
2862     // hopefully eliminated the second release, which may allow us to
2863     // eliminate the first release too.
2864     // Theoretically we could implement removal of nested retain+release
2865     // pairs by making PtrState hold a stack of states, but this is
2866     // simple and avoids adding overhead for the non-nested case.
2867     if (S.GetSeq() == S_Release || S.GetSeq() == S_MovableRelease) {
2868       DEBUG(dbgs() << "ObjCARCOpt::VisitInstructionBottomUp: Found nested "
2869                       "releases (i.e. a release pair)\n");
2870       NestingDetected = true;
2871     }
2872
2873     MDNode *ReleaseMetadata = Inst->getMetadata(ImpreciseReleaseMDKind);
2874     S.ResetSequenceProgress(ReleaseMetadata ? S_MovableRelease : S_Release);
2875     S.RRI.ReleaseMetadata = ReleaseMetadata;
2876     S.RRI.KnownSafe = S.IsKnownIncremented();
2877     S.RRI.IsTailCallRelease = cast<CallInst>(Inst)->isTailCall();
2878     S.RRI.Calls.insert(Inst);
2879
2880     S.SetKnownPositiveRefCount();
2881     break;
2882   }
2883   case IC_RetainBlock:
2884     // An objc_retainBlock call with just a use may need to be kept,
2885     // because it may be copying a block from the stack to the heap.
2886     if (!IsRetainBlockOptimizable(Inst))
2887       break;
2888     // FALLTHROUGH
2889   case IC_Retain:
2890   case IC_RetainRV: {
2891     Arg = GetObjCArg(Inst);
2892
2893     PtrState &S = MyStates.getPtrBottomUpState(Arg);
2894     S.SetKnownPositiveRefCount();
2895
2896     switch (S.GetSeq()) {
2897     case S_Stop:
2898     case S_Release:
2899     case S_MovableRelease:
2900     case S_Use:
2901       S.RRI.ReverseInsertPts.clear();
2902       // FALL THROUGH
2903     case S_CanRelease:
2904       // Don't do retain+release tracking for IC_RetainRV, because it's
2905       // better to let it remain as the first instruction after a call.
2906       if (Class != IC_RetainRV) {
2907         S.RRI.IsRetainBlock = Class == IC_RetainBlock;
2908         Retains[Inst] = S.RRI;
2909       }
2910       S.ClearSequenceProgress();
2911       break;
2912     case S_None:
2913       break;
2914     case S_Retain:
2915       llvm_unreachable("bottom-up pointer in retain state!");
2916     }
2917     return NestingDetected;
2918   }
2919   case IC_AutoreleasepoolPop:
2920     // Conservatively, clear MyStates for all known pointers.
2921     MyStates.clearBottomUpPointers();
2922     return NestingDetected;
2923   case IC_AutoreleasepoolPush:
2924   case IC_None:
2925     // These are irrelevant.
2926     return NestingDetected;
2927   default:
2928     break;
2929   }
2930
2931   // Consider any other possible effects of this instruction on each
2932   // pointer being tracked.
2933   for (BBState::ptr_iterator MI = MyStates.bottom_up_ptr_begin(),
2934        ME = MyStates.bottom_up_ptr_end(); MI != ME; ++MI) {
2935     const Value *Ptr = MI->first;
2936     if (Ptr == Arg)
2937       continue; // Handled above.
2938     PtrState &S = MI->second;
2939     Sequence Seq = S.GetSeq();
2940
2941     // Check for possible releases.
2942     if (CanAlterRefCount(Inst, Ptr, PA, Class)) {
2943       S.ClearRefCount();
2944       switch (Seq) {
2945       case S_Use:
2946         S.SetSeq(S_CanRelease);
2947         continue;
2948       case S_CanRelease:
2949       case S_Release:
2950       case S_MovableRelease:
2951       case S_Stop:
2952       case S_None:
2953         break;
2954       case S_Retain:
2955         llvm_unreachable("bottom-up pointer in retain state!");
2956       }
2957     }
2958
2959     // Check for possible direct uses.
2960     switch (Seq) {
2961     case S_Release:
2962     case S_MovableRelease:
2963       if (CanUse(Inst, Ptr, PA, Class)) {
2964         assert(S.RRI.ReverseInsertPts.empty());
2965         // If this is an invoke instruction, we're scanning it as part of
2966         // one of its successor blocks, since we can't insert code after it
2967         // in its own block, and we don't want to split critical edges.
2968         if (isa<InvokeInst>(Inst))
2969           S.RRI.ReverseInsertPts.insert(BB->getFirstInsertionPt());
2970         else
2971           S.RRI.ReverseInsertPts.insert(llvm::next(BasicBlock::iterator(Inst)));
2972         S.SetSeq(S_Use);
2973       } else if (Seq == S_Release &&
2974                  (Class == IC_User || Class == IC_CallOrUser)) {
2975         // Non-movable releases depend on any possible objc pointer use.
2976         S.SetSeq(S_Stop);
2977         assert(S.RRI.ReverseInsertPts.empty());
2978         // As above; handle invoke specially.
2979         if (isa<InvokeInst>(Inst))
2980           S.RRI.ReverseInsertPts.insert(BB->getFirstInsertionPt());
2981         else
2982           S.RRI.ReverseInsertPts.insert(llvm::next(BasicBlock::iterator(Inst)));
2983       }
2984       break;
2985     case S_Stop:
2986       if (CanUse(Inst, Ptr, PA, Class))
2987         S.SetSeq(S_Use);
2988       break;
2989     case S_CanRelease:
2990     case S_Use:
2991     case S_None:
2992       break;
2993     case S_Retain:
2994       llvm_unreachable("bottom-up pointer in retain state!");
2995     }
2996   }
2997
2998   return NestingDetected;
2999 }
3000
3001 bool
3002 ObjCARCOpt::VisitBottomUp(BasicBlock *BB,
3003                           DenseMap<const BasicBlock *, BBState> &BBStates,
3004                           MapVector<Value *, RRInfo> &Retains) {
3005   bool NestingDetected = false;
3006   BBState &MyStates = BBStates[BB];
3007
3008   // Merge the states from each successor to compute the initial state
3009   // for the current block.
3010   BBState::edge_iterator SI(MyStates.succ_begin()),
3011                          SE(MyStates.succ_end());
3012   if (SI != SE) {
3013     const BasicBlock *Succ = *SI;
3014     DenseMap<const BasicBlock *, BBState>::iterator I = BBStates.find(Succ);
3015     assert(I != BBStates.end());
3016     MyStates.InitFromSucc(I->second);
3017     ++SI;
3018     for (; SI != SE; ++SI) {
3019       Succ = *SI;
3020       I = BBStates.find(Succ);
3021       assert(I != BBStates.end());
3022       MyStates.MergeSucc(I->second);
3023     }
3024   }
3025
3026   // Visit all the instructions, bottom-up.
3027   for (BasicBlock::iterator I = BB->end(), E = BB->begin(); I != E; --I) {
3028     Instruction *Inst = llvm::prior(I);
3029
3030     // Invoke instructions are visited as part of their successors (below).
3031     if (isa<InvokeInst>(Inst))
3032       continue;
3033
3034     DEBUG(dbgs() << "ObjCARCOpt::VisitButtonUp: Visiting " << *Inst << "\n");
3035
3036     NestingDetected |= VisitInstructionBottomUp(Inst, BB, Retains, MyStates);
3037   }
3038
3039   // If there's a predecessor with an invoke, visit the invoke as if it were
3040   // part of this block, since we can't insert code after an invoke in its own
3041   // block, and we don't want to split critical edges.
3042   for (BBState::edge_iterator PI(MyStates.pred_begin()),
3043        PE(MyStates.pred_end()); PI != PE; ++PI) {
3044     BasicBlock *Pred = *PI;
3045     if (InvokeInst *II = dyn_cast<InvokeInst>(&Pred->back()))
3046       NestingDetected |= VisitInstructionBottomUp(II, BB, Retains, MyStates);
3047   }
3048
3049   return NestingDetected;
3050 }
3051
3052 bool
3053 ObjCARCOpt::VisitInstructionTopDown(Instruction *Inst,
3054                                     DenseMap<Value *, RRInfo> &Releases,
3055                                     BBState &MyStates) {
3056   bool NestingDetected = false;
3057   InstructionClass Class = GetInstructionClass(Inst);
3058   const Value *Arg = 0;
3059
3060   switch (Class) {
3061   case IC_RetainBlock:
3062     // An objc_retainBlock call with just a use may need to be kept,
3063     // because it may be copying a block from the stack to the heap.
3064     if (!IsRetainBlockOptimizable(Inst))
3065       break;
3066     // FALLTHROUGH
3067   case IC_Retain:
3068   case IC_RetainRV: {
3069     Arg = GetObjCArg(Inst);
3070
3071     PtrState &S = MyStates.getPtrTopDownState(Arg);
3072
3073     // Don't do retain+release tracking for IC_RetainRV, because it's
3074     // better to let it remain as the first instruction after a call.
3075     if (Class != IC_RetainRV) {
3076       // If we see two retains in a row on the same pointer. If so, make
3077       // a note, and we'll cicle back to revisit it after we've
3078       // hopefully eliminated the second retain, which may allow us to
3079       // eliminate the first retain too.
3080       // Theoretically we could implement removal of nested retain+release
3081       // pairs by making PtrState hold a stack of states, but this is
3082       // simple and avoids adding overhead for the non-nested case.
3083       if (S.GetSeq() == S_Retain)
3084         NestingDetected = true;
3085
3086       S.ResetSequenceProgress(S_Retain);
3087       S.RRI.IsRetainBlock = Class == IC_RetainBlock;
3088       S.RRI.KnownSafe = S.IsKnownIncremented();
3089       S.RRI.Calls.insert(Inst);
3090     }
3091
3092     S.SetKnownPositiveRefCount();
3093
3094     // A retain can be a potential use; procede to the generic checking
3095     // code below.
3096     break;
3097   }
3098   case IC_Release: {
3099     Arg = GetObjCArg(Inst);
3100
3101     PtrState &S = MyStates.getPtrTopDownState(Arg);
3102     S.ClearRefCount();
3103
3104     switch (S.GetSeq()) {
3105     case S_Retain:
3106     case S_CanRelease:
3107       S.RRI.ReverseInsertPts.clear();
3108       // FALL THROUGH
3109     case S_Use:
3110       S.RRI.ReleaseMetadata = Inst->getMetadata(ImpreciseReleaseMDKind);
3111       S.RRI.IsTailCallRelease = cast<CallInst>(Inst)->isTailCall();
3112       Releases[Inst] = S.RRI;
3113       S.ClearSequenceProgress();
3114       break;
3115     case S_None:
3116       break;
3117     case S_Stop:
3118     case S_Release:
3119     case S_MovableRelease:
3120       llvm_unreachable("top-down pointer in release state!");
3121     }
3122     break;
3123   }
3124   case IC_AutoreleasepoolPop:
3125     // Conservatively, clear MyStates for all known pointers.
3126     MyStates.clearTopDownPointers();
3127     return NestingDetected;
3128   case IC_AutoreleasepoolPush:
3129   case IC_None:
3130     // These are irrelevant.
3131     return NestingDetected;
3132   default:
3133     break;
3134   }
3135
3136   // Consider any other possible effects of this instruction on each
3137   // pointer being tracked.
3138   for (BBState::ptr_iterator MI = MyStates.top_down_ptr_begin(),
3139        ME = MyStates.top_down_ptr_end(); MI != ME; ++MI) {
3140     const Value *Ptr = MI->first;
3141     if (Ptr == Arg)
3142       continue; // Handled above.
3143     PtrState &S = MI->second;
3144     Sequence Seq = S.GetSeq();
3145
3146     // Check for possible releases.
3147     if (CanAlterRefCount(Inst, Ptr, PA, Class)) {
3148       S.ClearRefCount();
3149       switch (Seq) {
3150       case S_Retain:
3151         S.SetSeq(S_CanRelease);
3152         assert(S.RRI.ReverseInsertPts.empty());
3153         S.RRI.ReverseInsertPts.insert(Inst);
3154
3155         // One call can't cause a transition from S_Retain to S_CanRelease
3156         // and S_CanRelease to S_Use. If we've made the first transition,
3157         // we're done.
3158         continue;
3159       case S_Use:
3160       case S_CanRelease:
3161       case S_None:
3162         break;
3163       case S_Stop:
3164       case S_Release:
3165       case S_MovableRelease:
3166         llvm_unreachable("top-down pointer in release state!");
3167       }
3168     }
3169
3170     // Check for possible direct uses.
3171     switch (Seq) {
3172     case S_CanRelease:
3173       if (CanUse(Inst, Ptr, PA, Class))
3174         S.SetSeq(S_Use);
3175       break;
3176     case S_Retain:
3177     case S_Use:
3178     case S_None:
3179       break;
3180     case S_Stop:
3181     case S_Release:
3182     case S_MovableRelease:
3183       llvm_unreachable("top-down pointer in release state!");
3184     }
3185   }
3186
3187   return NestingDetected;
3188 }
3189
3190 bool
3191 ObjCARCOpt::VisitTopDown(BasicBlock *BB,
3192                          DenseMap<const BasicBlock *, BBState> &BBStates,
3193                          DenseMap<Value *, RRInfo> &Releases) {
3194   bool NestingDetected = false;
3195   BBState &MyStates = BBStates[BB];
3196
3197   // Merge the states from each predecessor to compute the initial state
3198   // for the current block.
3199   BBState::edge_iterator PI(MyStates.pred_begin()),
3200                          PE(MyStates.pred_end());
3201   if (PI != PE) {
3202     const BasicBlock *Pred = *PI;
3203     DenseMap<const BasicBlock *, BBState>::iterator I = BBStates.find(Pred);
3204     assert(I != BBStates.end());
3205     MyStates.InitFromPred(I->second);
3206     ++PI;
3207     for (; PI != PE; ++PI) {
3208       Pred = *PI;
3209       I = BBStates.find(Pred);
3210       assert(I != BBStates.end());
3211       MyStates.MergePred(I->second);
3212     }
3213   }
3214
3215   // Visit all the instructions, top-down.
3216   for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(), E = BB->end(); I != E; ++I) {
3217     Instruction *Inst = I;
3218
3219     DEBUG(dbgs() << "ObjCARCOpt::VisitTopDown: Visiting " << *Inst << "\n");
3220
3221     NestingDetected |= VisitInstructionTopDown(Inst, Releases, MyStates);
3222   }
3223
3224   CheckForCFGHazards(BB, BBStates, MyStates);
3225   return NestingDetected;
3226 }
3227
3228 static void
3229 ComputePostOrders(Function &F,
3230                   SmallVectorImpl<BasicBlock *> &PostOrder,
3231                   SmallVectorImpl<BasicBlock *> &ReverseCFGPostOrder,
3232                   unsigned NoObjCARCExceptionsMDKind,
3233                   DenseMap<const BasicBlock *, BBState> &BBStates) {
3234   /// The visited set, for doing DFS walks.
3235   SmallPtrSet<BasicBlock *, 16> Visited;
3236
3237   // Do DFS, computing the PostOrder.
3238   SmallPtrSet<BasicBlock *, 16> OnStack;
3239   SmallVector<std::pair<BasicBlock *, succ_iterator>, 16> SuccStack;
3240
3241   // Functions always have exactly one entry block, and we don't have
3242   // any other block that we treat like an entry block.
3243   BasicBlock *EntryBB = &F.getEntryBlock();
3244   BBState &MyStates = BBStates[EntryBB];
3245   MyStates.SetAsEntry();
3246   TerminatorInst *EntryTI = cast<TerminatorInst>(&EntryBB->back());
3247   SuccStack.push_back(std::make_pair(EntryBB, succ_iterator(EntryTI)));
3248   Visited.insert(EntryBB);
3249   OnStack.insert(EntryBB);
3250   do {
3251   dfs_next_succ:
3252     BasicBlock *CurrBB = SuccStack.back().first;
3253     TerminatorInst *TI = cast<TerminatorInst>(&CurrBB->back());
3254     succ_iterator SE(TI, false);
3255
3256     while (SuccStack.back().second != SE) {
3257       BasicBlock *SuccBB = *SuccStack.back().second++;
3258       if (Visited.insert(SuccBB)) {
3259         TerminatorInst *TI = cast<TerminatorInst>(&SuccBB->back());
3260         SuccStack.push_back(std::make_pair(SuccBB, succ_iterator(TI)));
3261         BBStates[CurrBB].addSucc(SuccBB);
3262         BBState &SuccStates = BBStates[SuccBB];
3263         SuccStates.addPred(CurrBB);
3264         OnStack.insert(SuccBB);
3265         goto dfs_next_succ;
3266       }
3267
3268       if (!OnStack.count(SuccBB)) {
3269         BBStates[CurrBB].addSucc(SuccBB);
3270         BBStates[SuccBB].addPred(CurrBB);
3271       }
3272     }
3273     OnStack.erase(CurrBB);
3274     PostOrder.push_back(CurrBB);
3275     SuccStack.pop_back();
3276   } while (!SuccStack.empty());
3277
3278   Visited.clear();
3279
3280   // Do reverse-CFG DFS, computing the reverse-CFG PostOrder.
3281   // Functions may have many exits, and there also blocks which we treat
3282   // as exits due to ignored edges.
3283   SmallVector<std::pair<BasicBlock *, BBState::edge_iterator>, 16> PredStack;
3284   for (Function::iterator I = F.begin(), E = F.end(); I != E; ++I) {
3285     BasicBlock *ExitBB = I;
3286     BBState &MyStates = BBStates[ExitBB];
3287     if (!MyStates.isExit())
3288       continue;
3289
3290     MyStates.SetAsExit();
3291
3292     PredStack.push_back(std::make_pair(ExitBB, MyStates.pred_begin()));
3293     Visited.insert(ExitBB);
3294     while (!PredStack.empty()) {
3295     reverse_dfs_next_succ:
3296       BBState::edge_iterator PE = BBStates[PredStack.back().first].pred_end();
3297       while (PredStack.back().second != PE) {
3298         BasicBlock *BB = *PredStack.back().second++;
3299         if (Visited.insert(BB)) {
3300           PredStack.push_back(std::make_pair(BB, BBStates[BB].pred_begin()));
3301           goto reverse_dfs_next_succ;
3302         }
3303       }
3304       ReverseCFGPostOrder.push_back(PredStack.pop_back_val().first);
3305     }
3306   }
3307 }
3308
3309 // Visit the function both top-down and bottom-up.
3310 bool
3311 ObjCARCOpt::Visit(Function &F,
3312                   DenseMap<const BasicBlock *, BBState> &BBStates,
3313                   MapVector<Value *, RRInfo> &Retains,
3314                   DenseMap<Value *, RRInfo> &Releases) {
3315
3316   // Use reverse-postorder traversals, because we magically know that loops
3317   // will be well behaved, i.e. they won't repeatedly call retain on a single
3318   // pointer without doing a release. We can't use the ReversePostOrderTraversal
3319   // class here because we want the reverse-CFG postorder to consider each
3320   // function exit point, and we want to ignore selected cycle edges.
3321   SmallVector<BasicBlock *, 16> PostOrder;
3322   SmallVector<BasicBlock *, 16> ReverseCFGPostOrder;
3323   ComputePostOrders(F, PostOrder, ReverseCFGPostOrder,
3324                     NoObjCARCExceptionsMDKind,
3325                     BBStates);
3326
3327   // Use reverse-postorder on the reverse CFG for bottom-up.
3328   bool BottomUpNestingDetected = false;
3329   for (SmallVectorImpl<BasicBlock *>::const_reverse_iterator I =
3330        ReverseCFGPostOrder.rbegin(), E = ReverseCFGPostOrder.rend();
3331        I != E; ++I)
3332     BottomUpNestingDetected |= VisitBottomUp(*I, BBStates, Retains);
3333
3334   // Use reverse-postorder for top-down.
3335   bool TopDownNestingDetected = false;
3336   for (SmallVectorImpl<BasicBlock *>::const_reverse_iterator I =
3337        PostOrder.rbegin(), E = PostOrder.rend();
3338        I != E; ++I)
3339     TopDownNestingDetected |= VisitTopDown(*I, BBStates, Releases);
3340
3341   return TopDownNestingDetected && BottomUpNestingDetected;
3342 }
3343
3344 /// Move the calls in RetainsToMove and ReleasesToMove.
3345 void ObjCARCOpt::MoveCalls(Value *Arg,
3346                            RRInfo &RetainsToMove,
3347                            RRInfo &ReleasesToMove,
3348                            MapVector<Value *, RRInfo> &Retains,
3349                            DenseMap<Value *, RRInfo> &Releases,
3350                            SmallVectorImpl<Instruction *> &DeadInsts,
3351                            Module *M) {
3352   Type *ArgTy = Arg->getType();
3353   Type *ParamTy = PointerType::getUnqual(Type::getInt8Ty(ArgTy->getContext()));
3354
3355   // Insert the new retain and release calls.
3356   for (SmallPtrSet<Instruction *, 2>::const_iterator
3357        PI = ReleasesToMove.ReverseInsertPts.begin(),
3358        PE = ReleasesToMove.ReverseInsertPts.end(); PI != PE; ++PI) {
3359     Instruction *InsertPt = *PI;
3360     Value *MyArg = ArgTy == ParamTy ? Arg :
3361                    new BitCastInst(Arg, ParamTy, "", InsertPt);
3362     CallInst *Call =
3363       CallInst::Create(RetainsToMove.IsRetainBlock ?
3364                          getRetainBlockCallee(M) : getRetainCallee(M),
3365                        MyArg, "", InsertPt);
3366     Call->setDoesNotThrow();
3367     if (RetainsToMove.IsRetainBlock)
3368       Call->setMetadata(CopyOnEscapeMDKind,
3369                         MDNode::get(M->getContext(), ArrayRef<Value *>()));
3370     else
3371       Call->setTailCall();
3372
3373     DEBUG(dbgs() << "ObjCARCOpt::MoveCalls: Inserting new Release: " << *Call
3374                  << "\n"
3375                     "                       At insertion point: " << *InsertPt
3376                  << "\n");
3377   }
3378   for (SmallPtrSet<Instruction *, 2>::const_iterator
3379        PI = RetainsToMove.ReverseInsertPts.begin(),
3380        PE = RetainsToMove.ReverseInsertPts.end(); PI != PE; ++PI) {
3381     Instruction *InsertPt = *PI;
3382     Value *MyArg = ArgTy == ParamTy ? Arg :
3383                    new BitCastInst(Arg, ParamTy, "", InsertPt);
3384     CallInst *Call = CallInst::Create(getReleaseCallee(M), MyArg,
3385                                       "", InsertPt);
3386     // Attach a clang.imprecise_release metadata tag, if appropriate.
3387     if (MDNode *M = ReleasesToMove.ReleaseMetadata)
3388       Call->setMetadata(ImpreciseReleaseMDKind, M);
3389     Call->setDoesNotThrow();
3390     if (ReleasesToMove.IsTailCallRelease)
3391       Call->setTailCall();
3392
3393     DEBUG(dbgs() << "ObjCARCOpt::MoveCalls: Inserting new Retain: " << *Call
3394                  << "\n"
3395                     "                       At insertion point: " << *InsertPt
3396                  << "\n");
3397   }
3398
3399   // Delete the original retain and release calls.
3400   for (SmallPtrSet<Instruction *, 2>::const_iterator
3401        AI = RetainsToMove.Calls.begin(),
3402        AE = RetainsToMove.Calls.end(); AI != AE; ++AI) {
3403     Instruction *OrigRetain = *AI;
3404     Retains.blot(OrigRetain);
3405     DeadInsts.push_back(OrigRetain);
3406     DEBUG(dbgs() << "ObjCARCOpt::MoveCalls: Deleting retain: " << *OrigRetain <<
3407                     "\n");
3408   }
3409   for (SmallPtrSet<Instruction *, 2>::const_iterator
3410        AI = ReleasesToMove.Calls.begin(),
3411        AE = ReleasesToMove.Calls.end(); AI != AE; ++AI) {
3412     Instruction *OrigRelease = *AI;
3413     Releases.erase(OrigRelease);
3414     DeadInsts.push_back(OrigRelease);
3415     DEBUG(dbgs() << "ObjCARCOpt::MoveCalls: Deleting release: " << *OrigRelease
3416                  << "\n");
3417   }
3418 }
3419
3420 bool
3421 ObjCARCOpt::ConnectTDBUTraversals(DenseMap<const BasicBlock *, BBState>
3422                                     &BBStates,
3423                                   MapVector<Value *, RRInfo> &Retains,
3424                                   DenseMap<Value *, RRInfo> &Releases,
3425                                   Module *M,
3426                                   SmallVector<Instruction *, 4> &NewRetains,
3427                                   SmallVector<Instruction *, 4> &NewReleases,
3428                                   SmallVector<Instruction *, 8> &DeadInsts,
3429                                   RRInfo &RetainsToMove,
3430                                   RRInfo &ReleasesToMove,
3431                                   Value *Arg,
3432                                   bool KnownSafe,
3433                                   bool &AnyPairsCompletelyEliminated) {
3434   // If a pair happens in a region where it is known that the reference count
3435   // is already incremented, we can similarly ignore possible decrements.
3436   bool KnownSafeTD = true, KnownSafeBU = true;
3437
3438   // Connect the dots between the top-down-collected RetainsToMove and
3439   // bottom-up-collected ReleasesToMove to form sets of related calls.
3440   // This is an iterative process so that we connect multiple releases
3441   // to multiple retains if needed.
3442   unsigned OldDelta = 0;
3443   unsigned NewDelta = 0;
3444   unsigned OldCount = 0;
3445   unsigned NewCount = 0;
3446   bool FirstRelease = true;
3447   bool FirstRetain = true;
3448   for (;;) {
3449     for (SmallVectorImpl<Instruction *>::const_iterator
3450            NI = NewRetains.begin(), NE = NewRetains.end(); NI != NE; ++NI) {
3451       Instruction *NewRetain = *NI;
3452       MapVector<Value *, RRInfo>::const_iterator It = Retains.find(NewRetain);
3453       assert(It != Retains.end());
3454       const RRInfo &NewRetainRRI = It->second;
3455       KnownSafeTD &= NewRetainRRI.KnownSafe;
3456       for (SmallPtrSet<Instruction *, 2>::const_iterator
3457              LI = NewRetainRRI.Calls.begin(),
3458              LE = NewRetainRRI.Calls.end(); LI != LE; ++LI) {
3459         Instruction *NewRetainRelease = *LI;
3460         DenseMap<Value *, RRInfo>::const_iterator Jt =
3461           Releases.find(NewRetainRelease);
3462         if (Jt == Releases.end())
3463           return false;
3464         const RRInfo &NewRetainReleaseRRI = Jt->second;
3465         assert(NewRetainReleaseRRI.Calls.count(NewRetain));
3466         if (ReleasesToMove.Calls.insert(NewRetainRelease)) {
3467           OldDelta -=
3468             BBStates[NewRetainRelease->getParent()].GetAllPathCount();
3469
3470           // Merge the ReleaseMetadata and IsTailCallRelease values.
3471           if (FirstRelease) {
3472             ReleasesToMove.ReleaseMetadata =
3473               NewRetainReleaseRRI.ReleaseMetadata;
3474             ReleasesToMove.IsTailCallRelease =
3475               NewRetainReleaseRRI.IsTailCallRelease;
3476             FirstRelease = false;
3477           } else {
3478             if (ReleasesToMove.ReleaseMetadata !=
3479                 NewRetainReleaseRRI.ReleaseMetadata)
3480               ReleasesToMove.ReleaseMetadata = 0;
3481             if (ReleasesToMove.IsTailCallRelease !=
3482                 NewRetainReleaseRRI.IsTailCallRelease)
3483               ReleasesToMove.IsTailCallRelease = false;
3484           }
3485
3486           // Collect the optimal insertion points.
3487           if (!KnownSafe)
3488             for (SmallPtrSet<Instruction *, 2>::const_iterator
3489                    RI = NewRetainReleaseRRI.ReverseInsertPts.begin(),
3490                    RE = NewRetainReleaseRRI.ReverseInsertPts.end();
3491                  RI != RE; ++RI) {
3492               Instruction *RIP = *RI;
3493               if (ReleasesToMove.ReverseInsertPts.insert(RIP))
3494                 NewDelta -= BBStates[RIP->getParent()].GetAllPathCount();
3495             }
3496           NewReleases.push_back(NewRetainRelease);
3497         }
3498       }
3499     }
3500     NewRetains.clear();
3501     if (NewReleases.empty()) break;
3502
3503     // Back the other way.
3504     for (SmallVectorImpl<Instruction *>::const_iterator
3505            NI = NewReleases.begin(), NE = NewReleases.end(); NI != NE; ++NI) {
3506       Instruction *NewRelease = *NI;
3507       DenseMap<Value *, RRInfo>::const_iterator It =
3508         Releases.find(NewRelease);
3509       assert(It != Releases.end());
3510       const RRInfo &NewReleaseRRI = It->second;
3511       KnownSafeBU &= NewReleaseRRI.KnownSafe;
3512       for (SmallPtrSet<Instruction *, 2>::const_iterator
3513              LI = NewReleaseRRI.Calls.begin(),
3514              LE = NewReleaseRRI.Calls.end(); LI != LE; ++LI) {
3515         Instruction *NewReleaseRetain = *LI;
3516         MapVector<Value *, RRInfo>::const_iterator Jt =
3517           Retains.find(NewReleaseRetain);
3518         if (Jt == Retains.end())
3519           return false;
3520         const RRInfo &NewReleaseRetainRRI = Jt->second;
3521         assert(NewReleaseRetainRRI.Calls.count(NewRelease));
3522         if (RetainsToMove.Calls.insert(NewReleaseRetain)) {
3523           unsigned PathCount =
3524             BBStates[NewReleaseRetain->getParent()].GetAllPathCount();
3525           OldDelta += PathCount;
3526           OldCount += PathCount;
3527
3528           // Merge the IsRetainBlock values.
3529           if (FirstRetain) {
3530             RetainsToMove.IsRetainBlock = NewReleaseRetainRRI.IsRetainBlock;
3531             FirstRetain = false;
3532           } else if (ReleasesToMove.IsRetainBlock !=
3533                      NewReleaseRetainRRI.IsRetainBlock)
3534             // It's not possible to merge the sequences if one uses
3535             // objc_retain and the other uses objc_retainBlock.
3536             return false;
3537
3538           // Collect the optimal insertion points.
3539           if (!KnownSafe)
3540             for (SmallPtrSet<Instruction *, 2>::const_iterator
3541                    RI = NewReleaseRetainRRI.ReverseInsertPts.begin(),
3542                    RE = NewReleaseRetainRRI.ReverseInsertPts.end();
3543                  RI != RE; ++RI) {
3544               Instruction *RIP = *RI;
3545               if (RetainsToMove.ReverseInsertPts.insert(RIP)) {
3546                 PathCount = BBStates[RIP->getParent()].GetAllPathCount();
3547                 NewDelta += PathCount;
3548                 NewCount += PathCount;
3549               }
3550             }
3551           NewRetains.push_back(NewReleaseRetain);
3552         }
3553       }
3554     }
3555     NewReleases.clear();
3556     if (NewRetains.empty()) break;
3557   }
3558
3559   // If the pointer is known incremented or nested, we can safely delete the
3560   // pair regardless of what's between them.
3561   if (KnownSafeTD || KnownSafeBU) {
3562     RetainsToMove.ReverseInsertPts.clear();
3563     ReleasesToMove.ReverseInsertPts.clear();
3564     NewCount = 0;
3565   } else {
3566     // Determine whether the new insertion points we computed preserve the
3567     // balance of retain and release calls through the program.
3568     // TODO: If the fully aggressive solution isn't valid, try to find a
3569     // less aggressive solution which is.
3570     if (NewDelta != 0)
3571       return false;
3572   }
3573
3574   // Determine whether the original call points are balanced in the retain and
3575   // release calls through the program. If not, conservatively don't touch
3576   // them.
3577   // TODO: It's theoretically possible to do code motion in this case, as
3578   // long as the existing imbalances are maintained.
3579   if (OldDelta != 0)
3580     return false;
3581
3582   Changed = true;
3583   assert(OldCount != 0 && "Unreachable code?");
3584   NumRRs += OldCount - NewCount;
3585   // Set to true if we completely removed any RR pairs.
3586   AnyPairsCompletelyEliminated = NewCount == 0;
3587
3588   // We can move calls!
3589   return true;
3590 }
3591
3592 /// Identify pairings between the retains and releases, and delete and/or move
3593 /// them.
3594 bool
3595 ObjCARCOpt::PerformCodePlacement(DenseMap<const BasicBlock *, BBState>
3596                                    &BBStates,
3597                                  MapVector<Value *, RRInfo> &Retains,
3598                                  DenseMap<Value *, RRInfo> &Releases,
3599                                  Module *M) {
3600   bool AnyPairsCompletelyEliminated = false;
3601   RRInfo RetainsToMove;
3602   RRInfo ReleasesToMove;
3603   SmallVector<Instruction *, 4> NewRetains;
3604   SmallVector<Instruction *, 4> NewReleases;
3605   SmallVector<Instruction *, 8> DeadInsts;
3606
3607   // Visit each retain.
3608   for (MapVector<Value *, RRInfo>::const_iterator I = Retains.begin(),
3609        E = Retains.end(); I != E; ++I) {
3610     Value *V = I->first;
3611     if (!V) continue; // blotted
3612
3613     Instruction *Retain = cast<Instruction>(V);
3614
3615     DEBUG(dbgs() << "ObjCARCOpt::PerformCodePlacement: Visiting: " << *Retain
3616           << "\n");
3617
3618     Value *Arg = GetObjCArg(Retain);
3619
3620     // If the object being released is in static or stack storage, we know it's
3621     // not being managed by ObjC reference counting, so we can delete pairs
3622     // regardless of what possible decrements or uses lie between them.
3623     bool KnownSafe = isa<Constant>(Arg) || isa<AllocaInst>(Arg);
3624
3625     // A constant pointer can't be pointing to an object on the heap. It may
3626     // be reference-counted, but it won't be deleted.
3627     if (const LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(Arg))
3628       if (const GlobalVariable *GV =
3629             dyn_cast<GlobalVariable>(
3630               StripPointerCastsAndObjCCalls(LI->getPointerOperand())))
3631         if (GV->isConstant())
3632           KnownSafe = true;
3633
3634     // Connect the dots between the top-down-collected RetainsToMove and
3635     // bottom-up-collected ReleasesToMove to form sets of related calls.
3636     NewRetains.push_back(Retain);
3637     bool PerformMoveCalls =
3638       ConnectTDBUTraversals(BBStates, Retains, Releases, M, NewRetains,
3639                             NewReleases, DeadInsts, RetainsToMove,
3640                             ReleasesToMove, Arg, KnownSafe,
3641                             AnyPairsCompletelyEliminated);
3642
3643     if (PerformMoveCalls) {
3644       // Ok, everything checks out and we're all set. Let's move/delete some
3645       // code!
3646       MoveCalls(Arg, RetainsToMove, ReleasesToMove,
3647                 Retains, Releases, DeadInsts, M);
3648     }
3649
3650     // Clean up state for next retain.
3651     NewReleases.clear();
3652     NewRetains.clear();
3653     RetainsToMove.clear();
3654     ReleasesToMove.clear();
3655   }
3656
3657   // Now that we're done moving everything, we can delete the newly dead
3658   // instructions, as we no longer need them as insert points.
3659   while (!DeadInsts.empty())
3660     EraseInstruction(DeadInsts.pop_back_val());
3661
3662   return AnyPairsCompletelyEliminated;
3663 }
3664
3665 /// Weak pointer optimizations.
3666 void ObjCARCOpt::OptimizeWeakCalls(Function &F) {
3667   // First, do memdep-style RLE and S2L optimizations. We can't use memdep
3668   // itself because it uses AliasAnalysis and we need to do provenance
3669   // queries instead.
3670   for (inst_iterator I = inst_begin(&F), E = inst_end(&F); I != E; ) {
3671     Instruction *Inst = &*I++;
3672
3673     DEBUG(dbgs() << "ObjCARCOpt::OptimizeWeakCalls: Visiting: " << *Inst <<
3674           "\n");
3675
3676     InstructionClass Class = GetBasicInstructionClass(Inst);
3677     if (Class != IC_LoadWeak && Class != IC_LoadWeakRetained)
3678       continue;
3679
3680     // Delete objc_loadWeak calls with no users.
3681     if (Class == IC_LoadWeak && Inst->use_empty()) {
3682       Inst->eraseFromParent();
3683       continue;
3684     }
3685
3686     // TODO: For now, just look for an earlier available version of this value
3687     // within the same block. Theoretically, we could do memdep-style non-local
3688     // analysis too, but that would want caching. A better approach would be to
3689     // use the technique that EarlyCSE uses.
3690     inst_iterator Current = llvm::prior(I);
3691     BasicBlock *CurrentBB = Current.getBasicBlockIterator();
3692     for (BasicBlock::iterator B = CurrentBB->begin(),
3693                               J = Current.getInstructionIterator();
3694          J != B; --J) {
3695       Instruction *EarlierInst = &*llvm::prior(J);
3696       InstructionClass EarlierClass = GetInstructionClass(EarlierInst);
3697       switch (EarlierClass) {
3698       case IC_LoadWeak:
3699       case IC_LoadWeakRetained: {
3700         // If this is loading from the same pointer, replace this load's value
3701         // with that one.
3702         CallInst *Call = cast<CallInst>(Inst);
3703         CallInst *EarlierCall = cast<CallInst>(EarlierInst);
3704         Value *Arg = Call->getArgOperand(0);
3705         Value *EarlierArg = EarlierCall->getArgOperand(0);
3706         switch (PA.getAA()->alias(Arg, EarlierArg)) {
3707         case AliasAnalysis::MustAlias:
3708           Changed = true;
3709           // If the load has a builtin retain, insert a plain retain for it.
3710           if (Class == IC_LoadWeakRetained) {
3711             CallInst *CI =
3712               CallInst::Create(getRetainCallee(F.getParent()), EarlierCall,
3713                                "", Call);
3714             CI->setTailCall();
3715           }
3716           // Zap the fully redundant load.
3717           Call->replaceAllUsesWith(EarlierCall);
3718           Call->eraseFromParent();
3719           goto clobbered;
3720         case AliasAnalysis::MayAlias:
3721         case AliasAnalysis::PartialAlias:
3722           goto clobbered;
3723         case AliasAnalysis::NoAlias:
3724           break;
3725         }
3726         break;
3727       }
3728       case IC_StoreWeak:
3729       case IC_InitWeak: {
3730         // If this is storing to the same pointer and has the same size etc.
3731         // replace this load's value with the stored value.
3732         CallInst *Call = cast<CallInst>(Inst);
3733         CallInst *EarlierCall = cast<CallInst>(EarlierInst);
3734         Value *Arg = Call->getArgOperand(0);
3735         Value *EarlierArg = EarlierCall->getArgOperand(0);
3736         switch (PA.getAA()->alias(Arg, EarlierArg)) {
3737         case AliasAnalysis::MustAlias:
3738           Changed = true;
3739           // If the load has a builtin retain, insert a plain retain for it.
3740           if (Class == IC_LoadWeakRetained) {
3741             CallInst *CI =
3742               CallInst::Create(getRetainCallee(F.getParent()), EarlierCall,
3743                                "", Call);
3744             CI->setTailCall();
3745           }
3746           // Zap the fully redundant load.
3747           Call->replaceAllUsesWith(EarlierCall->getArgOperand(1));
3748           Call->eraseFromParent();
3749           goto clobbered;
3750         case AliasAnalysis::MayAlias:
3751         case AliasAnalysis::PartialAlias:
3752           goto clobbered;
3753         case AliasAnalysis::NoAlias:
3754           break;
3755         }
3756         break;
3757       }
3758       case IC_MoveWeak:
3759       case IC_CopyWeak:
3760         // TOOD: Grab the copied value.
3761         goto clobbered;
3762       case IC_AutoreleasepoolPush:
3763       case IC_None:
3764       case IC_User:
3765         // Weak pointers are only modified through the weak entry points
3766         // (and arbitrary calls, which could call the weak entry points).
3767         break;
3768       default:
3769         // Anything else could modify the weak pointer.
3770         goto clobbered;
3771       }
3772     }
3773   clobbered:;
3774   }
3775
3776   // Then, for each destroyWeak with an alloca operand, check to see if
3777   // the alloca and all its users can be zapped.
3778   for (inst_iterator I = inst_begin(&F), E = inst_end(&F); I != E; ) {
3779     Instruction *Inst = &*I++;
3780     InstructionClass Class = GetBasicInstructionClass(Inst);
3781     if (Class != IC_DestroyWeak)
3782       continue;
3783
3784     CallInst *Call = cast<CallInst>(Inst);
3785     Value *Arg = Call->getArgOperand(0);
3786     if (AllocaInst *Alloca = dyn_cast<AllocaInst>(Arg)) {
3787       for (Value::use_iterator UI = Alloca->use_begin(),
3788            UE = Alloca->use_end(); UI != UE; ++UI) {
3789         const Instruction *UserInst = cast<Instruction>(*UI);
3790         switch (GetBasicInstructionClass(UserInst)) {
3791         case IC_InitWeak:
3792         case IC_StoreWeak:
3793         case IC_DestroyWeak:
3794           continue;
3795         default:
3796           goto done;
3797         }
3798       }
3799       Changed = true;
3800       for (Value::use_iterator UI = Alloca->use_begin(),
3801            UE = Alloca->use_end(); UI != UE; ) {
3802         CallInst *UserInst = cast<CallInst>(*UI++);
3803         switch (GetBasicInstructionClass(UserInst)) {
3804         case IC_InitWeak:
3805         case IC_StoreWeak:
3806           // These functions return their second argument.
3807           UserInst->replaceAllUsesWith(UserInst->getArgOperand(1));
3808           break;
3809         case IC_DestroyWeak:
3810           // No return value.
3811           break;
3812         default:
3813           llvm_unreachable("alloca really is used!");
3814         }
3815         UserInst->eraseFromParent();
3816       }
3817       Alloca->eraseFromParent();
3818     done:;
3819     }
3820   }
3821
3822   DEBUG(dbgs() << "ObjCARCOpt::OptimizeWeakCalls: Finished List.\n\n");
3823
3824 }
3825
3826 /// Identify program paths which execute sequences of retains and releases which
3827 /// can be eliminated.
3828 bool ObjCARCOpt::OptimizeSequences(Function &F) {
3829   /// Releases, Retains - These are used to store the results of the main flow
3830   /// analysis. These use Value* as the key instead of Instruction* so that the
3831   /// map stays valid when we get around to rewriting code and calls get
3832   /// replaced by arguments.
3833   DenseMap<Value *, RRInfo> Releases;
3834   MapVector<Value *, RRInfo> Retains;
3835
3836   /// This is used during the traversal of the function to track the
3837   /// states for each identified object at each block.
3838   DenseMap<const BasicBlock *, BBState> BBStates;
3839
3840   // Analyze the CFG of the function, and all instructions.
3841   bool NestingDetected = Visit(F, BBStates, Retains, Releases);
3842
3843   // Transform.
3844   return PerformCodePlacement(BBStates, Retains, Releases, F.getParent()) &&
3845          NestingDetected;
3846 }
3847
3848 /// Look for this pattern:
3849 /// \code
3850 ///    %call = call i8* @something(...)
3851 ///    %2 = call i8* @objc_retain(i8* %call)
3852 ///    %3 = call i8* @objc_autorelease(i8* %2)
3853 ///    ret i8* %3
3854 /// \endcode
3855 /// And delete the retain and autorelease.
3856 ///
3857 /// Otherwise if it's just this:
3858 /// \code
3859 ///    %3 = call i8* @objc_autorelease(i8* %2)
3860 ///    ret i8* %3
3861 /// \endcode
3862 /// convert the autorelease to autoreleaseRV.
3863 void ObjCARCOpt::OptimizeReturns(Function &F) {
3864   if (!F.getReturnType()->isPointerTy())
3865     return;
3866
3867   SmallPtrSet<Instruction *, 4> DependingInstructions;
3868   SmallPtrSet<const BasicBlock *, 4> Visited;
3869   for (Function::iterator FI = F.begin(), FE = F.end(); FI != FE; ++FI) {
3870     BasicBlock *BB = FI;
3871     ReturnInst *Ret = dyn_cast<ReturnInst>(&BB->back());
3872
3873     DEBUG(dbgs() << "ObjCARCOpt::OptimizeReturns: Visiting: " << *Ret << "\n");
3874
3875     if (!Ret) continue;
3876
3877     const Value *Arg = StripPointerCastsAndObjCCalls(Ret->getOperand(0));
3878     FindDependencies(NeedsPositiveRetainCount, Arg,
3879                      BB, Ret, DependingInstructions, Visited, PA);
3880     if (DependingInstructions.size() != 1)
3881       goto next_block;
3882
3883     {
3884       CallInst *Autorelease =
3885         dyn_cast_or_null<CallInst>(*DependingInstructions.begin());
3886       if (!Autorelease)
3887         goto next_block;
3888       InstructionClass AutoreleaseClass = GetBasicInstructionClass(Autorelease);
3889       if (!IsAutorelease(AutoreleaseClass))
3890         goto next_block;
3891       if (GetObjCArg(Autorelease) != Arg)
3892         goto next_block;
3893
3894       DependingInstructions.clear();
3895       Visited.clear();
3896
3897       // Check that there is nothing that can affect the reference
3898       // count between the autorelease and the retain.
3899       FindDependencies(CanChangeRetainCount, Arg,
3900                        BB, Autorelease, DependingInstructions, Visited, PA);
3901       if (DependingInstructions.size() != 1)
3902         goto next_block;
3903
3904       {
3905         CallInst *Retain =
3906           dyn_cast_or_null<CallInst>(*DependingInstructions.begin());
3907
3908         // Check that we found a retain with the same argument.
3909         if (!Retain ||
3910             !IsRetain(GetBasicInstructionClass(Retain)) ||
3911             GetObjCArg(Retain) != Arg)
3912           goto next_block;
3913
3914         DependingInstructions.clear();
3915         Visited.clear();
3916
3917         // Convert the autorelease to an autoreleaseRV, since it's
3918         // returning the value.
3919         if (AutoreleaseClass == IC_Autorelease) {
3920           DEBUG(dbgs() << "ObjCARCOpt::OptimizeReturns: Converting autorelease "
3921                           "=> autoreleaseRV since it's returning a value.\n"
3922                           "                             In: " << *Autorelease
3923                        << "\n");
3924           Autorelease->setCalledFunction(getAutoreleaseRVCallee(F.getParent()));
3925           DEBUG(dbgs() << "                             Out: " << *Autorelease
3926                        << "\n");
3927           Autorelease->setTailCall(); // Always tail call autoreleaseRV.
3928           AutoreleaseClass = IC_AutoreleaseRV;
3929         }
3930
3931         // Check that there is nothing that can affect the reference
3932         // count between the retain and the call.
3933         // Note that Retain need not be in BB.
3934         FindDependencies(CanChangeRetainCount, Arg, Retain->getParent(), Retain,
3935                          DependingInstructions, Visited, PA);
3936         if (DependingInstructions.size() != 1)
3937           goto next_block;
3938
3939         {
3940           CallInst *Call =
3941             dyn_cast_or_null<CallInst>(*DependingInstructions.begin());
3942
3943           // Check that the pointer is the return value of the call.
3944           if (!Call || Arg != Call)
3945             goto next_block;
3946
3947           // Check that the call is a regular call.
3948           InstructionClass Class = GetBasicInstructionClass(Call);
3949           if (Class != IC_CallOrUser && Class != IC_Call)
3950             goto next_block;
3951
3952           // If so, we can zap the retain and autorelease.
3953           Changed = true;
3954           ++NumRets;
3955           DEBUG(dbgs() << "ObjCARCOpt::OptimizeReturns: Erasing: " << *Retain
3956                        << "\n                             Erasing: "
3957                        << *Autorelease << "\n");
3958           EraseInstruction(Retain);
3959           EraseInstruction(Autorelease);
3960         }
3961       }
3962     }
3963
3964   next_block:
3965     DependingInstructions.clear();
3966     Visited.clear();
3967   }
3968
3969   DEBUG(dbgs() << "ObjCARCOpt::OptimizeReturns: Finished List.\n\n");
3970
3971 }
3972
3973 bool ObjCARCOpt::doInitialization(Module &M) {
3974   if (!EnableARCOpts)
3975     return false;
3976
3977   // If nothing in the Module uses ARC, don't do anything.
3978   Run = ModuleHasARC(M);
3979   if (!Run)
3980     return false;
3981
3982   // Identify the imprecise release metadata kind.
3983   ImpreciseReleaseMDKind =
3984     M.getContext().getMDKindID("clang.imprecise_release");
3985   CopyOnEscapeMDKind =
3986     M.getContext().getMDKindID("clang.arc.copy_on_escape");
3987   NoObjCARCExceptionsMDKind =
3988     M.getContext().getMDKindID("clang.arc.no_objc_arc_exceptions");
3989
3990   // Intuitively, objc_retain and others are nocapture, however in practice
3991   // they are not, because they return their argument value. And objc_release
3992   // calls finalizers which can have arbitrary side effects.
3993
3994   // These are initialized lazily.
3995   RetainRVCallee = 0;
3996   AutoreleaseRVCallee = 0;
3997   ReleaseCallee = 0;
3998   RetainCallee = 0;
3999   RetainBlockCallee = 0;
4000   AutoreleaseCallee = 0;
4001
4002   return false;
4003 }
4004
4005 bool ObjCARCOpt::runOnFunction(Function &F) {
4006   if (!EnableARCOpts)
4007     return false;
4008
4009   // If nothing in the Module uses ARC, don't do anything.
4010   if (!Run)
4011     return false;
4012
4013   Changed = false;
4014
4015   DEBUG(dbgs() << "ObjCARCOpt: Visiting Function: " << F.getName() << "\n");
4016
4017   PA.setAA(&getAnalysis<AliasAnalysis>());
4018
4019   // This pass performs several distinct transformations. As a compile-time aid
4020   // when compiling code that isn't ObjC, skip these if the relevant ObjC
4021   // library functions aren't declared.
4022
4023   // Preliminary optimizations. This also computs UsedInThisFunction.
4024   OptimizeIndividualCalls(F);
4025
4026   // Optimizations for weak pointers.
4027   if (UsedInThisFunction & ((1 << IC_LoadWeak) |
4028                             (1 << IC_LoadWeakRetained) |
4029                             (1 << IC_StoreWeak) |
4030                             (1 << IC_InitWeak) |
4031                             (1 << IC_CopyWeak) |
4032                             (1 << IC_MoveWeak) |
4033                             (1 << IC_DestroyWeak)))
4034     OptimizeWeakCalls(F);
4035
4036   // Optimizations for retain+release pairs.
4037   if (UsedInThisFunction & ((1 << IC_Retain) |
4038                             (1 << IC_RetainRV) |
4039                             (1 << IC_RetainBlock)))
4040     if (UsedInThisFunction & (1 << IC_Release))
4041       // Run OptimizeSequences until it either stops making changes or
4042       // no retain+release pair nesting is detected.
4043       while (OptimizeSequences(F)) {}
4044
4045   // Optimizations if objc_autorelease is used.
4046   if (UsedInThisFunction & ((1 << IC_Autorelease) |
4047                             (1 << IC_AutoreleaseRV)))
4048     OptimizeReturns(F);
4049
4050   DEBUG(dbgs() << "\n");
4051
4052   return Changed;
4053 }
4054
4055 void ObjCARCOpt::releaseMemory() {
4056   PA.clear();
4057 }
4058
4059 /// @}
4060 ///
4061 /// \defgroup ARCContract ARC Contraction.
4062 /// @{
4063
4064 // TODO: ObjCARCContract could insert PHI nodes when uses aren't
4065 // dominated by single calls.
4066
4067 #include "llvm/Analysis/Dominators.h"
4068 #include "llvm/IR/InlineAsm.h"
4069 #include "llvm/IR/Operator.h"
4070
4071 STATISTIC(NumStoreStrongs, "Number objc_storeStrong calls formed");
4072
4073 namespace {
4074   /// \brief Late ARC optimizations
4075   ///
4076   /// These change the IR in a way that makes it difficult to be analyzed by
4077   /// ObjCARCOpt, so it's run late.
4078   class ObjCARCContract : public FunctionPass {
4079     bool Changed;
4080     AliasAnalysis *AA;
4081     DominatorTree *DT;
4082     ProvenanceAnalysis PA;
4083
4084     /// A flag indicating whether this optimization pass should run.
4085     bool Run;
4086
4087     /// Declarations for ObjC runtime functions, for use in creating calls to
4088     /// them. These are initialized lazily to avoid cluttering up the Module
4089     /// with unused declarations.
4090
4091     /// Declaration for objc_storeStrong().
4092     Constant *StoreStrongCallee;
4093     /// Declaration for objc_retainAutorelease().
4094     Constant *RetainAutoreleaseCallee;
4095     /// Declaration for objc_retainAutoreleaseReturnValue().
4096     Constant *RetainAutoreleaseRVCallee;
4097
4098     /// The inline asm string to insert between calls and RetainRV calls to make
4099     /// the optimization work on targets which need it.
4100     const MDString *RetainRVMarker;
4101
4102     /// The set of inserted objc_storeStrong calls. If at the end of walking the
4103     /// function we have found no alloca instructions, these calls can be marked
4104     /// "tail".
4105     SmallPtrSet<CallInst *, 8> StoreStrongCalls;
4106
4107     Constant *getStoreStrongCallee(Module *M);
4108     Constant *getRetainAutoreleaseCallee(Module *M);
4109     Constant *getRetainAutoreleaseRVCallee(Module *M);
4110
4111     bool ContractAutorelease(Function &F, Instruction *Autorelease,
4112                              InstructionClass Class,
4113                              SmallPtrSet<Instruction *, 4>
4114                                &DependingInstructions,
4115                              SmallPtrSet<const BasicBlock *, 4>
4116                                &Visited);
4117
4118     void ContractRelease(Instruction *Release,
4119                          inst_iterator &Iter);
4120
4121     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const;
4122     virtual bool doInitialization(Module &M);
4123     virtual bool runOnFunction(Function &F);
4124
4125   public:
4126     static char ID;
4127     ObjCARCContract() : FunctionPass(ID) {
4128       initializeObjCARCContractPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
4129     }
4130   };
4131 }
4132
4133 char ObjCARCContract::ID = 0;
4134 INITIALIZE_PASS_BEGIN(ObjCARCContract,
4135                       "objc-arc-contract", "ObjC ARC contraction", false, false)
4136 INITIALIZE_AG_DEPENDENCY(AliasAnalysis)
4137 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(DominatorTree)
4138 INITIALIZE_PASS_END(ObjCARCContract,
4139                     "objc-arc-contract", "ObjC ARC contraction", false, false)
4140
4141 Pass *llvm::createObjCARCContractPass() {
4142   return new ObjCARCContract();
4143 }
4144
4145 void ObjCARCContract::getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
4146   AU.addRequired<AliasAnalysis>();
4147   AU.addRequired<DominatorTree>();
4148   AU.setPreservesCFG();
4149 }
4150
4151 Constant *ObjCARCContract::getStoreStrongCallee(Module *M) {
4152   if (!StoreStrongCallee) {
4153     LLVMContext &C = M->getContext();
4154     Type *I8X = PointerType::getUnqual(Type::getInt8Ty(C));
4155     Type *I8XX = PointerType::getUnqual(I8X);
4156     Type *Params[] = { I8XX, I8X };
4157
4158     AttributeSet Attr = AttributeSet()
4159       .addAttribute(M->getContext(), AttributeSet::FunctionIndex,
4160                     Attribute::NoUnwind)
4161       .addAttribute(M->getContext(), 1, Attribute::NoCapture);
4162
4163     StoreStrongCallee =
4164       M->getOrInsertFunction(
4165         "objc_storeStrong",
4166         FunctionType::get(Type::getVoidTy(C), Params, /*isVarArg=*/false),
4167         Attr);
4168   }
4169   return StoreStrongCallee;
4170 }
4171
4172 Constant *ObjCARCContract::getRetainAutoreleaseCallee(Module *M) {
4173   if (!RetainAutoreleaseCallee) {
4174     LLVMContext &C = M->getContext();
4175     Type *I8X = PointerType::getUnqual(Type::getInt8Ty(C));
4176     Type *Params[] = { I8X };
4177     FunctionType *FTy = FunctionType::get(I8X, Params, /*isVarArg=*/false);
4178     AttributeSet Attribute =
4179       AttributeSet().addAttribute(M->getContext(), AttributeSet::FunctionIndex,
4180                                   Attribute::NoUnwind);
4181     RetainAutoreleaseCallee =
4182       M->getOrInsertFunction("objc_retainAutorelease", FTy, Attribute);
4183   }
4184   return RetainAutoreleaseCallee;
4185 }
4186
4187 Constant *ObjCARCContract::getRetainAutoreleaseRVCallee(Module *M) {
4188   if (!RetainAutoreleaseRVCallee) {
4189     LLVMContext &C = M->getContext();
4190     Type *I8X = PointerType::getUnqual(Type::getInt8Ty(C));
4191     Type *Params[] = { I8X };
4192     FunctionType *FTy = FunctionType::get(I8X, Params, /*isVarArg=*/false);
4193     AttributeSet Attribute =
4194       AttributeSet().addAttribute(M->getContext(), AttributeSet::FunctionIndex,
4195                                   Attribute::NoUnwind);
4196     RetainAutoreleaseRVCallee =
4197       M->getOrInsertFunction("objc_retainAutoreleaseReturnValue", FTy,
4198                              Attribute);
4199   }
4200   return RetainAutoreleaseRVCallee;
4201 }
4202
4203 /// Merge an autorelease with a retain into a fused call.
4204 bool
4205 ObjCARCContract::ContractAutorelease(Function &F, Instruction *Autorelease,
4206                                      InstructionClass Class,
4207                                      SmallPtrSet<Instruction *, 4>
4208                                        &DependingInstructions,
4209                                      SmallPtrSet<const BasicBlock *, 4>
4210                                        &Visited) {
4211   const Value *Arg = GetObjCArg(Autorelease);
4212
4213   // Check that there are no instructions between the retain and the autorelease
4214   // (such as an autorelease_pop) which may change the count.
4215   CallInst *Retain = 0;
4216   if (Class == IC_AutoreleaseRV)
4217     FindDependencies(RetainAutoreleaseRVDep, Arg,
4218                      Autorelease->getParent(), Autorelease,
4219                      DependingInstructions, Visited, PA);
4220   else
4221     FindDependencies(RetainAutoreleaseDep, Arg,
4222                      Autorelease->getParent(), Autorelease,
4223                      DependingInstructions, Visited, PA);
4224
4225   Visited.clear();
4226   if (DependingInstructions.size() != 1) {
4227     DependingInstructions.clear();
4228     return false;
4229   }
4230
4231   Retain = dyn_cast_or_null<CallInst>(*DependingInstructions.begin());
4232   DependingInstructions.clear();
4233
4234   if (!Retain ||
4235       GetBasicInstructionClass(Retain) != IC_Retain ||
4236       GetObjCArg(Retain) != Arg)
4237     return false;
4238
4239   Changed = true;
4240   ++NumPeeps;
4241
4242   DEBUG(dbgs() << "ObjCARCContract::ContractAutorelease: Fusing "
4243                   "retain/autorelease. Erasing: " << *Autorelease << "\n"
4244                   "                                      Old Retain: "
4245                << *Retain << "\n");
4246
4247   if (Class == IC_AutoreleaseRV)
4248     Retain->setCalledFunction(getRetainAutoreleaseRVCallee(F.getParent()));
4249   else
4250     Retain->setCalledFunction(getRetainAutoreleaseCallee(F.getParent()));
4251
4252   DEBUG(dbgs() << "                                      New Retain: "
4253                << *Retain << "\n");
4254
4255   EraseInstruction(Autorelease);
4256   return true;
4257 }
4258
4259 /// Attempt to merge an objc_release with a store, load, and objc_retain to form
4260 /// an objc_storeStrong. This can be a little tricky because the instructions
4261 /// don't always appear in order, and there may be unrelated intervening
4262 /// instructions.
4263 void ObjCARCContract::ContractRelease(Instruction *Release,
4264                                       inst_iterator &Iter) {
4265   LoadInst *Load = dyn_cast<LoadInst>(GetObjCArg(Release));
4266   if (!Load || !Load->isSimple()) return;
4267
4268   // For now, require everything to be in one basic block.
4269   BasicBlock *BB = Release->getParent();
4270   if (Load->getParent() != BB) return;
4271
4272   // Walk down to find the store and the release, which may be in either order.
4273   BasicBlock::iterator I = Load, End = BB->end();
4274   ++I;
4275   AliasAnalysis::Location Loc = AA->getLocation(Load);
4276   StoreInst *Store = 0;
4277   bool SawRelease = false;
4278   for (; !Store || !SawRelease; ++I) {
4279     if (I == End)
4280       return;
4281
4282     Instruction *Inst = I;
4283     if (Inst == Release) {
4284       SawRelease = true;
4285       continue;
4286     }
4287
4288     InstructionClass Class = GetBasicInstructionClass(Inst);
4289
4290     // Unrelated retains are harmless.
4291     if (IsRetain(Class))
4292       continue;
4293
4294     if (Store) {
4295       // The store is the point where we're going to put the objc_storeStrong,
4296       // so make sure there are no uses after it.
4297       if (CanUse(Inst, Load, PA, Class))
4298         return;
4299     } else if (AA->getModRefInfo(Inst, Loc) & AliasAnalysis::Mod) {
4300       // We are moving the load down to the store, so check for anything
4301       // else which writes to the memory between the load and the store.
4302       Store = dyn_cast<StoreInst>(Inst);
4303       if (!Store || !Store->isSimple()) return;
4304       if (Store->getPointerOperand() != Loc.Ptr) return;
4305     }
4306   }
4307
4308   Value *New = StripPointerCastsAndObjCCalls(Store->getValueOperand());
4309
4310   // Walk up to find the retain.
4311   I = Store;
4312   BasicBlock::iterator Begin = BB->begin();
4313   while (I != Begin && GetBasicInstructionClass(I) != IC_Retain)
4314     --I;
4315   Instruction *Retain = I;
4316   if (GetBasicInstructionClass(Retain) != IC_Retain) return;
4317   if (GetObjCArg(Retain) != New) return;
4318
4319   Changed = true;
4320   ++NumStoreStrongs;
4321
4322   LLVMContext &C = Release->getContext();
4323   Type *I8X = PointerType::getUnqual(Type::getInt8Ty(C));
4324   Type *I8XX = PointerType::getUnqual(I8X);
4325
4326   Value *Args[] = { Load->getPointerOperand(), New };
4327   if (Args[0]->getType() != I8XX)
4328     Args[0] = new BitCastInst(Args[0], I8XX, "", Store);
4329   if (Args[1]->getType() != I8X)
4330     Args[1] = new BitCastInst(Args[1], I8X, "", Store);
4331   CallInst *StoreStrong =
4332     CallInst::Create(getStoreStrongCallee(BB->getParent()->getParent()),
4333                      Args, "", Store);
4334   StoreStrong->setDoesNotThrow();
4335   StoreStrong->setDebugLoc(Store->getDebugLoc());
4336
4337   // We can't set the tail flag yet, because we haven't yet determined
4338   // whether there are any escaping allocas. Remember this call, so that
4339   // we can set the tail flag once we know it's safe.
4340   StoreStrongCalls.insert(StoreStrong);
4341
4342   if (&*Iter == Store) ++Iter;
4343   Store->eraseFromParent();
4344   Release->eraseFromParent();
4345   EraseInstruction(Retain);
4346   if (Load->use_empty())
4347     Load->eraseFromParent();
4348 }
4349
4350 bool ObjCARCContract::doInitialization(Module &M) {
4351   // If nothing in the Module uses ARC, don't do anything.
4352   Run = ModuleHasARC(M);
4353   if (!Run)
4354     return false;
4355
4356   // These are initialized lazily.
4357   StoreStrongCallee = 0;
4358   RetainAutoreleaseCallee = 0;
4359   RetainAutoreleaseRVCallee = 0;
4360
4361   // Initialize RetainRVMarker.
4362   RetainRVMarker = 0;
4363   if (NamedMDNode *NMD =
4364         M.getNamedMetadata("clang.arc.retainAutoreleasedReturnValueMarker"))
4365     if (NMD->getNumOperands() == 1) {
4366       const MDNode *N = NMD->getOperand(0);
4367       if (N->getNumOperands() == 1)
4368         if (const MDString *S = dyn_cast<MDString>(N->getOperand(0)))
4369           RetainRVMarker = S;
4370     }
4371
4372   return false;
4373 }
4374
4375 bool ObjCARCContract::runOnFunction(Function &F) {
4376   if (!EnableARCOpts)
4377     return false;
4378
4379   // If nothing in the Module uses ARC, don't do anything.
4380   if (!Run)
4381     return false;
4382
4383   Changed = false;
4384   AA = &getAnalysis<AliasAnalysis>();
4385   DT = &getAnalysis<DominatorTree>();
4386
4387   PA.setAA(&getAnalysis<AliasAnalysis>());
4388
4389   // Track whether it's ok to mark objc_storeStrong calls with the "tail"
4390   // keyword. Be conservative if the function has variadic arguments.
4391   // It seems that functions which "return twice" are also unsafe for the
4392   // "tail" argument, because they are setjmp, which could need to
4393   // return to an earlier stack state.
4394   bool TailOkForStoreStrongs = !F.isVarArg() &&
4395                                !F.callsFunctionThatReturnsTwice();
4396
4397   // For ObjC library calls which return their argument, replace uses of the
4398   // argument with uses of the call return value, if it dominates the use. This
4399   // reduces register pressure.
4400   SmallPtrSet<Instruction *, 4> DependingInstructions;
4401   SmallPtrSet<const BasicBlock *, 4> Visited;
4402   for (inst_iterator I = inst_begin(&F), E = inst_end(&F); I != E; ) {
4403     Instruction *Inst = &*I++;
4404
4405     DEBUG(dbgs() << "ObjCARCContract: Visiting: " << *Inst << "\n");
4406
4407     // Only these library routines return their argument. In particular,
4408     // objc_retainBlock does not necessarily return its argument.
4409     InstructionClass Class = GetBasicInstructionClass(Inst);
4410     switch (Class) {
4411     case IC_Retain:
4412     case IC_FusedRetainAutorelease:
4413     case IC_FusedRetainAutoreleaseRV:
4414       break;
4415     case IC_Autorelease:
4416     case IC_AutoreleaseRV:
4417       if (ContractAutorelease(F, Inst, Class, DependingInstructions, Visited))
4418         continue;
4419       break;
4420     case IC_RetainRV: {
4421       // If we're compiling for a target which needs a special inline-asm
4422       // marker to do the retainAutoreleasedReturnValue optimization,
4423       // insert it now.
4424       if (!RetainRVMarker)
4425         break;
4426       BasicBlock::iterator BBI = Inst;
4427       BasicBlock *InstParent = Inst->getParent();
4428
4429       // Step up to see if the call immediately precedes the RetainRV call.
4430       // If it's an invoke, we have to cross a block boundary. And we have
4431       // to carefully dodge no-op instructions.
4432       do {
4433         if (&*BBI == InstParent->begin()) {
4434           BasicBlock *Pred = InstParent->getSinglePredecessor();
4435           if (!Pred)
4436             goto decline_rv_optimization;
4437           BBI = Pred->getTerminator();
4438           break;
4439         }
4440         --BBI;
4441       } while (isNoopInstruction(BBI));
4442
4443       if (&*BBI == GetObjCArg(Inst)) {
4444         DEBUG(dbgs() << "ObjCARCContract: Adding inline asm marker for "
4445                         "retainAutoreleasedReturnValue optimization.\n");
4446         Changed = true;
4447         InlineAsm *IA =
4448           InlineAsm::get(FunctionType::get(Type::getVoidTy(Inst->getContext()),
4449                                            /*isVarArg=*/false),
4450                          RetainRVMarker->getString(),
4451                          /*Constraints=*/"", /*hasSideEffects=*/true);
4452         CallInst::Create(IA, "", Inst);
4453       }
4454     decline_rv_optimization:
4455       break;
4456     }
4457     case IC_InitWeak: {
4458       // objc_initWeak(p, null) => *p = null
4459       CallInst *CI = cast<CallInst>(Inst);
4460       if (isNullOrUndef(CI->getArgOperand(1))) {
4461         Value *Null =
4462           ConstantPointerNull::get(cast<PointerType>(CI->getType()));
4463         Changed = true;
4464         new StoreInst(Null, CI->getArgOperand(0), CI);
4465
4466         DEBUG(dbgs() << "OBJCARCContract: Old = " << *CI << "\n"
4467                      << "                 New = " << *Null << "\n");
4468
4469         CI->replaceAllUsesWith(Null);
4470         CI->eraseFromParent();
4471       }
4472       continue;
4473     }
4474     case IC_Release:
4475       ContractRelease(Inst, I);
4476       continue;
4477     case IC_User:
4478       // Be conservative if the function has any alloca instructions.
4479       // Technically we only care about escaping alloca instructions,
4480       // but this is sufficient to handle some interesting cases.
4481       if (isa<AllocaInst>(Inst))
4482         TailOkForStoreStrongs = false;
4483       continue;
4484     default:
4485       continue;
4486     }
4487
4488     DEBUG(dbgs() << "ObjCARCContract: Finished List.\n\n");
4489
4490     // Don't use GetObjCArg because we don't want to look through bitcasts
4491     // and such; to do the replacement, the argument must have type i8*.
4492     const Value *Arg = cast<CallInst>(Inst)->getArgOperand(0);
4493     for (;;) {
4494       // If we're compiling bugpointed code, don't get in trouble.
4495       if (!isa<Instruction>(Arg) && !isa<Argument>(Arg))
4496         break;
4497       // Look through the uses of the pointer.
4498       for (Value::const_use_iterator UI = Arg->use_begin(), UE = Arg->use_end();
4499            UI != UE; ) {
4500         Use &U = UI.getUse();
4501         unsigned OperandNo = UI.getOperandNo();
4502         ++UI; // Increment UI now, because we may unlink its element.
4503
4504         // If the call's return value dominates a use of the call's argument
4505         // value, rewrite the use to use the return value. We check for
4506         // reachability here because an unreachable call is considered to
4507         // trivially dominate itself, which would lead us to rewriting its
4508         // argument in terms of its return value, which would lead to
4509         // infinite loops in GetObjCArg.
4510         if (DT->isReachableFromEntry(U) && DT->dominates(Inst, U)) {
4511           Changed = true;
4512           Instruction *Replacement = Inst;
4513           Type *UseTy = U.get()->getType();
4514           if (PHINode *PHI = dyn_cast<PHINode>(U.getUser())) {
4515             // For PHI nodes, insert the bitcast in the predecessor block.
4516             unsigned ValNo = PHINode::getIncomingValueNumForOperand(OperandNo);
4517             BasicBlock *BB = PHI->getIncomingBlock(ValNo);
4518             if (Replacement->getType() != UseTy)
4519               Replacement = new BitCastInst(Replacement, UseTy, "",
4520                                             &BB->back());
4521             // While we're here, rewrite all edges for this PHI, rather
4522             // than just one use at a time, to minimize the number of
4523             // bitcasts we emit.
4524             for (unsigned i = 0, e = PHI->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
4525               if (PHI->getIncomingBlock(i) == BB) {
4526                 // Keep the UI iterator valid.
4527                 if (&PHI->getOperandUse(
4528                       PHINode::getOperandNumForIncomingValue(i)) ==
4529                     &UI.getUse())
4530                   ++UI;
4531                 PHI->setIncomingValue(i, Replacement);
4532               }
4533           } else {
4534             if (Replacement->getType() != UseTy)
4535               Replacement = new BitCastInst(Replacement, UseTy, "",
4536                                             cast<Instruction>(U.getUser()));
4537             U.set(Replacement);
4538           }
4539         }
4540       }
4541
4542       // If Arg is a no-op casted pointer, strip one level of casts and iterate.
4543       if (const BitCastInst *BI = dyn_cast<BitCastInst>(Arg))
4544         Arg = BI->getOperand(0);
4545       else if (isa<GEPOperator>(Arg) &&
4546                cast<GEPOperator>(Arg)->hasAllZeroIndices())
4547         Arg = cast<GEPOperator>(Arg)->getPointerOperand();
4548       else if (isa<GlobalAlias>(Arg) &&
4549                !cast<GlobalAlias>(Arg)->mayBeOverridden())
4550         Arg = cast<GlobalAlias>(Arg)->getAliasee();
4551       else
4552         break;
4553     }
4554   }
4555
4556   // If this function has no escaping allocas or suspicious vararg usage,
4557   // objc_storeStrong calls can be marked with the "tail" keyword.
4558   if (TailOkForStoreStrongs)
4559     for (SmallPtrSet<CallInst *, 8>::iterator I = StoreStrongCalls.begin(),
4560          E = StoreStrongCalls.end(); I != E; ++I)
4561       (*I)->setTailCall();
4562   StoreStrongCalls.clear();
4563
4564   return Changed;
4565 }
4566
4567 /// @}
4568 ///