Added statistics to count the number of retains/releases before/after optimization.
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / ObjCARC / ObjCARCOpts.cpp
1 //===- ObjCARCOpts.cpp - ObjC ARC Optimization ----------------------------===//
2 //
3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
4 //
5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
6 // License. See LICENSE.TXT for details.
7 //
8 //===----------------------------------------------------------------------===//
9 /// \file
10 /// This file defines ObjC ARC optimizations. ARC stands for Automatic
11 /// Reference Counting and is a system for managing reference counts for objects
12 /// in Objective C.
13 ///
14 /// The optimizations performed include elimination of redundant, partially
15 /// redundant, and inconsequential reference count operations, elimination of
16 /// redundant weak pointer operations, and numerous minor simplifications.
17 ///
18 /// WARNING: This file knows about certain library functions. It recognizes them
19 /// by name, and hardwires knowledge of their semantics.
20 ///
21 /// WARNING: This file knows about how certain Objective-C library functions are
22 /// used. Naive LLVM IR transformations which would otherwise be
23 /// behavior-preserving may break these assumptions.
24 ///
25 //===----------------------------------------------------------------------===//
26
27 #define DEBUG_TYPE "objc-arc-opts"
28 #include "ObjCARC.h"
29 #include "DependencyAnalysis.h"
30 #include "ObjCARCAliasAnalysis.h"
31 #include "ProvenanceAnalysis.h"
32 #include "llvm/ADT/DenseMap.h"
33 #include "llvm/ADT/STLExtras.h"
34 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
35 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
36 #include "llvm/IR/IRBuilder.h"
37 #include "llvm/IR/LLVMContext.h"
38 #include "llvm/Support/CFG.h"
39 #include "llvm/Support/Debug.h"
40 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
41
42 using namespace llvm;
43 using namespace llvm::objcarc;
44
45 /// \defgroup MiscUtils Miscellaneous utilities that are not ARC specific.
46 /// @{
47
48 namespace {
49   /// \brief An associative container with fast insertion-order (deterministic)
50   /// iteration over its elements. Plus the special blot operation.
51   template<class KeyT, class ValueT>
52   class MapVector {
53     /// Map keys to indices in Vector.
54     typedef DenseMap<KeyT, size_t> MapTy;
55     MapTy Map;
56
57     typedef std::vector<std::pair<KeyT, ValueT> > VectorTy;
58     /// Keys and values.
59     VectorTy Vector;
60
61   public:
62     typedef typename VectorTy::iterator iterator;
63     typedef typename VectorTy::const_iterator const_iterator;
64     iterator begin() { return Vector.begin(); }
65     iterator end() { return Vector.end(); }
66     const_iterator begin() const { return Vector.begin(); }
67     const_iterator end() const { return Vector.end(); }
68
69 #ifdef XDEBUG
70     ~MapVector() {
71       assert(Vector.size() >= Map.size()); // May differ due to blotting.
72       for (typename MapTy::const_iterator I = Map.begin(), E = Map.end();
73            I != E; ++I) {
74         assert(I->second < Vector.size());
75         assert(Vector[I->second].first == I->first);
76       }
77       for (typename VectorTy::const_iterator I = Vector.begin(),
78            E = Vector.end(); I != E; ++I)
79         assert(!I->first ||
80                (Map.count(I->first) &&
81                 Map[I->first] == size_t(I - Vector.begin())));
82     }
83 #endif
84
85     ValueT &operator[](const KeyT &Arg) {
86       std::pair<typename MapTy::iterator, bool> Pair =
87         Map.insert(std::make_pair(Arg, size_t(0)));
88       if (Pair.second) {
89         size_t Num = Vector.size();
90         Pair.first->second = Num;
91         Vector.push_back(std::make_pair(Arg, ValueT()));
92         return Vector[Num].second;
93       }
94       return Vector[Pair.first->second].second;
95     }
96
97     std::pair<iterator, bool>
98     insert(const std::pair<KeyT, ValueT> &InsertPair) {
99       std::pair<typename MapTy::iterator, bool> Pair =
100         Map.insert(std::make_pair(InsertPair.first, size_t(0)));
101       if (Pair.second) {
102         size_t Num = Vector.size();
103         Pair.first->second = Num;
104         Vector.push_back(InsertPair);
105         return std::make_pair(Vector.begin() + Num, true);
106       }
107       return std::make_pair(Vector.begin() + Pair.first->second, false);
108     }
109
110     const_iterator find(const KeyT &Key) const {
111       typename MapTy::const_iterator It = Map.find(Key);
112       if (It == Map.end()) return Vector.end();
113       return Vector.begin() + It->second;
114     }
115
116     /// This is similar to erase, but instead of removing the element from the
117     /// vector, it just zeros out the key in the vector. This leaves iterators
118     /// intact, but clients must be prepared for zeroed-out keys when iterating.
119     void blot(const KeyT &Key) {
120       typename MapTy::iterator It = Map.find(Key);
121       if (It == Map.end()) return;
122       Vector[It->second].first = KeyT();
123       Map.erase(It);
124     }
125
126     void clear() {
127       Map.clear();
128       Vector.clear();
129     }
130   };
131 }
132
133 /// @}
134 ///
135 /// \defgroup ARCUtilities Utility declarations/definitions specific to ARC.
136 /// @{
137
138 /// \brief This is similar to StripPointerCastsAndObjCCalls but it stops as soon
139 /// as it finds a value with multiple uses.
140 static const Value *FindSingleUseIdentifiedObject(const Value *Arg) {
141   if (Arg->hasOneUse()) {
142     if (const BitCastInst *BC = dyn_cast<BitCastInst>(Arg))
143       return FindSingleUseIdentifiedObject(BC->getOperand(0));
144     if (const GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(Arg))
145       if (GEP->hasAllZeroIndices())
146         return FindSingleUseIdentifiedObject(GEP->getPointerOperand());
147     if (IsForwarding(GetBasicInstructionClass(Arg)))
148       return FindSingleUseIdentifiedObject(
149                cast<CallInst>(Arg)->getArgOperand(0));
150     if (!IsObjCIdentifiedObject(Arg))
151       return 0;
152     return Arg;
153   }
154
155   // If we found an identifiable object but it has multiple uses, but they are
156   // trivial uses, we can still consider this to be a single-use value.
157   if (IsObjCIdentifiedObject(Arg)) {
158     for (Value::const_use_iterator UI = Arg->use_begin(), UE = Arg->use_end();
159          UI != UE; ++UI) {
160       const User *U = *UI;
161       if (!U->use_empty() || StripPointerCastsAndObjCCalls(U) != Arg)
162          return 0;
163     }
164
165     return Arg;
166   }
167
168   return 0;
169 }
170
171 /// \brief Test whether the given retainable object pointer escapes.
172 ///
173 /// This differs from regular escape analysis in that a use as an
174 /// argument to a call is not considered an escape.
175 ///
176 static bool DoesRetainableObjPtrEscape(const User *Ptr) {
177   DEBUG(dbgs() << "DoesRetainableObjPtrEscape: Target: " << *Ptr << "\n");
178
179   // Walk the def-use chains.
180   SmallVector<const Value *, 4> Worklist;
181   Worklist.push_back(Ptr);
182   // If Ptr has any operands add them as well.
183   for (User::const_op_iterator I = Ptr->op_begin(), E = Ptr->op_end(); I != E;
184        ++I) {
185     Worklist.push_back(*I);
186   }
187
188   // Ensure we do not visit any value twice.
189   SmallPtrSet<const Value *, 8> VisitedSet;
190
191   do {
192     const Value *V = Worklist.pop_back_val();
193
194     DEBUG(dbgs() << "Visiting: " << *V << "\n");
195
196     for (Value::const_use_iterator UI = V->use_begin(), UE = V->use_end();
197          UI != UE; ++UI) {
198       const User *UUser = *UI;
199
200       DEBUG(dbgs() << "User: " << *UUser << "\n");
201
202       // Special - Use by a call (callee or argument) is not considered
203       // to be an escape.
204       switch (GetBasicInstructionClass(UUser)) {
205       case IC_StoreWeak:
206       case IC_InitWeak:
207       case IC_StoreStrong:
208       case IC_Autorelease:
209       case IC_AutoreleaseRV: {
210         DEBUG(dbgs() << "User copies pointer arguments. Pointer Escapes!\n");
211         // These special functions make copies of their pointer arguments.
212         return true;
213       }
214       case IC_IntrinsicUser:
215         // Use by the use intrinsic is not an escape.
216         continue;
217       case IC_User:
218       case IC_None:
219         // Use by an instruction which copies the value is an escape if the
220         // result is an escape.
221         if (isa<BitCastInst>(UUser) || isa<GetElementPtrInst>(UUser) ||
222             isa<PHINode>(UUser) || isa<SelectInst>(UUser)) {
223
224           if (VisitedSet.insert(UUser)) {
225             DEBUG(dbgs() << "User copies value. Ptr escapes if result escapes."
226                   " Adding to list.\n");
227             Worklist.push_back(UUser);
228           } else {
229             DEBUG(dbgs() << "Already visited node.\n");
230           }
231           continue;
232         }
233         // Use by a load is not an escape.
234         if (isa<LoadInst>(UUser))
235           continue;
236         // Use by a store is not an escape if the use is the address.
237         if (const StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(UUser))
238           if (V != SI->getValueOperand())
239             continue;
240         break;
241       default:
242         // Regular calls and other stuff are not considered escapes.
243         continue;
244       }
245       // Otherwise, conservatively assume an escape.
246       DEBUG(dbgs() << "Assuming ptr escapes.\n");
247       return true;
248     }
249   } while (!Worklist.empty());
250
251   // No escapes found.
252   DEBUG(dbgs() << "Ptr does not escape.\n");
253   return false;
254 }
255
256 /// @}
257 ///
258 /// \defgroup ARCOpt ARC Optimization.
259 /// @{
260
261 // TODO: On code like this:
262 //
263 // objc_retain(%x)
264 // stuff_that_cannot_release()
265 // objc_autorelease(%x)
266 // stuff_that_cannot_release()
267 // objc_retain(%x)
268 // stuff_that_cannot_release()
269 // objc_autorelease(%x)
270 //
271 // The second retain and autorelease can be deleted.
272
273 // TODO: It should be possible to delete
274 // objc_autoreleasePoolPush and objc_autoreleasePoolPop
275 // pairs if nothing is actually autoreleased between them. Also, autorelease
276 // calls followed by objc_autoreleasePoolPop calls (perhaps in ObjC++ code
277 // after inlining) can be turned into plain release calls.
278
279 // TODO: Critical-edge splitting. If the optimial insertion point is
280 // a critical edge, the current algorithm has to fail, because it doesn't
281 // know how to split edges. It should be possible to make the optimizer
282 // think in terms of edges, rather than blocks, and then split critical
283 // edges on demand.
284
285 // TODO: OptimizeSequences could generalized to be Interprocedural.
286
287 // TODO: Recognize that a bunch of other objc runtime calls have
288 // non-escaping arguments and non-releasing arguments, and may be
289 // non-autoreleasing.
290
291 // TODO: Sink autorelease calls as far as possible. Unfortunately we
292 // usually can't sink them past other calls, which would be the main
293 // case where it would be useful.
294
295 // TODO: The pointer returned from objc_loadWeakRetained is retained.
296
297 // TODO: Delete release+retain pairs (rare).
298
299 STATISTIC(NumNoops,       "Number of no-op objc calls eliminated");
300 STATISTIC(NumPartialNoops, "Number of partially no-op objc calls eliminated");
301 STATISTIC(NumAutoreleases,"Number of autoreleases converted to releases");
302 STATISTIC(NumRets,        "Number of return value forwarding "
303                           "retain+autoreleaes eliminated");
304 STATISTIC(NumRRs,         "Number of retain+release paths eliminated");
305 STATISTIC(NumPeeps,       "Number of calls peephole-optimized");
306 STATISTIC(NumRetainsBeforeOpt,
307           "Number of retains before optimization.");
308 STATISTIC(NumReleasesBeforeOpt,
309           "Number of releases before optimization.");
310 STATISTIC(NumRetainsAfterOpt,
311           "Number of retains after optimization.");
312 STATISTIC(NumReleasesAfterOpt,
313           "Number of releases after optimization.");
314
315 namespace {
316   /// \enum Sequence
317   ///
318   /// \brief A sequence of states that a pointer may go through in which an
319   /// objc_retain and objc_release are actually needed.
320   enum Sequence {
321     S_None,
322     S_Retain,         ///< objc_retain(x).
323     S_CanRelease,     ///< foo(x) -- x could possibly see a ref count decrement.
324     S_Use,            ///< any use of x.
325     S_Stop,           ///< like S_Release, but code motion is stopped.
326     S_Release,        ///< objc_release(x).
327     S_MovableRelease  ///< objc_release(x), !clang.imprecise_release.
328   };
329
330   raw_ostream &operator<<(raw_ostream &OS, const Sequence S)
331     LLVM_ATTRIBUTE_UNUSED;
332   raw_ostream &operator<<(raw_ostream &OS, const Sequence S) {
333     switch (S) {
334     case S_None:
335       return OS << "S_None";
336     case S_Retain:
337       return OS << "S_Retain";
338     case S_CanRelease:
339       return OS << "S_CanRelease";
340     case S_Use:
341       return OS << "S_Use";
342     case S_Release:
343       return OS << "S_Release";
344     case S_MovableRelease:
345       return OS << "S_MovableRelease";
346     case S_Stop:
347       return OS << "S_Stop";
348     }
349     llvm_unreachable("Unknown sequence type.");
350   }
351 }
352
353 static Sequence MergeSeqs(Sequence A, Sequence B, bool TopDown) {
354   // The easy cases.
355   if (A == B)
356     return A;
357   if (A == S_None || B == S_None)
358     return S_None;
359
360   if (A > B) std::swap(A, B);
361   if (TopDown) {
362     // Choose the side which is further along in the sequence.
363     if ((A == S_Retain || A == S_CanRelease) &&
364         (B == S_CanRelease || B == S_Use))
365       return B;
366   } else {
367     // Choose the side which is further along in the sequence.
368     if ((A == S_Use || A == S_CanRelease) &&
369         (B == S_Use || B == S_Release || B == S_Stop || B == S_MovableRelease))
370       return A;
371     // If both sides are releases, choose the more conservative one.
372     if (A == S_Stop && (B == S_Release || B == S_MovableRelease))
373       return A;
374     if (A == S_Release && B == S_MovableRelease)
375       return A;
376   }
377
378   return S_None;
379 }
380
381 namespace {
382   /// \brief Unidirectional information about either a
383   /// retain-decrement-use-release sequence or release-use-decrement-retain
384   /// reverse sequence.
385   struct RRInfo {
386     /// After an objc_retain, the reference count of the referenced
387     /// object is known to be positive. Similarly, before an objc_release, the
388     /// reference count of the referenced object is known to be positive. If
389     /// there are retain-release pairs in code regions where the retain count
390     /// is known to be positive, they can be eliminated, regardless of any side
391     /// effects between them.
392     ///
393     /// Also, a retain+release pair nested within another retain+release
394     /// pair all on the known same pointer value can be eliminated, regardless
395     /// of any intervening side effects.
396     ///
397     /// KnownSafe is true when either of these conditions is satisfied.
398     bool KnownSafe;
399
400     /// True of the objc_release calls are all marked with the "tail" keyword.
401     bool IsTailCallRelease;
402
403     /// If the Calls are objc_release calls and they all have a
404     /// clang.imprecise_release tag, this is the metadata tag.
405     MDNode *ReleaseMetadata;
406
407     /// For a top-down sequence, the set of objc_retains or
408     /// objc_retainBlocks. For bottom-up, the set of objc_releases.
409     SmallPtrSet<Instruction *, 2> Calls;
410
411     /// The set of optimal insert positions for moving calls in the opposite
412     /// sequence.
413     SmallPtrSet<Instruction *, 2> ReverseInsertPts;
414
415     RRInfo() :
416       KnownSafe(false), IsTailCallRelease(false), ReleaseMetadata(0) {}
417
418     void clear();
419
420     bool IsTrackingImpreciseReleases() {
421       return ReleaseMetadata != 0;
422     }
423   };
424 }
425
426 void RRInfo::clear() {
427   KnownSafe = false;
428   IsTailCallRelease = false;
429   ReleaseMetadata = 0;
430   Calls.clear();
431   ReverseInsertPts.clear();
432 }
433
434 namespace {
435   /// \brief This class summarizes several per-pointer runtime properties which
436   /// are propogated through the flow graph.
437   class PtrState {
438     /// True if the reference count is known to be incremented.
439     bool KnownPositiveRefCount;
440
441     /// True if we've seen an opportunity for partial RR elimination, such as
442     /// pushing calls into a CFG triangle or into one side of a CFG diamond.
443     bool Partial;
444
445     /// The current position in the sequence.
446     Sequence Seq : 8;
447
448   public:
449     /// Unidirectional information about the current sequence.
450     ///
451     /// TODO: Encapsulate this better.
452     RRInfo RRI;
453
454     PtrState() : KnownPositiveRefCount(false), Partial(false),
455                  Seq(S_None) {}
456
457     void SetKnownPositiveRefCount() {
458       KnownPositiveRefCount = true;
459     }
460
461     void ClearKnownPositiveRefCount() {
462       KnownPositiveRefCount = false;
463     }
464
465     bool HasKnownPositiveRefCount() const {
466       return KnownPositiveRefCount;
467     }
468
469     void SetSeq(Sequence NewSeq) {
470       DEBUG(dbgs() << "Old: " << Seq << "; New: " << NewSeq << "\n");
471       Seq = NewSeq;
472     }
473
474     Sequence GetSeq() const {
475       return Seq;
476     }
477
478     void ClearSequenceProgress() {
479       ResetSequenceProgress(S_None);
480     }
481
482     void ResetSequenceProgress(Sequence NewSeq) {
483       DEBUG(dbgs() << "Resetting sequence progress.\n");
484       SetSeq(NewSeq);
485       Partial = false;
486       RRI.clear();
487     }
488
489     void Merge(const PtrState &Other, bool TopDown);
490   };
491 }
492
493 void
494 PtrState::Merge(const PtrState &Other, bool TopDown) {
495   Seq = MergeSeqs(Seq, Other.Seq, TopDown);
496   KnownPositiveRefCount = KnownPositiveRefCount && Other.KnownPositiveRefCount;
497
498   // If we're not in a sequence (anymore), drop all associated state.
499   if (Seq == S_None) {
500     Partial = false;
501     RRI.clear();
502   } else if (Partial || Other.Partial) {
503     // If we're doing a merge on a path that's previously seen a partial
504     // merge, conservatively drop the sequence, to avoid doing partial
505     // RR elimination. If the branch predicates for the two merge differ,
506     // mixing them is unsafe.
507     ClearSequenceProgress();
508   } else {
509     // Conservatively merge the ReleaseMetadata information.
510     if (RRI.ReleaseMetadata != Other.RRI.ReleaseMetadata)
511       RRI.ReleaseMetadata = 0;
512
513     RRI.KnownSafe = RRI.KnownSafe && Other.RRI.KnownSafe;
514     RRI.IsTailCallRelease = RRI.IsTailCallRelease &&
515                             Other.RRI.IsTailCallRelease;
516     RRI.Calls.insert(Other.RRI.Calls.begin(), Other.RRI.Calls.end());
517
518     // Merge the insert point sets. If there are any differences,
519     // that makes this a partial merge.
520     Partial = RRI.ReverseInsertPts.size() != Other.RRI.ReverseInsertPts.size();
521     for (SmallPtrSet<Instruction *, 2>::const_iterator
522          I = Other.RRI.ReverseInsertPts.begin(),
523          E = Other.RRI.ReverseInsertPts.end(); I != E; ++I)
524       Partial |= RRI.ReverseInsertPts.insert(*I);
525   }
526 }
527
528 namespace {
529   /// \brief Per-BasicBlock state.
530   class BBState {
531     /// The number of unique control paths from the entry which can reach this
532     /// block.
533     unsigned TopDownPathCount;
534
535     /// The number of unique control paths to exits from this block.
536     unsigned BottomUpPathCount;
537
538     /// A type for PerPtrTopDown and PerPtrBottomUp.
539     typedef MapVector<const Value *, PtrState> MapTy;
540
541     /// The top-down traversal uses this to record information known about a
542     /// pointer at the bottom of each block.
543     MapTy PerPtrTopDown;
544
545     /// The bottom-up traversal uses this to record information known about a
546     /// pointer at the top of each block.
547     MapTy PerPtrBottomUp;
548
549     /// Effective predecessors of the current block ignoring ignorable edges and
550     /// ignored backedges.
551     SmallVector<BasicBlock *, 2> Preds;
552     /// Effective successors of the current block ignoring ignorable edges and
553     /// ignored backedges.
554     SmallVector<BasicBlock *, 2> Succs;
555
556   public:
557     BBState() : TopDownPathCount(0), BottomUpPathCount(0) {}
558
559     typedef MapTy::iterator ptr_iterator;
560     typedef MapTy::const_iterator ptr_const_iterator;
561
562     ptr_iterator top_down_ptr_begin() { return PerPtrTopDown.begin(); }
563     ptr_iterator top_down_ptr_end() { return PerPtrTopDown.end(); }
564     ptr_const_iterator top_down_ptr_begin() const {
565       return PerPtrTopDown.begin();
566     }
567     ptr_const_iterator top_down_ptr_end() const {
568       return PerPtrTopDown.end();
569     }
570
571     ptr_iterator bottom_up_ptr_begin() { return PerPtrBottomUp.begin(); }
572     ptr_iterator bottom_up_ptr_end() { return PerPtrBottomUp.end(); }
573     ptr_const_iterator bottom_up_ptr_begin() const {
574       return PerPtrBottomUp.begin();
575     }
576     ptr_const_iterator bottom_up_ptr_end() const {
577       return PerPtrBottomUp.end();
578     }
579
580     /// Mark this block as being an entry block, which has one path from the
581     /// entry by definition.
582     void SetAsEntry() { TopDownPathCount = 1; }
583
584     /// Mark this block as being an exit block, which has one path to an exit by
585     /// definition.
586     void SetAsExit()  { BottomUpPathCount = 1; }
587
588     PtrState &getPtrTopDownState(const Value *Arg) {
589       return PerPtrTopDown[Arg];
590     }
591
592     PtrState &getPtrBottomUpState(const Value *Arg) {
593       return PerPtrBottomUp[Arg];
594     }
595
596     void clearBottomUpPointers() {
597       PerPtrBottomUp.clear();
598     }
599
600     void clearTopDownPointers() {
601       PerPtrTopDown.clear();
602     }
603
604     void InitFromPred(const BBState &Other);
605     void InitFromSucc(const BBState &Other);
606     void MergePred(const BBState &Other);
607     void MergeSucc(const BBState &Other);
608
609     /// Return the number of possible unique paths from an entry to an exit
610     /// which pass through this block. This is only valid after both the
611     /// top-down and bottom-up traversals are complete.
612     unsigned GetAllPathCount() const {
613       assert(TopDownPathCount != 0);
614       assert(BottomUpPathCount != 0);
615       return TopDownPathCount * BottomUpPathCount;
616     }
617
618     // Specialized CFG utilities.
619     typedef SmallVectorImpl<BasicBlock *>::const_iterator edge_iterator;
620     edge_iterator pred_begin() { return Preds.begin(); }
621     edge_iterator pred_end() { return Preds.end(); }
622     edge_iterator succ_begin() { return Succs.begin(); }
623     edge_iterator succ_end() { return Succs.end(); }
624
625     void addSucc(BasicBlock *Succ) { Succs.push_back(Succ); }
626     void addPred(BasicBlock *Pred) { Preds.push_back(Pred); }
627
628     bool isExit() const { return Succs.empty(); }
629   };
630 }
631
632 void BBState::InitFromPred(const BBState &Other) {
633   PerPtrTopDown = Other.PerPtrTopDown;
634   TopDownPathCount = Other.TopDownPathCount;
635 }
636
637 void BBState::InitFromSucc(const BBState &Other) {
638   PerPtrBottomUp = Other.PerPtrBottomUp;
639   BottomUpPathCount = Other.BottomUpPathCount;
640 }
641
642 /// The top-down traversal uses this to merge information about predecessors to
643 /// form the initial state for a new block.
644 void BBState::MergePred(const BBState &Other) {
645   // Other.TopDownPathCount can be 0, in which case it is either dead or a
646   // loop backedge. Loop backedges are special.
647   TopDownPathCount += Other.TopDownPathCount;
648
649   // Check for overflow. If we have overflow, fall back to conservative
650   // behavior.
651   if (TopDownPathCount < Other.TopDownPathCount) {
652     clearTopDownPointers();
653     return;
654   }
655
656   // For each entry in the other set, if our set has an entry with the same key,
657   // merge the entries. Otherwise, copy the entry and merge it with an empty
658   // entry.
659   for (ptr_const_iterator MI = Other.top_down_ptr_begin(),
660        ME = Other.top_down_ptr_end(); MI != ME; ++MI) {
661     std::pair<ptr_iterator, bool> Pair = PerPtrTopDown.insert(*MI);
662     Pair.first->second.Merge(Pair.second ? PtrState() : MI->second,
663                              /*TopDown=*/true);
664   }
665
666   // For each entry in our set, if the other set doesn't have an entry with the
667   // same key, force it to merge with an empty entry.
668   for (ptr_iterator MI = top_down_ptr_begin(),
669        ME = top_down_ptr_end(); MI != ME; ++MI)
670     if (Other.PerPtrTopDown.find(MI->first) == Other.PerPtrTopDown.end())
671       MI->second.Merge(PtrState(), /*TopDown=*/true);
672 }
673
674 /// The bottom-up traversal uses this to merge information about successors to
675 /// form the initial state for a new block.
676 void BBState::MergeSucc(const BBState &Other) {
677   // Other.BottomUpPathCount can be 0, in which case it is either dead or a
678   // loop backedge. Loop backedges are special.
679   BottomUpPathCount += Other.BottomUpPathCount;
680
681   // Check for overflow. If we have overflow, fall back to conservative
682   // behavior.
683   if (BottomUpPathCount < Other.BottomUpPathCount) {
684     clearBottomUpPointers();
685     return;
686   }
687
688   // For each entry in the other set, if our set has an entry with the
689   // same key, merge the entries. Otherwise, copy the entry and merge
690   // it with an empty entry.
691   for (ptr_const_iterator MI = Other.bottom_up_ptr_begin(),
692        ME = Other.bottom_up_ptr_end(); MI != ME; ++MI) {
693     std::pair<ptr_iterator, bool> Pair = PerPtrBottomUp.insert(*MI);
694     Pair.first->second.Merge(Pair.second ? PtrState() : MI->second,
695                              /*TopDown=*/false);
696   }
697
698   // For each entry in our set, if the other set doesn't have an entry
699   // with the same key, force it to merge with an empty entry.
700   for (ptr_iterator MI = bottom_up_ptr_begin(),
701        ME = bottom_up_ptr_end(); MI != ME; ++MI)
702     if (Other.PerPtrBottomUp.find(MI->first) == Other.PerPtrBottomUp.end())
703       MI->second.Merge(PtrState(), /*TopDown=*/false);
704 }
705
706 // Only enable ARC Annotations if we are building a debug version of
707 // libObjCARCOpts.
708 #ifndef NDEBUG
709 #define ARC_ANNOTATIONS
710 #endif
711
712 // Define some macros along the lines of DEBUG and some helper functions to make
713 // it cleaner to create annotations in the source code and to no-op when not
714 // building in debug mode.
715 #ifdef ARC_ANNOTATIONS
716
717 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
718
719 /// Enable/disable ARC sequence annotations.
720 static cl::opt<bool>
721 EnableARCAnnotations("enable-objc-arc-annotations", cl::init(false),
722                      cl::desc("Enable emission of arc data flow analysis "
723                               "annotations"));
724 static cl::opt<bool>
725 DisableCheckForCFGHazards("disable-objc-arc-checkforcfghazards", cl::init(false),
726                           cl::desc("Disable check for cfg hazards when "
727                                    "annotating"));
728 static cl::opt<std::string>
729 ARCAnnotationTargetIdentifier("objc-arc-annotation-target-identifier",
730                               cl::init(""),
731                               cl::desc("filter out all data flow annotations "
732                                        "but those that apply to the given "
733                                        "target llvm identifier."));
734
735 /// This function appends a unique ARCAnnotationProvenanceSourceMDKind id to an
736 /// instruction so that we can track backwards when post processing via the llvm
737 /// arc annotation processor tool. If the function is an
738 static MDString *AppendMDNodeToSourcePtr(unsigned NodeId,
739                                          Value *Ptr) {
740   MDString *Hash = 0;
741
742   // If pointer is a result of an instruction and it does not have a source
743   // MDNode it, attach a new MDNode onto it. If pointer is a result of
744   // an instruction and does have a source MDNode attached to it, return a
745   // reference to said Node. Otherwise just return 0.
746   if (Instruction *Inst = dyn_cast<Instruction>(Ptr)) {
747     MDNode *Node;
748     if (!(Node = Inst->getMetadata(NodeId))) {
749       // We do not have any node. Generate and attatch the hash MDString to the
750       // instruction.
751
752       // We just use an MDString to ensure that this metadata gets written out
753       // of line at the module level and to provide a very simple format
754       // encoding the information herein. Both of these makes it simpler to
755       // parse the annotations by a simple external program.
756       std::string Str;
757       raw_string_ostream os(Str);
758       os << "(" << Inst->getParent()->getParent()->getName() << ",%"
759          << Inst->getName() << ")";
760
761       Hash = MDString::get(Inst->getContext(), os.str());
762       Inst->setMetadata(NodeId, MDNode::get(Inst->getContext(),Hash));
763     } else {
764       // We have a node. Grab its hash and return it.
765       assert(Node->getNumOperands() == 1 &&
766         "An ARCAnnotationProvenanceSourceMDKind can only have 1 operand.");
767       Hash = cast<MDString>(Node->getOperand(0));
768     }
769   } else if (Argument *Arg = dyn_cast<Argument>(Ptr)) {
770     std::string str;
771     raw_string_ostream os(str);
772     os << "(" << Arg->getParent()->getName() << ",%" << Arg->getName()
773        << ")";
774     Hash = MDString::get(Arg->getContext(), os.str());
775   }
776
777   return Hash;
778 }
779
780 static std::string SequenceToString(Sequence A) {
781   std::string str;
782   raw_string_ostream os(str);
783   os << A;
784   return os.str();
785 }
786
787 /// Helper function to change a Sequence into a String object using our overload
788 /// for raw_ostream so we only have printing code in one location.
789 static MDString *SequenceToMDString(LLVMContext &Context,
790                                     Sequence A) {
791   return MDString::get(Context, SequenceToString(A));
792 }
793
794 /// A simple function to generate a MDNode which describes the change in state
795 /// for Value *Ptr caused by Instruction *Inst.
796 static void AppendMDNodeToInstForPtr(unsigned NodeId,
797                                      Instruction *Inst,
798                                      Value *Ptr,
799                                      MDString *PtrSourceMDNodeID,
800                                      Sequence OldSeq,
801                                      Sequence NewSeq) {
802   MDNode *Node = 0;
803   Value *tmp[3] = {PtrSourceMDNodeID,
804                    SequenceToMDString(Inst->getContext(),
805                                       OldSeq),
806                    SequenceToMDString(Inst->getContext(),
807                                       NewSeq)};
808   Node = MDNode::get(Inst->getContext(),
809                      ArrayRef<Value*>(tmp, 3));
810
811   Inst->setMetadata(NodeId, Node);
812 }
813
814 /// Add to the beginning of the basic block llvm.ptr.annotations which show the
815 /// state of a pointer at the entrance to a basic block.
816 static void GenerateARCBBEntranceAnnotation(const char *Name, BasicBlock *BB,
817                                             Value *Ptr, Sequence Seq) {
818   // If we have a target identifier, make sure that we match it before
819   // continuing.
820   if(!ARCAnnotationTargetIdentifier.empty() &&
821      !Ptr->getName().equals(ARCAnnotationTargetIdentifier))
822     return;
823
824   Module *M = BB->getParent()->getParent();
825   LLVMContext &C = M->getContext();
826   Type *I8X = PointerType::getUnqual(Type::getInt8Ty(C));
827   Type *I8XX = PointerType::getUnqual(I8X);
828   Type *Params[] = {I8XX, I8XX};
829   FunctionType *FTy = FunctionType::get(Type::getVoidTy(C),
830                                         ArrayRef<Type*>(Params, 2),
831                                         /*isVarArg=*/false);
832   Constant *Callee = M->getOrInsertFunction(Name, FTy);
833
834   IRBuilder<> Builder(BB, BB->getFirstInsertionPt());
835
836   Value *PtrName;
837   StringRef Tmp = Ptr->getName();
838   if (0 == (PtrName = M->getGlobalVariable(Tmp, true))) {
839     Value *ActualPtrName = Builder.CreateGlobalStringPtr(Tmp,
840                                                          Tmp + "_STR");
841     PtrName = new GlobalVariable(*M, I8X, true, GlobalVariable::InternalLinkage,
842                                  cast<Constant>(ActualPtrName), Tmp);
843   }
844
845   Value *S;
846   std::string SeqStr = SequenceToString(Seq);
847   if (0 == (S = M->getGlobalVariable(SeqStr, true))) {
848     Value *ActualPtrName = Builder.CreateGlobalStringPtr(SeqStr,
849                                                          SeqStr + "_STR");
850     S = new GlobalVariable(*M, I8X, true, GlobalVariable::InternalLinkage,
851                            cast<Constant>(ActualPtrName), SeqStr);
852   }
853
854   Builder.CreateCall2(Callee, PtrName, S);
855 }
856
857 /// Add to the end of the basic block llvm.ptr.annotations which show the state
858 /// of the pointer at the bottom of the basic block.
859 static void GenerateARCBBTerminatorAnnotation(const char *Name, BasicBlock *BB,
860                                               Value *Ptr, Sequence Seq) {
861   // If we have a target identifier, make sure that we match it before emitting
862   // an annotation.
863   if(!ARCAnnotationTargetIdentifier.empty() &&
864      !Ptr->getName().equals(ARCAnnotationTargetIdentifier))
865     return;
866
867   Module *M = BB->getParent()->getParent();
868   LLVMContext &C = M->getContext();
869   Type *I8X = PointerType::getUnqual(Type::getInt8Ty(C));
870   Type *I8XX = PointerType::getUnqual(I8X);
871   Type *Params[] = {I8XX, I8XX};
872   FunctionType *FTy = FunctionType::get(Type::getVoidTy(C),
873                                         ArrayRef<Type*>(Params, 2),
874                                         /*isVarArg=*/false);
875   Constant *Callee = M->getOrInsertFunction(Name, FTy);
876
877   IRBuilder<> Builder(BB, llvm::prior(BB->end()));
878
879   Value *PtrName;
880   StringRef Tmp = Ptr->getName();
881   if (0 == (PtrName = M->getGlobalVariable(Tmp, true))) {
882     Value *ActualPtrName = Builder.CreateGlobalStringPtr(Tmp,
883                                                          Tmp + "_STR");
884     PtrName = new GlobalVariable(*M, I8X, true, GlobalVariable::InternalLinkage,
885                                  cast<Constant>(ActualPtrName), Tmp);
886   }
887
888   Value *S;
889   std::string SeqStr = SequenceToString(Seq);
890   if (0 == (S = M->getGlobalVariable(SeqStr, true))) {
891     Value *ActualPtrName = Builder.CreateGlobalStringPtr(SeqStr,
892                                                          SeqStr + "_STR");
893     S = new GlobalVariable(*M, I8X, true, GlobalVariable::InternalLinkage,
894                            cast<Constant>(ActualPtrName), SeqStr);
895   }
896   Builder.CreateCall2(Callee, PtrName, S);
897 }
898
899 /// Adds a source annotation to pointer and a state change annotation to Inst
900 /// referencing the source annotation and the old/new state of pointer.
901 static void GenerateARCAnnotation(unsigned InstMDId,
902                                   unsigned PtrMDId,
903                                   Instruction *Inst,
904                                   Value *Ptr,
905                                   Sequence OldSeq,
906                                   Sequence NewSeq) {
907   if (EnableARCAnnotations) {
908     // If we have a target identifier, make sure that we match it before
909     // emitting an annotation.
910     if(!ARCAnnotationTargetIdentifier.empty() &&
911        !Ptr->getName().equals(ARCAnnotationTargetIdentifier))
912       return;
913
914     // First generate the source annotation on our pointer. This will return an
915     // MDString* if Ptr actually comes from an instruction implying we can put
916     // in a source annotation. If AppendMDNodeToSourcePtr returns 0 (i.e. NULL),
917     // then we know that our pointer is from an Argument so we put a reference
918     // to the argument number.
919     //
920     // The point of this is to make it easy for the
921     // llvm-arc-annotation-processor tool to cross reference where the source
922     // pointer is in the LLVM IR since the LLVM IR parser does not submit such
923     // information via debug info for backends to use (since why would anyone
924     // need such a thing from LLVM IR besides in non standard cases
925     // [i.e. this]).
926     MDString *SourcePtrMDNode =
927       AppendMDNodeToSourcePtr(PtrMDId, Ptr);
928     AppendMDNodeToInstForPtr(InstMDId, Inst, Ptr, SourcePtrMDNode, OldSeq,
929                              NewSeq);
930   }
931 }
932
933 // The actual interface for accessing the above functionality is defined via
934 // some simple macros which are defined below. We do this so that the user does
935 // not need to pass in what metadata id is needed resulting in cleaner code and
936 // additionally since it provides an easy way to conditionally no-op all
937 // annotation support in a non-debug build.
938
939 /// Use this macro to annotate a sequence state change when processing
940 /// instructions bottom up,
941 #define ANNOTATE_BOTTOMUP(inst, ptr, old, new)                          \
942   GenerateARCAnnotation(ARCAnnotationBottomUpMDKind,                    \
943                         ARCAnnotationProvenanceSourceMDKind, (inst),    \
944                         const_cast<Value*>(ptr), (old), (new))
945 /// Use this macro to annotate a sequence state change when processing
946 /// instructions top down.
947 #define ANNOTATE_TOPDOWN(inst, ptr, old, new)                           \
948   GenerateARCAnnotation(ARCAnnotationTopDownMDKind,                     \
949                         ARCAnnotationProvenanceSourceMDKind, (inst),    \
950                         const_cast<Value*>(ptr), (old), (new))
951
952 #define ANNOTATE_BB(_states, _bb, _name, _type, _direction)                   \
953   do {                                                                        \
954     if (EnableARCAnnotations) {                                               \
955       for(BBState::ptr_const_iterator I = (_states)._direction##_ptr_begin(), \
956           E = (_states)._direction##_ptr_end(); I != E; ++I) {                \
957         Value *Ptr = const_cast<Value*>(I->first);                            \
958         Sequence Seq = I->second.GetSeq();                                    \
959         GenerateARCBB ## _type ## Annotation(_name, (_bb), Ptr, Seq);         \
960       }                                                                       \
961     }                                                                         \
962   } while (0)
963
964 #define ANNOTATE_BOTTOMUP_BBSTART(_states, _basicblock)                       \
965     ANNOTATE_BB(_states, _basicblock, "llvm.arc.annotation.bottomup.bbstart", \
966                 Entrance, bottom_up)
967 #define ANNOTATE_BOTTOMUP_BBEND(_states, _basicblock)                         \
968     ANNOTATE_BB(_states, _basicblock, "llvm.arc.annotation.bottomup.bbend",   \
969                 Terminator, bottom_up)
970 #define ANNOTATE_TOPDOWN_BBSTART(_states, _basicblock)                        \
971     ANNOTATE_BB(_states, _basicblock, "llvm.arc.annotation.topdown.bbstart",  \
972                 Entrance, top_down)
973 #define ANNOTATE_TOPDOWN_BBEND(_states, _basicblock)                          \
974     ANNOTATE_BB(_states, _basicblock, "llvm.arc.annotation.topdown.bbend",    \
975                 Terminator, top_down)
976
977 #else // !ARC_ANNOTATION
978 // If annotations are off, noop.
979 #define ANNOTATE_BOTTOMUP(inst, ptr, old, new)
980 #define ANNOTATE_TOPDOWN(inst, ptr, old, new)
981 #define ANNOTATE_BOTTOMUP_BBSTART(states, basicblock)
982 #define ANNOTATE_BOTTOMUP_BBEND(states, basicblock)
983 #define ANNOTATE_TOPDOWN_BBSTART(states, basicblock)
984 #define ANNOTATE_TOPDOWN_BBEND(states, basicblock)
985 #endif // !ARC_ANNOTATION
986
987 namespace {
988   /// \brief The main ARC optimization pass.
989   class ObjCARCOpt : public FunctionPass {
990     bool Changed;
991     ProvenanceAnalysis PA;
992
993     /// A flag indicating whether this optimization pass should run.
994     bool Run;
995
996     /// Declarations for ObjC runtime functions, for use in creating calls to
997     /// them. These are initialized lazily to avoid cluttering up the Module
998     /// with unused declarations.
999
1000     /// Declaration for ObjC runtime function
1001     /// objc_retainAutoreleasedReturnValue.
1002     Constant *RetainRVCallee;
1003     /// Declaration for ObjC runtime function objc_autoreleaseReturnValue.
1004     Constant *AutoreleaseRVCallee;
1005     /// Declaration for ObjC runtime function objc_release.
1006     Constant *ReleaseCallee;
1007     /// Declaration for ObjC runtime function objc_retain.
1008     Constant *RetainCallee;
1009     /// Declaration for ObjC runtime function objc_retainBlock.
1010     Constant *RetainBlockCallee;
1011     /// Declaration for ObjC runtime function objc_autorelease.
1012     Constant *AutoreleaseCallee;
1013
1014     /// Flags which determine whether each of the interesting runtine functions
1015     /// is in fact used in the current function.
1016     unsigned UsedInThisFunction;
1017
1018     /// The Metadata Kind for clang.imprecise_release metadata.
1019     unsigned ImpreciseReleaseMDKind;
1020
1021     /// The Metadata Kind for clang.arc.copy_on_escape metadata.
1022     unsigned CopyOnEscapeMDKind;
1023
1024     /// The Metadata Kind for clang.arc.no_objc_arc_exceptions metadata.
1025     unsigned NoObjCARCExceptionsMDKind;
1026
1027 #ifdef ARC_ANNOTATIONS
1028     /// The Metadata Kind for llvm.arc.annotation.bottomup metadata.
1029     unsigned ARCAnnotationBottomUpMDKind;
1030     /// The Metadata Kind for llvm.arc.annotation.topdown metadata.
1031     unsigned ARCAnnotationTopDownMDKind;
1032     /// The Metadata Kind for llvm.arc.annotation.provenancesource metadata.
1033     unsigned ARCAnnotationProvenanceSourceMDKind;
1034 #endif // ARC_ANNOATIONS
1035
1036     Constant *getRetainRVCallee(Module *M);
1037     Constant *getAutoreleaseRVCallee(Module *M);
1038     Constant *getReleaseCallee(Module *M);
1039     Constant *getRetainCallee(Module *M);
1040     Constant *getRetainBlockCallee(Module *M);
1041     Constant *getAutoreleaseCallee(Module *M);
1042
1043     bool IsRetainBlockOptimizable(const Instruction *Inst);
1044
1045     void OptimizeRetainCall(Function &F, Instruction *Retain);
1046     bool OptimizeRetainRVCall(Function &F, Instruction *RetainRV);
1047     void OptimizeAutoreleaseRVCall(Function &F, Instruction *AutoreleaseRV,
1048                                    InstructionClass &Class);
1049     bool OptimizeRetainBlockCall(Function &F, Instruction *RetainBlock,
1050                                  InstructionClass &Class);
1051     void OptimizeIndividualCalls(Function &F);
1052
1053     void CheckForCFGHazards(const BasicBlock *BB,
1054                             DenseMap<const BasicBlock *, BBState> &BBStates,
1055                             BBState &MyStates) const;
1056     bool VisitInstructionBottomUp(Instruction *Inst,
1057                                   BasicBlock *BB,
1058                                   MapVector<Value *, RRInfo> &Retains,
1059                                   BBState &MyStates);
1060     bool VisitBottomUp(BasicBlock *BB,
1061                        DenseMap<const BasicBlock *, BBState> &BBStates,
1062                        MapVector<Value *, RRInfo> &Retains);
1063     bool VisitInstructionTopDown(Instruction *Inst,
1064                                  DenseMap<Value *, RRInfo> &Releases,
1065                                  BBState &MyStates);
1066     bool VisitTopDown(BasicBlock *BB,
1067                       DenseMap<const BasicBlock *, BBState> &BBStates,
1068                       DenseMap<Value *, RRInfo> &Releases);
1069     bool Visit(Function &F,
1070                DenseMap<const BasicBlock *, BBState> &BBStates,
1071                MapVector<Value *, RRInfo> &Retains,
1072                DenseMap<Value *, RRInfo> &Releases);
1073
1074     void MoveCalls(Value *Arg, RRInfo &RetainsToMove, RRInfo &ReleasesToMove,
1075                    MapVector<Value *, RRInfo> &Retains,
1076                    DenseMap<Value *, RRInfo> &Releases,
1077                    SmallVectorImpl<Instruction *> &DeadInsts,
1078                    Module *M);
1079
1080     bool ConnectTDBUTraversals(DenseMap<const BasicBlock *, BBState> &BBStates,
1081                                MapVector<Value *, RRInfo> &Retains,
1082                                DenseMap<Value *, RRInfo> &Releases,
1083                                Module *M,
1084                                SmallVector<Instruction *, 4> &NewRetains,
1085                                SmallVector<Instruction *, 4> &NewReleases,
1086                                SmallVector<Instruction *, 8> &DeadInsts,
1087                                RRInfo &RetainsToMove,
1088                                RRInfo &ReleasesToMove,
1089                                Value *Arg,
1090                                bool KnownSafe,
1091                                bool &AnyPairsCompletelyEliminated);
1092
1093     bool PerformCodePlacement(DenseMap<const BasicBlock *, BBState> &BBStates,
1094                               MapVector<Value *, RRInfo> &Retains,
1095                               DenseMap<Value *, RRInfo> &Releases,
1096                               Module *M);
1097
1098     void OptimizeWeakCalls(Function &F);
1099
1100     bool OptimizeSequences(Function &F);
1101
1102     void OptimizeReturns(Function &F);
1103
1104 #ifndef NDEBUG
1105     void GatherStatistics(Function &F, bool AfterOptimization = false);
1106 #endif
1107
1108     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const;
1109     virtual bool doInitialization(Module &M);
1110     virtual bool runOnFunction(Function &F);
1111     virtual void releaseMemory();
1112
1113   public:
1114     static char ID;
1115     ObjCARCOpt() : FunctionPass(ID) {
1116       initializeObjCARCOptPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
1117     }
1118   };
1119 }
1120
1121 char ObjCARCOpt::ID = 0;
1122 INITIALIZE_PASS_BEGIN(ObjCARCOpt,
1123                       "objc-arc", "ObjC ARC optimization", false, false)
1124 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(ObjCARCAliasAnalysis)
1125 INITIALIZE_PASS_END(ObjCARCOpt,
1126                     "objc-arc", "ObjC ARC optimization", false, false)
1127
1128 Pass *llvm::createObjCARCOptPass() {
1129   return new ObjCARCOpt();
1130 }
1131
1132 void ObjCARCOpt::getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
1133   AU.addRequired<ObjCARCAliasAnalysis>();
1134   AU.addRequired<AliasAnalysis>();
1135   // ARC optimization doesn't currently split critical edges.
1136   AU.setPreservesCFG();
1137 }
1138
1139 bool ObjCARCOpt::IsRetainBlockOptimizable(const Instruction *Inst) {
1140   // Without the magic metadata tag, we have to assume this might be an
1141   // objc_retainBlock call inserted to convert a block pointer to an id,
1142   // in which case it really is needed.
1143   if (!Inst->getMetadata(CopyOnEscapeMDKind))
1144     return false;
1145
1146   // If the pointer "escapes" (not including being used in a call),
1147   // the copy may be needed.
1148   if (DoesRetainableObjPtrEscape(Inst))
1149     return false;
1150
1151   // Otherwise, it's not needed.
1152   return true;
1153 }
1154
1155 Constant *ObjCARCOpt::getRetainRVCallee(Module *M) {
1156   if (!RetainRVCallee) {
1157     LLVMContext &C = M->getContext();
1158     Type *I8X = PointerType::getUnqual(Type::getInt8Ty(C));
1159     Type *Params[] = { I8X };
1160     FunctionType *FTy = FunctionType::get(I8X, Params, /*isVarArg=*/false);
1161     AttributeSet Attribute =
1162       AttributeSet().addAttribute(M->getContext(), AttributeSet::FunctionIndex,
1163                                   Attribute::NoUnwind);
1164     RetainRVCallee =
1165       M->getOrInsertFunction("objc_retainAutoreleasedReturnValue", FTy,
1166                              Attribute);
1167   }
1168   return RetainRVCallee;
1169 }
1170
1171 Constant *ObjCARCOpt::getAutoreleaseRVCallee(Module *M) {
1172   if (!AutoreleaseRVCallee) {
1173     LLVMContext &C = M->getContext();
1174     Type *I8X = PointerType::getUnqual(Type::getInt8Ty(C));
1175     Type *Params[] = { I8X };
1176     FunctionType *FTy = FunctionType::get(I8X, Params, /*isVarArg=*/false);
1177     AttributeSet Attribute =
1178       AttributeSet().addAttribute(M->getContext(), AttributeSet::FunctionIndex,
1179                                   Attribute::NoUnwind);
1180     AutoreleaseRVCallee =
1181       M->getOrInsertFunction("objc_autoreleaseReturnValue", FTy,
1182                              Attribute);
1183   }
1184   return AutoreleaseRVCallee;
1185 }
1186
1187 Constant *ObjCARCOpt::getReleaseCallee(Module *M) {
1188   if (!ReleaseCallee) {
1189     LLVMContext &C = M->getContext();
1190     Type *Params[] = { PointerType::getUnqual(Type::getInt8Ty(C)) };
1191     AttributeSet Attribute =
1192       AttributeSet().addAttribute(M->getContext(), AttributeSet::FunctionIndex,
1193                                   Attribute::NoUnwind);
1194     ReleaseCallee =
1195       M->getOrInsertFunction(
1196         "objc_release",
1197         FunctionType::get(Type::getVoidTy(C), Params, /*isVarArg=*/false),
1198         Attribute);
1199   }
1200   return ReleaseCallee;
1201 }
1202
1203 Constant *ObjCARCOpt::getRetainCallee(Module *M) {
1204   if (!RetainCallee) {
1205     LLVMContext &C = M->getContext();
1206     Type *Params[] = { PointerType::getUnqual(Type::getInt8Ty(C)) };
1207     AttributeSet Attribute =
1208       AttributeSet().addAttribute(M->getContext(), AttributeSet::FunctionIndex,
1209                                   Attribute::NoUnwind);
1210     RetainCallee =
1211       M->getOrInsertFunction(
1212         "objc_retain",
1213         FunctionType::get(Params[0], Params, /*isVarArg=*/false),
1214         Attribute);
1215   }
1216   return RetainCallee;
1217 }
1218
1219 Constant *ObjCARCOpt::getRetainBlockCallee(Module *M) {
1220   if (!RetainBlockCallee) {
1221     LLVMContext &C = M->getContext();
1222     Type *Params[] = { PointerType::getUnqual(Type::getInt8Ty(C)) };
1223     // objc_retainBlock is not nounwind because it calls user copy constructors
1224     // which could theoretically throw.
1225     RetainBlockCallee =
1226       M->getOrInsertFunction(
1227         "objc_retainBlock",
1228         FunctionType::get(Params[0], Params, /*isVarArg=*/false),
1229         AttributeSet());
1230   }
1231   return RetainBlockCallee;
1232 }
1233
1234 Constant *ObjCARCOpt::getAutoreleaseCallee(Module *M) {
1235   if (!AutoreleaseCallee) {
1236     LLVMContext &C = M->getContext();
1237     Type *Params[] = { PointerType::getUnqual(Type::getInt8Ty(C)) };
1238     AttributeSet Attribute =
1239       AttributeSet().addAttribute(M->getContext(), AttributeSet::FunctionIndex,
1240                                   Attribute::NoUnwind);
1241     AutoreleaseCallee =
1242       M->getOrInsertFunction(
1243         "objc_autorelease",
1244         FunctionType::get(Params[0], Params, /*isVarArg=*/false),
1245         Attribute);
1246   }
1247   return AutoreleaseCallee;
1248 }
1249
1250 /// Turn objc_retain into objc_retainAutoreleasedReturnValue if the operand is a
1251 /// return value.
1252 void
1253 ObjCARCOpt::OptimizeRetainCall(Function &F, Instruction *Retain) {
1254   ImmutableCallSite CS(GetObjCArg(Retain));
1255   const Instruction *Call = CS.getInstruction();
1256   if (!Call) return;
1257   if (Call->getParent() != Retain->getParent()) return;
1258
1259   // Check that the call is next to the retain.
1260   BasicBlock::const_iterator I = Call;
1261   ++I;
1262   while (IsNoopInstruction(I)) ++I;
1263   if (&*I != Retain)
1264     return;
1265
1266   // Turn it to an objc_retainAutoreleasedReturnValue..
1267   Changed = true;
1268   ++NumPeeps;
1269
1270   DEBUG(dbgs() << "Transforming objc_retain => "
1271                   "objc_retainAutoreleasedReturnValue since the operand is a "
1272                   "return value.\nOld: "<< *Retain << "\n");
1273
1274   cast<CallInst>(Retain)->setCalledFunction(getRetainRVCallee(F.getParent()));
1275
1276   DEBUG(dbgs() << "New: " << *Retain << "\n");
1277 }
1278
1279 /// Turn objc_retainAutoreleasedReturnValue into objc_retain if the operand is
1280 /// not a return value.  Or, if it can be paired with an
1281 /// objc_autoreleaseReturnValue, delete the pair and return true.
1282 bool
1283 ObjCARCOpt::OptimizeRetainRVCall(Function &F, Instruction *RetainRV) {
1284   // Check for the argument being from an immediately preceding call or invoke.
1285   const Value *Arg = GetObjCArg(RetainRV);
1286   ImmutableCallSite CS(Arg);
1287   if (const Instruction *Call = CS.getInstruction()) {
1288     if (Call->getParent() == RetainRV->getParent()) {
1289       BasicBlock::const_iterator I = Call;
1290       ++I;
1291       while (IsNoopInstruction(I)) ++I;
1292       if (&*I == RetainRV)
1293         return false;
1294     } else if (const InvokeInst *II = dyn_cast<InvokeInst>(Call)) {
1295       BasicBlock *RetainRVParent = RetainRV->getParent();
1296       if (II->getNormalDest() == RetainRVParent) {
1297         BasicBlock::const_iterator I = RetainRVParent->begin();
1298         while (IsNoopInstruction(I)) ++I;
1299         if (&*I == RetainRV)
1300           return false;
1301       }
1302     }
1303   }
1304
1305   // Check for being preceded by an objc_autoreleaseReturnValue on the same
1306   // pointer. In this case, we can delete the pair.
1307   BasicBlock::iterator I = RetainRV, Begin = RetainRV->getParent()->begin();
1308   if (I != Begin) {
1309     do --I; while (I != Begin && IsNoopInstruction(I));
1310     if (GetBasicInstructionClass(I) == IC_AutoreleaseRV &&
1311         GetObjCArg(I) == Arg) {
1312       Changed = true;
1313       ++NumPeeps;
1314
1315       DEBUG(dbgs() << "Erasing autoreleaseRV,retainRV pair: " << *I << "\n"
1316                    << "Erasing " << *RetainRV << "\n");
1317
1318       EraseInstruction(I);
1319       EraseInstruction(RetainRV);
1320       return true;
1321     }
1322   }
1323
1324   // Turn it to a plain objc_retain.
1325   Changed = true;
1326   ++NumPeeps;
1327
1328   DEBUG(dbgs() << "Transforming objc_retainAutoreleasedReturnValue => "
1329                   "objc_retain since the operand is not a return value.\n"
1330                   "Old = " << *RetainRV << "\n");
1331
1332   cast<CallInst>(RetainRV)->setCalledFunction(getRetainCallee(F.getParent()));
1333
1334   DEBUG(dbgs() << "New = " << *RetainRV << "\n");
1335
1336   return false;
1337 }
1338
1339 /// Turn objc_autoreleaseReturnValue into objc_autorelease if the result is not
1340 /// used as a return value.
1341 void
1342 ObjCARCOpt::OptimizeAutoreleaseRVCall(Function &F, Instruction *AutoreleaseRV,
1343                                       InstructionClass &Class) {
1344   // Check for a return of the pointer value.
1345   const Value *Ptr = GetObjCArg(AutoreleaseRV);
1346   SmallVector<const Value *, 2> Users;
1347   Users.push_back(Ptr);
1348   do {
1349     Ptr = Users.pop_back_val();
1350     for (Value::const_use_iterator UI = Ptr->use_begin(), UE = Ptr->use_end();
1351          UI != UE; ++UI) {
1352       const User *I = *UI;
1353       if (isa<ReturnInst>(I) || GetBasicInstructionClass(I) == IC_RetainRV)
1354         return;
1355       if (isa<BitCastInst>(I))
1356         Users.push_back(I);
1357     }
1358   } while (!Users.empty());
1359
1360   Changed = true;
1361   ++NumPeeps;
1362
1363   DEBUG(dbgs() << "Transforming objc_autoreleaseReturnValue => "
1364                   "objc_autorelease since its operand is not used as a return "
1365                   "value.\n"
1366                   "Old = " << *AutoreleaseRV << "\n");
1367
1368   CallInst *AutoreleaseRVCI = cast<CallInst>(AutoreleaseRV);
1369   AutoreleaseRVCI->
1370     setCalledFunction(getAutoreleaseCallee(F.getParent()));
1371   AutoreleaseRVCI->setTailCall(false); // Never tail call objc_autorelease.
1372   Class = IC_Autorelease;
1373
1374   DEBUG(dbgs() << "New: " << *AutoreleaseRV << "\n");
1375
1376 }
1377
1378 // \brief Attempt to strength reduce objc_retainBlock calls to objc_retain
1379 // calls.
1380 //
1381 // Specifically: If an objc_retainBlock call has the copy_on_escape metadata and
1382 // does not escape (following the rules of block escaping), strength reduce the
1383 // objc_retainBlock to an objc_retain.
1384 //
1385 // TODO: If an objc_retainBlock call is dominated period by a previous
1386 // objc_retainBlock call, strength reduce the objc_retainBlock to an
1387 // objc_retain.
1388 bool
1389 ObjCARCOpt::OptimizeRetainBlockCall(Function &F, Instruction *Inst,
1390                                     InstructionClass &Class) {
1391   assert(GetBasicInstructionClass(Inst) == Class);
1392   assert(IC_RetainBlock == Class);
1393
1394   // If we can not optimize Inst, return false.
1395   if (!IsRetainBlockOptimizable(Inst))
1396     return false;
1397
1398   Changed = true;
1399   ++NumPeeps;
1400
1401   DEBUG(dbgs() << "Strength reduced retainBlock => retain.\n");
1402   DEBUG(dbgs() << "Old: " << *Inst << "\n");
1403   CallInst *RetainBlock = cast<CallInst>(Inst);
1404   RetainBlock->setCalledFunction(getRetainCallee(F.getParent()));
1405   // Remove copy_on_escape metadata.
1406   RetainBlock->setMetadata(CopyOnEscapeMDKind, 0);
1407   Class = IC_Retain;
1408   DEBUG(dbgs() << "New: " << *Inst << "\n");
1409   return true;
1410 }
1411
1412 /// Visit each call, one at a time, and make simplifications without doing any
1413 /// additional analysis.
1414 void ObjCARCOpt::OptimizeIndividualCalls(Function &F) {
1415   DEBUG(dbgs() << "\n== ObjCARCOpt::OptimizeIndividualCalls ==\n");
1416   // Reset all the flags in preparation for recomputing them.
1417   UsedInThisFunction = 0;
1418
1419   // Visit all objc_* calls in F.
1420   for (inst_iterator I = inst_begin(&F), E = inst_end(&F); I != E; ) {
1421     Instruction *Inst = &*I++;
1422
1423     InstructionClass Class = GetBasicInstructionClass(Inst);
1424
1425     DEBUG(dbgs() << "Visiting: Class: " << Class << "; " << *Inst << "\n");
1426
1427     switch (Class) {
1428     default: break;
1429
1430     // Delete no-op casts. These function calls have special semantics, but
1431     // the semantics are entirely implemented via lowering in the front-end,
1432     // so by the time they reach the optimizer, they are just no-op calls
1433     // which return their argument.
1434     //
1435     // There are gray areas here, as the ability to cast reference-counted
1436     // pointers to raw void* and back allows code to break ARC assumptions,
1437     // however these are currently considered to be unimportant.
1438     case IC_NoopCast:
1439       Changed = true;
1440       ++NumNoops;
1441       DEBUG(dbgs() << "Erasing no-op cast: " << *Inst << "\n");
1442       EraseInstruction(Inst);
1443       continue;
1444
1445     // If the pointer-to-weak-pointer is null, it's undefined behavior.
1446     case IC_StoreWeak:
1447     case IC_LoadWeak:
1448     case IC_LoadWeakRetained:
1449     case IC_InitWeak:
1450     case IC_DestroyWeak: {
1451       CallInst *CI = cast<CallInst>(Inst);
1452       if (IsNullOrUndef(CI->getArgOperand(0))) {
1453         Changed = true;
1454         Type *Ty = CI->getArgOperand(0)->getType();
1455         new StoreInst(UndefValue::get(cast<PointerType>(Ty)->getElementType()),
1456                       Constant::getNullValue(Ty),
1457                       CI);
1458         llvm::Value *NewValue = UndefValue::get(CI->getType());
1459         DEBUG(dbgs() << "A null pointer-to-weak-pointer is undefined behavior."
1460                        "\nOld = " << *CI << "\nNew = " << *NewValue << "\n");
1461         CI->replaceAllUsesWith(NewValue);
1462         CI->eraseFromParent();
1463         continue;
1464       }
1465       break;
1466     }
1467     case IC_CopyWeak:
1468     case IC_MoveWeak: {
1469       CallInst *CI = cast<CallInst>(Inst);
1470       if (IsNullOrUndef(CI->getArgOperand(0)) ||
1471           IsNullOrUndef(CI->getArgOperand(1))) {
1472         Changed = true;
1473         Type *Ty = CI->getArgOperand(0)->getType();
1474         new StoreInst(UndefValue::get(cast<PointerType>(Ty)->getElementType()),
1475                       Constant::getNullValue(Ty),
1476                       CI);
1477
1478         llvm::Value *NewValue = UndefValue::get(CI->getType());
1479         DEBUG(dbgs() << "A null pointer-to-weak-pointer is undefined behavior."
1480                         "\nOld = " << *CI << "\nNew = " << *NewValue << "\n");
1481
1482         CI->replaceAllUsesWith(NewValue);
1483         CI->eraseFromParent();
1484         continue;
1485       }
1486       break;
1487     }
1488     case IC_RetainBlock:
1489       // If we strength reduce an objc_retainBlock to an objc_retain, continue
1490       // onto the objc_retain peephole optimizations. Otherwise break.
1491       if (!OptimizeRetainBlockCall(F, Inst, Class))
1492         break;
1493       // FALLTHROUGH
1494     case IC_Retain:
1495       ++NumRetainsBeforeOpt;
1496       OptimizeRetainCall(F, Inst);
1497       break;
1498     case IC_RetainRV:
1499       if (OptimizeRetainRVCall(F, Inst))
1500         continue;
1501       break;
1502     case IC_AutoreleaseRV:
1503       OptimizeAutoreleaseRVCall(F, Inst, Class);
1504       break;
1505     case IC_Release:
1506       ++NumReleasesBeforeOpt;
1507       break;
1508     }
1509
1510     // objc_autorelease(x) -> objc_release(x) if x is otherwise unused.
1511     if (IsAutorelease(Class) && Inst->use_empty()) {
1512       CallInst *Call = cast<CallInst>(Inst);
1513       const Value *Arg = Call->getArgOperand(0);
1514       Arg = FindSingleUseIdentifiedObject(Arg);
1515       if (Arg) {
1516         Changed = true;
1517         ++NumAutoreleases;
1518
1519         // Create the declaration lazily.
1520         LLVMContext &C = Inst->getContext();
1521         CallInst *NewCall =
1522           CallInst::Create(getReleaseCallee(F.getParent()),
1523                            Call->getArgOperand(0), "", Call);
1524         NewCall->setMetadata(ImpreciseReleaseMDKind,
1525                              MDNode::get(C, ArrayRef<Value *>()));
1526
1527         DEBUG(dbgs() << "Replacing autorelease{,RV}(x) with objc_release(x) "
1528               "since x is otherwise unused.\nOld: " << *Call << "\nNew: "
1529               << *NewCall << "\n");
1530
1531         EraseInstruction(Call);
1532         Inst = NewCall;
1533         Class = IC_Release;
1534       }
1535     }
1536
1537     // For functions which can never be passed stack arguments, add
1538     // a tail keyword.
1539     if (IsAlwaysTail(Class)) {
1540       Changed = true;
1541       DEBUG(dbgs() << "Adding tail keyword to function since it can never be "
1542                       "passed stack args: " << *Inst << "\n");
1543       cast<CallInst>(Inst)->setTailCall();
1544     }
1545
1546     // Ensure that functions that can never have a "tail" keyword due to the
1547     // semantics of ARC truly do not do so.
1548     if (IsNeverTail(Class)) {
1549       Changed = true;
1550       DEBUG(dbgs() << "Removing tail keyword from function: " << *Inst <<
1551             "\n");
1552       cast<CallInst>(Inst)->setTailCall(false);
1553     }
1554
1555     // Set nounwind as needed.
1556     if (IsNoThrow(Class)) {
1557       Changed = true;
1558       DEBUG(dbgs() << "Found no throw class. Setting nounwind on: " << *Inst
1559                    << "\n");
1560       cast<CallInst>(Inst)->setDoesNotThrow();
1561     }
1562
1563     if (!IsNoopOnNull(Class)) {
1564       UsedInThisFunction |= 1 << Class;
1565       continue;
1566     }
1567
1568     const Value *Arg = GetObjCArg(Inst);
1569
1570     // ARC calls with null are no-ops. Delete them.
1571     if (IsNullOrUndef(Arg)) {
1572       Changed = true;
1573       ++NumNoops;
1574       DEBUG(dbgs() << "ARC calls with  null are no-ops. Erasing: " << *Inst
1575             << "\n");
1576       EraseInstruction(Inst);
1577       continue;
1578     }
1579
1580     // Keep track of which of retain, release, autorelease, and retain_block
1581     // are actually present in this function.
1582     UsedInThisFunction |= 1 << Class;
1583
1584     // If Arg is a PHI, and one or more incoming values to the
1585     // PHI are null, and the call is control-equivalent to the PHI, and there
1586     // are no relevant side effects between the PHI and the call, the call
1587     // could be pushed up to just those paths with non-null incoming values.
1588     // For now, don't bother splitting critical edges for this.
1589     SmallVector<std::pair<Instruction *, const Value *>, 4> Worklist;
1590     Worklist.push_back(std::make_pair(Inst, Arg));
1591     do {
1592       std::pair<Instruction *, const Value *> Pair = Worklist.pop_back_val();
1593       Inst = Pair.first;
1594       Arg = Pair.second;
1595
1596       const PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(Arg);
1597       if (!PN) continue;
1598
1599       // Determine if the PHI has any null operands, or any incoming
1600       // critical edges.
1601       bool HasNull = false;
1602       bool HasCriticalEdges = false;
1603       for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
1604         Value *Incoming =
1605           StripPointerCastsAndObjCCalls(PN->getIncomingValue(i));
1606         if (IsNullOrUndef(Incoming))
1607           HasNull = true;
1608         else if (cast<TerminatorInst>(PN->getIncomingBlock(i)->back())
1609                    .getNumSuccessors() != 1) {
1610           HasCriticalEdges = true;
1611           break;
1612         }
1613       }
1614       // If we have null operands and no critical edges, optimize.
1615       if (!HasCriticalEdges && HasNull) {
1616         SmallPtrSet<Instruction *, 4> DependingInstructions;
1617         SmallPtrSet<const BasicBlock *, 4> Visited;
1618
1619         // Check that there is nothing that cares about the reference
1620         // count between the call and the phi.
1621         switch (Class) {
1622         case IC_Retain:
1623         case IC_RetainBlock:
1624           // These can always be moved up.
1625           break;
1626         case IC_Release:
1627           // These can't be moved across things that care about the retain
1628           // count.
1629           FindDependencies(NeedsPositiveRetainCount, Arg,
1630                            Inst->getParent(), Inst,
1631                            DependingInstructions, Visited, PA);
1632           break;
1633         case IC_Autorelease:
1634           // These can't be moved across autorelease pool scope boundaries.
1635           FindDependencies(AutoreleasePoolBoundary, Arg,
1636                            Inst->getParent(), Inst,
1637                            DependingInstructions, Visited, PA);
1638           break;
1639         case IC_RetainRV:
1640         case IC_AutoreleaseRV:
1641           // Don't move these; the RV optimization depends on the autoreleaseRV
1642           // being tail called, and the retainRV being immediately after a call
1643           // (which might still happen if we get lucky with codegen layout, but
1644           // it's not worth taking the chance).
1645           continue;
1646         default:
1647           llvm_unreachable("Invalid dependence flavor");
1648         }
1649
1650         if (DependingInstructions.size() == 1 &&
1651             *DependingInstructions.begin() == PN) {
1652           Changed = true;
1653           ++NumPartialNoops;
1654           // Clone the call into each predecessor that has a non-null value.
1655           CallInst *CInst = cast<CallInst>(Inst);
1656           Type *ParamTy = CInst->getArgOperand(0)->getType();
1657           for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
1658             Value *Incoming =
1659               StripPointerCastsAndObjCCalls(PN->getIncomingValue(i));
1660             if (!IsNullOrUndef(Incoming)) {
1661               CallInst *Clone = cast<CallInst>(CInst->clone());
1662               Value *Op = PN->getIncomingValue(i);
1663               Instruction *InsertPos = &PN->getIncomingBlock(i)->back();
1664               if (Op->getType() != ParamTy)
1665                 Op = new BitCastInst(Op, ParamTy, "", InsertPos);
1666               Clone->setArgOperand(0, Op);
1667               Clone->insertBefore(InsertPos);
1668
1669               DEBUG(dbgs() << "Cloning "
1670                            << *CInst << "\n"
1671                            "And inserting clone at " << *InsertPos << "\n");
1672               Worklist.push_back(std::make_pair(Clone, Incoming));
1673             }
1674           }
1675           // Erase the original call.
1676           DEBUG(dbgs() << "Erasing: " << *CInst << "\n");
1677           EraseInstruction(CInst);
1678           continue;
1679         }
1680       }
1681     } while (!Worklist.empty());
1682   }
1683 }
1684
1685 /// If we have a top down pointer in the S_Use state, make sure that there are
1686 /// no CFG hazards by checking the states of various bottom up pointers.
1687 static void CheckForUseCFGHazard(const Sequence SuccSSeq,
1688                                  const bool SuccSRRIKnownSafe,
1689                                  PtrState &S,
1690                                  bool &SomeSuccHasSame,
1691                                  bool &AllSuccsHaveSame,
1692                                  bool &ShouldContinue) {
1693   switch (SuccSSeq) {
1694   case S_CanRelease: {
1695     if (!S.RRI.KnownSafe && !SuccSRRIKnownSafe) {
1696       S.ClearSequenceProgress();
1697       break;
1698     }
1699     ShouldContinue = true;
1700     break;
1701   }
1702   case S_Use:
1703     SomeSuccHasSame = true;
1704     break;
1705   case S_Stop:
1706   case S_Release:
1707   case S_MovableRelease:
1708     if (!S.RRI.KnownSafe && !SuccSRRIKnownSafe)
1709       AllSuccsHaveSame = false;
1710     break;
1711   case S_Retain:
1712     llvm_unreachable("bottom-up pointer in retain state!");
1713   case S_None:
1714     llvm_unreachable("This should have been handled earlier.");
1715   }
1716 }
1717
1718 /// If we have a Top Down pointer in the S_CanRelease state, make sure that
1719 /// there are no CFG hazards by checking the states of various bottom up
1720 /// pointers.
1721 static void CheckForCanReleaseCFGHazard(const Sequence SuccSSeq,
1722                                         const bool SuccSRRIKnownSafe,
1723                                         PtrState &S,
1724                                         bool &SomeSuccHasSame,
1725                                         bool &AllSuccsHaveSame) {
1726   switch (SuccSSeq) {
1727   case S_CanRelease:
1728     SomeSuccHasSame = true;
1729     break;
1730   case S_Stop:
1731   case S_Release:
1732   case S_MovableRelease:
1733   case S_Use:
1734     if (!S.RRI.KnownSafe && !SuccSRRIKnownSafe)
1735       AllSuccsHaveSame = false;
1736     break;
1737   case S_Retain:
1738     llvm_unreachable("bottom-up pointer in retain state!");
1739   case S_None:
1740     llvm_unreachable("This should have been handled earlier.");
1741   }
1742 }
1743
1744 /// Check for critical edges, loop boundaries, irreducible control flow, or
1745 /// other CFG structures where moving code across the edge would result in it
1746 /// being executed more.
1747 void
1748 ObjCARCOpt::CheckForCFGHazards(const BasicBlock *BB,
1749                                DenseMap<const BasicBlock *, BBState> &BBStates,
1750                                BBState &MyStates) const {
1751   // If any top-down local-use or possible-dec has a succ which is earlier in
1752   // the sequence, forget it.
1753   for (BBState::ptr_iterator I = MyStates.top_down_ptr_begin(),
1754          E = MyStates.top_down_ptr_end(); I != E; ++I) {
1755     PtrState &S = I->second;
1756     const Sequence Seq = I->second.GetSeq();
1757
1758     // We only care about S_Retain, S_CanRelease, and S_Use.
1759     if (Seq == S_None)
1760       continue;
1761
1762     // Make sure that if extra top down states are added in the future that this
1763     // code is updated to handle it.
1764     assert((Seq == S_Retain || Seq == S_CanRelease || Seq == S_Use) &&
1765            "Unknown top down sequence state.");
1766
1767     const Value *Arg = I->first;
1768     const TerminatorInst *TI = cast<TerminatorInst>(&BB->back());
1769     bool SomeSuccHasSame = false;
1770     bool AllSuccsHaveSame = true;
1771
1772     succ_const_iterator SI(TI), SE(TI, false);
1773
1774     for (; SI != SE; ++SI) {
1775       // If VisitBottomUp has pointer information for this successor, take
1776       // what we know about it.
1777       const DenseMap<const BasicBlock *, BBState>::iterator BBI =
1778         BBStates.find(*SI);
1779       assert(BBI != BBStates.end());
1780       const PtrState &SuccS = BBI->second.getPtrBottomUpState(Arg);
1781       const Sequence SuccSSeq = SuccS.GetSeq();
1782
1783       // If bottom up, the pointer is in an S_None state, clear the sequence
1784       // progress since the sequence in the bottom up state finished
1785       // suggesting a mismatch in between retains/releases. This is true for
1786       // all three cases that we are handling here: S_Retain, S_Use, and
1787       // S_CanRelease.
1788       if (SuccSSeq == S_None) {
1789         S.ClearSequenceProgress();
1790         continue;
1791       }
1792
1793       // If we have S_Use or S_CanRelease, perform our check for cfg hazard
1794       // checks.
1795       const bool SuccSRRIKnownSafe = SuccS.RRI.KnownSafe;
1796
1797       // *NOTE* We do not use Seq from above here since we are allowing for
1798       // S.GetSeq() to change while we are visiting basic blocks.
1799       switch(S.GetSeq()) {
1800       case S_Use: {
1801         bool ShouldContinue = false;
1802         CheckForUseCFGHazard(SuccSSeq, SuccSRRIKnownSafe, S,
1803                              SomeSuccHasSame, AllSuccsHaveSame,
1804                              ShouldContinue);
1805         if (ShouldContinue)
1806           continue;
1807         break;
1808       }
1809       case S_CanRelease: {
1810         CheckForCanReleaseCFGHazard(SuccSSeq, SuccSRRIKnownSafe,
1811                                     S, SomeSuccHasSame,
1812                                     AllSuccsHaveSame);
1813         break;
1814       }
1815       case S_Retain:
1816       case S_None:
1817       case S_Stop:
1818       case S_Release:
1819       case S_MovableRelease:
1820         break;
1821       }
1822     }
1823
1824     // If the state at the other end of any of the successor edges
1825     // matches the current state, require all edges to match. This
1826     // guards against loops in the middle of a sequence.
1827     if (SomeSuccHasSame && !AllSuccsHaveSame)
1828       S.ClearSequenceProgress();
1829   }
1830 }
1831
1832 bool
1833 ObjCARCOpt::VisitInstructionBottomUp(Instruction *Inst,
1834                                      BasicBlock *BB,
1835                                      MapVector<Value *, RRInfo> &Retains,
1836                                      BBState &MyStates) {
1837   bool NestingDetected = false;
1838   InstructionClass Class = GetInstructionClass(Inst);
1839   const Value *Arg = 0;
1840
1841   DEBUG(dbgs() << "Class: " << Class << "\n");
1842
1843   switch (Class) {
1844   case IC_Release: {
1845     Arg = GetObjCArg(Inst);
1846
1847     PtrState &S = MyStates.getPtrBottomUpState(Arg);
1848
1849     // If we see two releases in a row on the same pointer. If so, make
1850     // a note, and we'll cicle back to revisit it after we've
1851     // hopefully eliminated the second release, which may allow us to
1852     // eliminate the first release too.
1853     // Theoretically we could implement removal of nested retain+release
1854     // pairs by making PtrState hold a stack of states, but this is
1855     // simple and avoids adding overhead for the non-nested case.
1856     if (S.GetSeq() == S_Release || S.GetSeq() == S_MovableRelease) {
1857       DEBUG(dbgs() << "Found nested releases (i.e. a release pair)\n");
1858       NestingDetected = true;
1859     }
1860
1861     MDNode *ReleaseMetadata = Inst->getMetadata(ImpreciseReleaseMDKind);
1862     Sequence NewSeq = ReleaseMetadata ? S_MovableRelease : S_Release;
1863     ANNOTATE_BOTTOMUP(Inst, Arg, S.GetSeq(), NewSeq);
1864     S.ResetSequenceProgress(NewSeq);
1865     S.RRI.ReleaseMetadata = ReleaseMetadata;
1866     S.RRI.KnownSafe = S.HasKnownPositiveRefCount();
1867     S.RRI.IsTailCallRelease = cast<CallInst>(Inst)->isTailCall();
1868     S.RRI.Calls.insert(Inst);
1869     S.SetKnownPositiveRefCount();
1870     break;
1871   }
1872   case IC_RetainBlock:
1873     // In OptimizeIndividualCalls, we have strength reduced all optimizable
1874     // objc_retainBlocks to objc_retains. Thus at this point any
1875     // objc_retainBlocks that we see are not optimizable.
1876     break;
1877   case IC_Retain:
1878   case IC_RetainRV: {
1879     Arg = GetObjCArg(Inst);
1880
1881     PtrState &S = MyStates.getPtrBottomUpState(Arg);
1882     S.SetKnownPositiveRefCount();
1883
1884     Sequence OldSeq = S.GetSeq();
1885     switch (OldSeq) {
1886     case S_Stop:
1887     case S_Release:
1888     case S_MovableRelease:
1889     case S_Use:
1890       // If OldSeq is not S_Use or OldSeq is S_Use and we are tracking an
1891       // imprecise release, clear our reverse insertion points.
1892       if (OldSeq != S_Use || S.RRI.IsTrackingImpreciseReleases())
1893         S.RRI.ReverseInsertPts.clear();
1894       // FALL THROUGH
1895     case S_CanRelease:
1896       // Don't do retain+release tracking for IC_RetainRV, because it's
1897       // better to let it remain as the first instruction after a call.
1898       if (Class != IC_RetainRV)
1899         Retains[Inst] = S.RRI;
1900       S.ClearSequenceProgress();
1901       break;
1902     case S_None:
1903       break;
1904     case S_Retain:
1905       llvm_unreachable("bottom-up pointer in retain state!");
1906     }
1907     ANNOTATE_BOTTOMUP(Inst, Arg, OldSeq, S.GetSeq());
1908     // A retain moving bottom up can be a use.
1909     break;
1910   }
1911   case IC_AutoreleasepoolPop:
1912     // Conservatively, clear MyStates for all known pointers.
1913     MyStates.clearBottomUpPointers();
1914     return NestingDetected;
1915   case IC_AutoreleasepoolPush:
1916   case IC_None:
1917     // These are irrelevant.
1918     return NestingDetected;
1919   default:
1920     break;
1921   }
1922
1923   // Consider any other possible effects of this instruction on each
1924   // pointer being tracked.
1925   for (BBState::ptr_iterator MI = MyStates.bottom_up_ptr_begin(),
1926        ME = MyStates.bottom_up_ptr_end(); MI != ME; ++MI) {
1927     const Value *Ptr = MI->first;
1928     if (Ptr == Arg)
1929       continue; // Handled above.
1930     PtrState &S = MI->second;
1931     Sequence Seq = S.GetSeq();
1932
1933     // Check for possible releases.
1934     if (CanAlterRefCount(Inst, Ptr, PA, Class)) {
1935       DEBUG(dbgs() << "CanAlterRefCount: Seq: " << Seq << "; " << *Ptr
1936             << "\n");
1937       S.ClearKnownPositiveRefCount();
1938       switch (Seq) {
1939       case S_Use:
1940         S.SetSeq(S_CanRelease);
1941         ANNOTATE_BOTTOMUP(Inst, Ptr, Seq, S.GetSeq());
1942         continue;
1943       case S_CanRelease:
1944       case S_Release:
1945       case S_MovableRelease:
1946       case S_Stop:
1947       case S_None:
1948         break;
1949       case S_Retain:
1950         llvm_unreachable("bottom-up pointer in retain state!");
1951       }
1952     }
1953
1954     // Check for possible direct uses.
1955     switch (Seq) {
1956     case S_Release:
1957     case S_MovableRelease:
1958       if (CanUse(Inst, Ptr, PA, Class)) {
1959         DEBUG(dbgs() << "CanUse: Seq: " << Seq << "; " << *Ptr
1960               << "\n");
1961         assert(S.RRI.ReverseInsertPts.empty());
1962         // If this is an invoke instruction, we're scanning it as part of
1963         // one of its successor blocks, since we can't insert code after it
1964         // in its own block, and we don't want to split critical edges.
1965         if (isa<InvokeInst>(Inst))
1966           S.RRI.ReverseInsertPts.insert(BB->getFirstInsertionPt());
1967         else
1968           S.RRI.ReverseInsertPts.insert(llvm::next(BasicBlock::iterator(Inst)));
1969         S.SetSeq(S_Use);
1970         ANNOTATE_BOTTOMUP(Inst, Ptr, Seq, S_Use);
1971       } else if (Seq == S_Release && IsUser(Class)) {
1972         DEBUG(dbgs() << "PreciseReleaseUse: Seq: " << Seq << "; " << *Ptr
1973               << "\n");
1974         // Non-movable releases depend on any possible objc pointer use.
1975         S.SetSeq(S_Stop);
1976         ANNOTATE_BOTTOMUP(Inst, Ptr, S_Release, S_Stop);
1977         assert(S.RRI.ReverseInsertPts.empty());
1978         // As above; handle invoke specially.
1979         if (isa<InvokeInst>(Inst))
1980           S.RRI.ReverseInsertPts.insert(BB->getFirstInsertionPt());
1981         else
1982           S.RRI.ReverseInsertPts.insert(llvm::next(BasicBlock::iterator(Inst)));
1983       }
1984       break;
1985     case S_Stop:
1986       if (CanUse(Inst, Ptr, PA, Class)) {
1987         DEBUG(dbgs() << "PreciseStopUse: Seq: " << Seq << "; " << *Ptr
1988               << "\n");
1989         S.SetSeq(S_Use);
1990         ANNOTATE_BOTTOMUP(Inst, Ptr, Seq, S_Use);
1991       }
1992       break;
1993     case S_CanRelease:
1994     case S_Use:
1995     case S_None:
1996       break;
1997     case S_Retain:
1998       llvm_unreachable("bottom-up pointer in retain state!");
1999     }
2000   }
2001
2002   return NestingDetected;
2003 }
2004
2005 bool
2006 ObjCARCOpt::VisitBottomUp(BasicBlock *BB,
2007                           DenseMap<const BasicBlock *, BBState> &BBStates,
2008                           MapVector<Value *, RRInfo> &Retains) {
2009
2010   DEBUG(dbgs() << "\n== ObjCARCOpt::VisitBottomUp ==\n");
2011
2012   bool NestingDetected = false;
2013   BBState &MyStates = BBStates[BB];
2014
2015   // Merge the states from each successor to compute the initial state
2016   // for the current block.
2017   BBState::edge_iterator SI(MyStates.succ_begin()),
2018                          SE(MyStates.succ_end());
2019   if (SI != SE) {
2020     const BasicBlock *Succ = *SI;
2021     DenseMap<const BasicBlock *, BBState>::iterator I = BBStates.find(Succ);
2022     assert(I != BBStates.end());
2023     MyStates.InitFromSucc(I->second);
2024     ++SI;
2025     for (; SI != SE; ++SI) {
2026       Succ = *SI;
2027       I = BBStates.find(Succ);
2028       assert(I != BBStates.end());
2029       MyStates.MergeSucc(I->second);
2030     }
2031   }
2032
2033   // If ARC Annotations are enabled, output the current state of pointers at the
2034   // bottom of the basic block.
2035   ANNOTATE_BOTTOMUP_BBEND(MyStates, BB);
2036
2037   // Visit all the instructions, bottom-up.
2038   for (BasicBlock::iterator I = BB->end(), E = BB->begin(); I != E; --I) {
2039     Instruction *Inst = llvm::prior(I);
2040
2041     // Invoke instructions are visited as part of their successors (below).
2042     if (isa<InvokeInst>(Inst))
2043       continue;
2044
2045     DEBUG(dbgs() << "Visiting " << *Inst << "\n");
2046
2047     NestingDetected |= VisitInstructionBottomUp(Inst, BB, Retains, MyStates);
2048   }
2049
2050   // If there's a predecessor with an invoke, visit the invoke as if it were
2051   // part of this block, since we can't insert code after an invoke in its own
2052   // block, and we don't want to split critical edges.
2053   for (BBState::edge_iterator PI(MyStates.pred_begin()),
2054        PE(MyStates.pred_end()); PI != PE; ++PI) {
2055     BasicBlock *Pred = *PI;
2056     if (InvokeInst *II = dyn_cast<InvokeInst>(&Pred->back()))
2057       NestingDetected |= VisitInstructionBottomUp(II, BB, Retains, MyStates);
2058   }
2059
2060   // If ARC Annotations are enabled, output the current state of pointers at the
2061   // top of the basic block.
2062   ANNOTATE_BOTTOMUP_BBSTART(MyStates, BB);
2063
2064   return NestingDetected;
2065 }
2066
2067 bool
2068 ObjCARCOpt::VisitInstructionTopDown(Instruction *Inst,
2069                                     DenseMap<Value *, RRInfo> &Releases,
2070                                     BBState &MyStates) {
2071   bool NestingDetected = false;
2072   InstructionClass Class = GetInstructionClass(Inst);
2073   const Value *Arg = 0;
2074
2075   switch (Class) {
2076   case IC_RetainBlock:
2077     // In OptimizeIndividualCalls, we have strength reduced all optimizable
2078     // objc_retainBlocks to objc_retains. Thus at this point any
2079     // objc_retainBlocks that we see are not optimizable.
2080     break;
2081   case IC_Retain:
2082   case IC_RetainRV: {
2083     Arg = GetObjCArg(Inst);
2084
2085     PtrState &S = MyStates.getPtrTopDownState(Arg);
2086
2087     // Don't do retain+release tracking for IC_RetainRV, because it's
2088     // better to let it remain as the first instruction after a call.
2089     if (Class != IC_RetainRV) {
2090       // If we see two retains in a row on the same pointer. If so, make
2091       // a note, and we'll cicle back to revisit it after we've
2092       // hopefully eliminated the second retain, which may allow us to
2093       // eliminate the first retain too.
2094       // Theoretically we could implement removal of nested retain+release
2095       // pairs by making PtrState hold a stack of states, but this is
2096       // simple and avoids adding overhead for the non-nested case.
2097       if (S.GetSeq() == S_Retain)
2098         NestingDetected = true;
2099
2100       ANNOTATE_TOPDOWN(Inst, Arg, S.GetSeq(), S_Retain);
2101       S.ResetSequenceProgress(S_Retain);
2102       S.RRI.KnownSafe = S.HasKnownPositiveRefCount();
2103       S.RRI.Calls.insert(Inst);
2104     }
2105
2106     S.SetKnownPositiveRefCount();
2107
2108     // A retain can be a potential use; procede to the generic checking
2109     // code below.
2110     break;
2111   }
2112   case IC_Release: {
2113     Arg = GetObjCArg(Inst);
2114
2115     PtrState &S = MyStates.getPtrTopDownState(Arg);
2116     S.ClearKnownPositiveRefCount();
2117
2118     Sequence OldSeq = S.GetSeq();
2119
2120     MDNode *ReleaseMetadata = Inst->getMetadata(ImpreciseReleaseMDKind);
2121
2122     switch (OldSeq) {
2123     case S_Retain:
2124     case S_CanRelease:
2125       if (OldSeq == S_Retain || ReleaseMetadata != 0)
2126         S.RRI.ReverseInsertPts.clear();
2127       // FALL THROUGH
2128     case S_Use:
2129       S.RRI.ReleaseMetadata = ReleaseMetadata;
2130       S.RRI.IsTailCallRelease = cast<CallInst>(Inst)->isTailCall();
2131       Releases[Inst] = S.RRI;
2132       ANNOTATE_TOPDOWN(Inst, Arg, S.GetSeq(), S_None);
2133       S.ClearSequenceProgress();
2134       break;
2135     case S_None:
2136       break;
2137     case S_Stop:
2138     case S_Release:
2139     case S_MovableRelease:
2140       llvm_unreachable("top-down pointer in release state!");
2141     }
2142     break;
2143   }
2144   case IC_AutoreleasepoolPop:
2145     // Conservatively, clear MyStates for all known pointers.
2146     MyStates.clearTopDownPointers();
2147     return NestingDetected;
2148   case IC_AutoreleasepoolPush:
2149   case IC_None:
2150     // These are irrelevant.
2151     return NestingDetected;
2152   default:
2153     break;
2154   }
2155
2156   // Consider any other possible effects of this instruction on each
2157   // pointer being tracked.
2158   for (BBState::ptr_iterator MI = MyStates.top_down_ptr_begin(),
2159        ME = MyStates.top_down_ptr_end(); MI != ME; ++MI) {
2160     const Value *Ptr = MI->first;
2161     if (Ptr == Arg)
2162       continue; // Handled above.
2163     PtrState &S = MI->second;
2164     Sequence Seq = S.GetSeq();
2165
2166     // Check for possible releases.
2167     if (CanAlterRefCount(Inst, Ptr, PA, Class)) {
2168       DEBUG(dbgs() << "CanAlterRefCount: Seq: " << Seq << "; " << *Ptr
2169             << "\n");
2170       S.ClearKnownPositiveRefCount();
2171       switch (Seq) {
2172       case S_Retain:
2173         S.SetSeq(S_CanRelease);
2174         ANNOTATE_TOPDOWN(Inst, Ptr, Seq, S_CanRelease);
2175         assert(S.RRI.ReverseInsertPts.empty());
2176         S.RRI.ReverseInsertPts.insert(Inst);
2177
2178         // One call can't cause a transition from S_Retain to S_CanRelease
2179         // and S_CanRelease to S_Use. If we've made the first transition,
2180         // we're done.
2181         continue;
2182       case S_Use:
2183       case S_CanRelease:
2184       case S_None:
2185         break;
2186       case S_Stop:
2187       case S_Release:
2188       case S_MovableRelease:
2189         llvm_unreachable("top-down pointer in release state!");
2190       }
2191     }
2192
2193     // Check for possible direct uses.
2194     switch (Seq) {
2195     case S_CanRelease:
2196       if (CanUse(Inst, Ptr, PA, Class)) {
2197         DEBUG(dbgs() << "CanUse: Seq: " << Seq << "; " << *Ptr
2198               << "\n");
2199         S.SetSeq(S_Use);
2200         ANNOTATE_TOPDOWN(Inst, Ptr, Seq, S_Use);
2201       }
2202       break;
2203     case S_Retain:
2204     case S_Use:
2205     case S_None:
2206       break;
2207     case S_Stop:
2208     case S_Release:
2209     case S_MovableRelease:
2210       llvm_unreachable("top-down pointer in release state!");
2211     }
2212   }
2213
2214   return NestingDetected;
2215 }
2216
2217 bool
2218 ObjCARCOpt::VisitTopDown(BasicBlock *BB,
2219                          DenseMap<const BasicBlock *, BBState> &BBStates,
2220                          DenseMap<Value *, RRInfo> &Releases) {
2221   DEBUG(dbgs() << "\n== ObjCARCOpt::VisitTopDown ==\n");
2222   bool NestingDetected = false;
2223   BBState &MyStates = BBStates[BB];
2224
2225   // Merge the states from each predecessor to compute the initial state
2226   // for the current block.
2227   BBState::edge_iterator PI(MyStates.pred_begin()),
2228                          PE(MyStates.pred_end());
2229   if (PI != PE) {
2230     const BasicBlock *Pred = *PI;
2231     DenseMap<const BasicBlock *, BBState>::iterator I = BBStates.find(Pred);
2232     assert(I != BBStates.end());
2233     MyStates.InitFromPred(I->second);
2234     ++PI;
2235     for (; PI != PE; ++PI) {
2236       Pred = *PI;
2237       I = BBStates.find(Pred);
2238       assert(I != BBStates.end());
2239       MyStates.MergePred(I->second);
2240     }
2241   }
2242
2243   // If ARC Annotations are enabled, output the current state of pointers at the
2244   // top of the basic block.
2245   ANNOTATE_TOPDOWN_BBSTART(MyStates, BB);
2246
2247   // Visit all the instructions, top-down.
2248   for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(), E = BB->end(); I != E; ++I) {
2249     Instruction *Inst = I;
2250
2251     DEBUG(dbgs() << "Visiting " << *Inst << "\n");
2252
2253     NestingDetected |= VisitInstructionTopDown(Inst, Releases, MyStates);
2254   }
2255
2256   // If ARC Annotations are enabled, output the current state of pointers at the
2257   // bottom of the basic block.
2258   ANNOTATE_TOPDOWN_BBEND(MyStates, BB);
2259
2260 #ifdef ARC_ANNOTATIONS
2261   if (!(EnableARCAnnotations && DisableCheckForCFGHazards))
2262 #endif
2263   CheckForCFGHazards(BB, BBStates, MyStates);
2264   return NestingDetected;
2265 }
2266
2267 static void
2268 ComputePostOrders(Function &F,
2269                   SmallVectorImpl<BasicBlock *> &PostOrder,
2270                   SmallVectorImpl<BasicBlock *> &ReverseCFGPostOrder,
2271                   unsigned NoObjCARCExceptionsMDKind,
2272                   DenseMap<const BasicBlock *, BBState> &BBStates) {
2273   /// The visited set, for doing DFS walks.
2274   SmallPtrSet<BasicBlock *, 16> Visited;
2275
2276   // Do DFS, computing the PostOrder.
2277   SmallPtrSet<BasicBlock *, 16> OnStack;
2278   SmallVector<std::pair<BasicBlock *, succ_iterator>, 16> SuccStack;
2279
2280   // Functions always have exactly one entry block, and we don't have
2281   // any other block that we treat like an entry block.
2282   BasicBlock *EntryBB = &F.getEntryBlock();
2283   BBState &MyStates = BBStates[EntryBB];
2284   MyStates.SetAsEntry();
2285   TerminatorInst *EntryTI = cast<TerminatorInst>(&EntryBB->back());
2286   SuccStack.push_back(std::make_pair(EntryBB, succ_iterator(EntryTI)));
2287   Visited.insert(EntryBB);
2288   OnStack.insert(EntryBB);
2289   do {
2290   dfs_next_succ:
2291     BasicBlock *CurrBB = SuccStack.back().first;
2292     TerminatorInst *TI = cast<TerminatorInst>(&CurrBB->back());
2293     succ_iterator SE(TI, false);
2294
2295     while (SuccStack.back().second != SE) {
2296       BasicBlock *SuccBB = *SuccStack.back().second++;
2297       if (Visited.insert(SuccBB)) {
2298         TerminatorInst *TI = cast<TerminatorInst>(&SuccBB->back());
2299         SuccStack.push_back(std::make_pair(SuccBB, succ_iterator(TI)));
2300         BBStates[CurrBB].addSucc(SuccBB);
2301         BBState &SuccStates = BBStates[SuccBB];
2302         SuccStates.addPred(CurrBB);
2303         OnStack.insert(SuccBB);
2304         goto dfs_next_succ;
2305       }
2306
2307       if (!OnStack.count(SuccBB)) {
2308         BBStates[CurrBB].addSucc(SuccBB);
2309         BBStates[SuccBB].addPred(CurrBB);
2310       }
2311     }
2312     OnStack.erase(CurrBB);
2313     PostOrder.push_back(CurrBB);
2314     SuccStack.pop_back();
2315   } while (!SuccStack.empty());
2316
2317   Visited.clear();
2318
2319   // Do reverse-CFG DFS, computing the reverse-CFG PostOrder.
2320   // Functions may have many exits, and there also blocks which we treat
2321   // as exits due to ignored edges.
2322   SmallVector<std::pair<BasicBlock *, BBState::edge_iterator>, 16> PredStack;
2323   for (Function::iterator I = F.begin(), E = F.end(); I != E; ++I) {
2324     BasicBlock *ExitBB = I;
2325     BBState &MyStates = BBStates[ExitBB];
2326     if (!MyStates.isExit())
2327       continue;
2328
2329     MyStates.SetAsExit();
2330
2331     PredStack.push_back(std::make_pair(ExitBB, MyStates.pred_begin()));
2332     Visited.insert(ExitBB);
2333     while (!PredStack.empty()) {
2334     reverse_dfs_next_succ:
2335       BBState::edge_iterator PE = BBStates[PredStack.back().first].pred_end();
2336       while (PredStack.back().second != PE) {
2337         BasicBlock *BB = *PredStack.back().second++;
2338         if (Visited.insert(BB)) {
2339           PredStack.push_back(std::make_pair(BB, BBStates[BB].pred_begin()));
2340           goto reverse_dfs_next_succ;
2341         }
2342       }
2343       ReverseCFGPostOrder.push_back(PredStack.pop_back_val().first);
2344     }
2345   }
2346 }
2347
2348 // Visit the function both top-down and bottom-up.
2349 bool
2350 ObjCARCOpt::Visit(Function &F,
2351                   DenseMap<const BasicBlock *, BBState> &BBStates,
2352                   MapVector<Value *, RRInfo> &Retains,
2353                   DenseMap<Value *, RRInfo> &Releases) {
2354
2355   // Use reverse-postorder traversals, because we magically know that loops
2356   // will be well behaved, i.e. they won't repeatedly call retain on a single
2357   // pointer without doing a release. We can't use the ReversePostOrderTraversal
2358   // class here because we want the reverse-CFG postorder to consider each
2359   // function exit point, and we want to ignore selected cycle edges.
2360   SmallVector<BasicBlock *, 16> PostOrder;
2361   SmallVector<BasicBlock *, 16> ReverseCFGPostOrder;
2362   ComputePostOrders(F, PostOrder, ReverseCFGPostOrder,
2363                     NoObjCARCExceptionsMDKind,
2364                     BBStates);
2365
2366   // Use reverse-postorder on the reverse CFG for bottom-up.
2367   bool BottomUpNestingDetected = false;
2368   for (SmallVectorImpl<BasicBlock *>::const_reverse_iterator I =
2369        ReverseCFGPostOrder.rbegin(), E = ReverseCFGPostOrder.rend();
2370        I != E; ++I)
2371     BottomUpNestingDetected |= VisitBottomUp(*I, BBStates, Retains);
2372
2373   // Use reverse-postorder for top-down.
2374   bool TopDownNestingDetected = false;
2375   for (SmallVectorImpl<BasicBlock *>::const_reverse_iterator I =
2376        PostOrder.rbegin(), E = PostOrder.rend();
2377        I != E; ++I)
2378     TopDownNestingDetected |= VisitTopDown(*I, BBStates, Releases);
2379
2380   return TopDownNestingDetected && BottomUpNestingDetected;
2381 }
2382
2383 /// Move the calls in RetainsToMove and ReleasesToMove.
2384 void ObjCARCOpt::MoveCalls(Value *Arg,
2385                            RRInfo &RetainsToMove,
2386                            RRInfo &ReleasesToMove,
2387                            MapVector<Value *, RRInfo> &Retains,
2388                            DenseMap<Value *, RRInfo> &Releases,
2389                            SmallVectorImpl<Instruction *> &DeadInsts,
2390                            Module *M) {
2391   Type *ArgTy = Arg->getType();
2392   Type *ParamTy = PointerType::getUnqual(Type::getInt8Ty(ArgTy->getContext()));
2393
2394   DEBUG(dbgs() << "== ObjCARCOpt::MoveCalls ==\n");
2395
2396   // Insert the new retain and release calls.
2397   for (SmallPtrSet<Instruction *, 2>::const_iterator
2398        PI = ReleasesToMove.ReverseInsertPts.begin(),
2399        PE = ReleasesToMove.ReverseInsertPts.end(); PI != PE; ++PI) {
2400     Instruction *InsertPt = *PI;
2401     Value *MyArg = ArgTy == ParamTy ? Arg :
2402                    new BitCastInst(Arg, ParamTy, "", InsertPt);
2403     CallInst *Call =
2404       CallInst::Create(getRetainCallee(M), MyArg, "", InsertPt);
2405     Call->setDoesNotThrow();
2406     Call->setTailCall();
2407
2408     DEBUG(dbgs() << "Inserting new Retain: " << *Call << "\n"
2409                     "At insertion point: " << *InsertPt << "\n");
2410   }
2411   for (SmallPtrSet<Instruction *, 2>::const_iterator
2412        PI = RetainsToMove.ReverseInsertPts.begin(),
2413        PE = RetainsToMove.ReverseInsertPts.end(); PI != PE; ++PI) {
2414     Instruction *InsertPt = *PI;
2415     Value *MyArg = ArgTy == ParamTy ? Arg :
2416                    new BitCastInst(Arg, ParamTy, "", InsertPt);
2417     CallInst *Call = CallInst::Create(getReleaseCallee(M), MyArg,
2418                                       "", InsertPt);
2419     // Attach a clang.imprecise_release metadata tag, if appropriate.
2420     if (MDNode *M = ReleasesToMove.ReleaseMetadata)
2421       Call->setMetadata(ImpreciseReleaseMDKind, M);
2422     Call->setDoesNotThrow();
2423     if (ReleasesToMove.IsTailCallRelease)
2424       Call->setTailCall();
2425
2426     DEBUG(dbgs() << "Inserting new Release: " << *Call << "\n"
2427                     "At insertion point: " << *InsertPt << "\n");
2428   }
2429
2430   // Delete the original retain and release calls.
2431   for (SmallPtrSet<Instruction *, 2>::const_iterator
2432        AI = RetainsToMove.Calls.begin(),
2433        AE = RetainsToMove.Calls.end(); AI != AE; ++AI) {
2434     Instruction *OrigRetain = *AI;
2435     Retains.blot(OrigRetain);
2436     DeadInsts.push_back(OrigRetain);
2437     DEBUG(dbgs() << "Deleting retain: " << *OrigRetain << "\n");
2438   }
2439   for (SmallPtrSet<Instruction *, 2>::const_iterator
2440        AI = ReleasesToMove.Calls.begin(),
2441        AE = ReleasesToMove.Calls.end(); AI != AE; ++AI) {
2442     Instruction *OrigRelease = *AI;
2443     Releases.erase(OrigRelease);
2444     DeadInsts.push_back(OrigRelease);
2445     DEBUG(dbgs() << "Deleting release: " << *OrigRelease << "\n");
2446   }
2447
2448 }
2449
2450 bool
2451 ObjCARCOpt::ConnectTDBUTraversals(DenseMap<const BasicBlock *, BBState>
2452                                     &BBStates,
2453                                   MapVector<Value *, RRInfo> &Retains,
2454                                   DenseMap<Value *, RRInfo> &Releases,
2455                                   Module *M,
2456                                   SmallVector<Instruction *, 4> &NewRetains,
2457                                   SmallVector<Instruction *, 4> &NewReleases,
2458                                   SmallVector<Instruction *, 8> &DeadInsts,
2459                                   RRInfo &RetainsToMove,
2460                                   RRInfo &ReleasesToMove,
2461                                   Value *Arg,
2462                                   bool KnownSafe,
2463                                   bool &AnyPairsCompletelyEliminated) {
2464   // If a pair happens in a region where it is known that the reference count
2465   // is already incremented, we can similarly ignore possible decrements.
2466   bool KnownSafeTD = true, KnownSafeBU = true;
2467
2468   // Connect the dots between the top-down-collected RetainsToMove and
2469   // bottom-up-collected ReleasesToMove to form sets of related calls.
2470   // This is an iterative process so that we connect multiple releases
2471   // to multiple retains if needed.
2472   unsigned OldDelta = 0;
2473   unsigned NewDelta = 0;
2474   unsigned OldCount = 0;
2475   unsigned NewCount = 0;
2476   bool FirstRelease = true;
2477   for (;;) {
2478     for (SmallVectorImpl<Instruction *>::const_iterator
2479            NI = NewRetains.begin(), NE = NewRetains.end(); NI != NE; ++NI) {
2480       Instruction *NewRetain = *NI;
2481       MapVector<Value *, RRInfo>::const_iterator It = Retains.find(NewRetain);
2482       assert(It != Retains.end());
2483       const RRInfo &NewRetainRRI = It->second;
2484       KnownSafeTD &= NewRetainRRI.KnownSafe;
2485       for (SmallPtrSet<Instruction *, 2>::const_iterator
2486              LI = NewRetainRRI.Calls.begin(),
2487              LE = NewRetainRRI.Calls.end(); LI != LE; ++LI) {
2488         Instruction *NewRetainRelease = *LI;
2489         DenseMap<Value *, RRInfo>::const_iterator Jt =
2490           Releases.find(NewRetainRelease);
2491         if (Jt == Releases.end())
2492           return false;
2493         const RRInfo &NewRetainReleaseRRI = Jt->second;
2494         assert(NewRetainReleaseRRI.Calls.count(NewRetain));
2495         if (ReleasesToMove.Calls.insert(NewRetainRelease)) {
2496           OldDelta -=
2497             BBStates[NewRetainRelease->getParent()].GetAllPathCount();
2498
2499           // Merge the ReleaseMetadata and IsTailCallRelease values.
2500           if (FirstRelease) {
2501             ReleasesToMove.ReleaseMetadata =
2502               NewRetainReleaseRRI.ReleaseMetadata;
2503             ReleasesToMove.IsTailCallRelease =
2504               NewRetainReleaseRRI.IsTailCallRelease;
2505             FirstRelease = false;
2506           } else {
2507             if (ReleasesToMove.ReleaseMetadata !=
2508                 NewRetainReleaseRRI.ReleaseMetadata)
2509               ReleasesToMove.ReleaseMetadata = 0;
2510             if (ReleasesToMove.IsTailCallRelease !=
2511                 NewRetainReleaseRRI.IsTailCallRelease)
2512               ReleasesToMove.IsTailCallRelease = false;
2513           }
2514
2515           // Collect the optimal insertion points.
2516           if (!KnownSafe)
2517             for (SmallPtrSet<Instruction *, 2>::const_iterator
2518                    RI = NewRetainReleaseRRI.ReverseInsertPts.begin(),
2519                    RE = NewRetainReleaseRRI.ReverseInsertPts.end();
2520                  RI != RE; ++RI) {
2521               Instruction *RIP = *RI;
2522               if (ReleasesToMove.ReverseInsertPts.insert(RIP))
2523                 NewDelta -= BBStates[RIP->getParent()].GetAllPathCount();
2524             }
2525           NewReleases.push_back(NewRetainRelease);
2526         }
2527       }
2528     }
2529     NewRetains.clear();
2530     if (NewReleases.empty()) break;
2531
2532     // Back the other way.
2533     for (SmallVectorImpl<Instruction *>::const_iterator
2534            NI = NewReleases.begin(), NE = NewReleases.end(); NI != NE; ++NI) {
2535       Instruction *NewRelease = *NI;
2536       DenseMap<Value *, RRInfo>::const_iterator It =
2537         Releases.find(NewRelease);
2538       assert(It != Releases.end());
2539       const RRInfo &NewReleaseRRI = It->second;
2540       KnownSafeBU &= NewReleaseRRI.KnownSafe;
2541       for (SmallPtrSet<Instruction *, 2>::const_iterator
2542              LI = NewReleaseRRI.Calls.begin(),
2543              LE = NewReleaseRRI.Calls.end(); LI != LE; ++LI) {
2544         Instruction *NewReleaseRetain = *LI;
2545         MapVector<Value *, RRInfo>::const_iterator Jt =
2546           Retains.find(NewReleaseRetain);
2547         if (Jt == Retains.end())
2548           return false;
2549         const RRInfo &NewReleaseRetainRRI = Jt->second;
2550         assert(NewReleaseRetainRRI.Calls.count(NewRelease));
2551         if (RetainsToMove.Calls.insert(NewReleaseRetain)) {
2552           unsigned PathCount =
2553             BBStates[NewReleaseRetain->getParent()].GetAllPathCount();
2554           OldDelta += PathCount;
2555           OldCount += PathCount;
2556
2557           // Collect the optimal insertion points.
2558           if (!KnownSafe)
2559             for (SmallPtrSet<Instruction *, 2>::const_iterator
2560                    RI = NewReleaseRetainRRI.ReverseInsertPts.begin(),
2561                    RE = NewReleaseRetainRRI.ReverseInsertPts.end();
2562                  RI != RE; ++RI) {
2563               Instruction *RIP = *RI;
2564               if (RetainsToMove.ReverseInsertPts.insert(RIP)) {
2565                 PathCount = BBStates[RIP->getParent()].GetAllPathCount();
2566                 NewDelta += PathCount;
2567                 NewCount += PathCount;
2568               }
2569             }
2570           NewRetains.push_back(NewReleaseRetain);
2571         }
2572       }
2573     }
2574     NewReleases.clear();
2575     if (NewRetains.empty()) break;
2576   }
2577
2578   // If the pointer is known incremented or nested, we can safely delete the
2579   // pair regardless of what's between them.
2580   if (KnownSafeTD || KnownSafeBU) {
2581     RetainsToMove.ReverseInsertPts.clear();
2582     ReleasesToMove.ReverseInsertPts.clear();
2583     NewCount = 0;
2584   } else {
2585     // Determine whether the new insertion points we computed preserve the
2586     // balance of retain and release calls through the program.
2587     // TODO: If the fully aggressive solution isn't valid, try to find a
2588     // less aggressive solution which is.
2589     if (NewDelta != 0)
2590       return false;
2591   }
2592
2593   // Determine whether the original call points are balanced in the retain and
2594   // release calls through the program. If not, conservatively don't touch
2595   // them.
2596   // TODO: It's theoretically possible to do code motion in this case, as
2597   // long as the existing imbalances are maintained.
2598   if (OldDelta != 0)
2599     return false;
2600
2601 #ifdef ARC_ANNOTATIONS
2602   // Do not move calls if ARC annotations are requested.
2603   if (EnableARCAnnotations)
2604     return false;
2605 #endif // ARC_ANNOTATIONS
2606
2607   Changed = true;
2608   assert(OldCount != 0 && "Unreachable code?");
2609   NumRRs += OldCount - NewCount;
2610   // Set to true if we completely removed any RR pairs.
2611   AnyPairsCompletelyEliminated = NewCount == 0;
2612
2613   // We can move calls!
2614   return true;
2615 }
2616
2617 /// Identify pairings between the retains and releases, and delete and/or move
2618 /// them.
2619 bool
2620 ObjCARCOpt::PerformCodePlacement(DenseMap<const BasicBlock *, BBState>
2621                                    &BBStates,
2622                                  MapVector<Value *, RRInfo> &Retains,
2623                                  DenseMap<Value *, RRInfo> &Releases,
2624                                  Module *M) {
2625   DEBUG(dbgs() << "\n== ObjCARCOpt::PerformCodePlacement ==\n");
2626
2627   bool AnyPairsCompletelyEliminated = false;
2628   RRInfo RetainsToMove;
2629   RRInfo ReleasesToMove;
2630   SmallVector<Instruction *, 4> NewRetains;
2631   SmallVector<Instruction *, 4> NewReleases;
2632   SmallVector<Instruction *, 8> DeadInsts;
2633
2634   // Visit each retain.
2635   for (MapVector<Value *, RRInfo>::const_iterator I = Retains.begin(),
2636        E = Retains.end(); I != E; ++I) {
2637     Value *V = I->first;
2638     if (!V) continue; // blotted
2639
2640     Instruction *Retain = cast<Instruction>(V);
2641
2642     DEBUG(dbgs() << "Visiting: " << *Retain << "\n");
2643
2644     Value *Arg = GetObjCArg(Retain);
2645
2646     // If the object being released is in static or stack storage, we know it's
2647     // not being managed by ObjC reference counting, so we can delete pairs
2648     // regardless of what possible decrements or uses lie between them.
2649     bool KnownSafe = isa<Constant>(Arg) || isa<AllocaInst>(Arg);
2650
2651     // A constant pointer can't be pointing to an object on the heap. It may
2652     // be reference-counted, but it won't be deleted.
2653     if (const LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(Arg))
2654       if (const GlobalVariable *GV =
2655             dyn_cast<GlobalVariable>(
2656               StripPointerCastsAndObjCCalls(LI->getPointerOperand())))
2657         if (GV->isConstant())
2658           KnownSafe = true;
2659
2660     // Connect the dots between the top-down-collected RetainsToMove and
2661     // bottom-up-collected ReleasesToMove to form sets of related calls.
2662     NewRetains.push_back(Retain);
2663     bool PerformMoveCalls =
2664       ConnectTDBUTraversals(BBStates, Retains, Releases, M, NewRetains,
2665                             NewReleases, DeadInsts, RetainsToMove,
2666                             ReleasesToMove, Arg, KnownSafe,
2667                             AnyPairsCompletelyEliminated);
2668
2669     if (PerformMoveCalls) {
2670       // Ok, everything checks out and we're all set. Let's move/delete some
2671       // code!
2672       MoveCalls(Arg, RetainsToMove, ReleasesToMove,
2673                 Retains, Releases, DeadInsts, M);
2674     }
2675
2676     // Clean up state for next retain.
2677     NewReleases.clear();
2678     NewRetains.clear();
2679     RetainsToMove.clear();
2680     ReleasesToMove.clear();
2681   }
2682
2683   // Now that we're done moving everything, we can delete the newly dead
2684   // instructions, as we no longer need them as insert points.
2685   while (!DeadInsts.empty())
2686     EraseInstruction(DeadInsts.pop_back_val());
2687
2688   return AnyPairsCompletelyEliminated;
2689 }
2690
2691 /// Weak pointer optimizations.
2692 void ObjCARCOpt::OptimizeWeakCalls(Function &F) {
2693   DEBUG(dbgs() << "\n== ObjCARCOpt::OptimizeWeakCalls ==\n");
2694
2695   // First, do memdep-style RLE and S2L optimizations. We can't use memdep
2696   // itself because it uses AliasAnalysis and we need to do provenance
2697   // queries instead.
2698   for (inst_iterator I = inst_begin(&F), E = inst_end(&F); I != E; ) {
2699     Instruction *Inst = &*I++;
2700
2701     DEBUG(dbgs() << "Visiting: " << *Inst << "\n");
2702
2703     InstructionClass Class = GetBasicInstructionClass(Inst);
2704     if (Class != IC_LoadWeak && Class != IC_LoadWeakRetained)
2705       continue;
2706
2707     // Delete objc_loadWeak calls with no users.
2708     if (Class == IC_LoadWeak && Inst->use_empty()) {
2709       Inst->eraseFromParent();
2710       continue;
2711     }
2712
2713     // TODO: For now, just look for an earlier available version of this value
2714     // within the same block. Theoretically, we could do memdep-style non-local
2715     // analysis too, but that would want caching. A better approach would be to
2716     // use the technique that EarlyCSE uses.
2717     inst_iterator Current = llvm::prior(I);
2718     BasicBlock *CurrentBB = Current.getBasicBlockIterator();
2719     for (BasicBlock::iterator B = CurrentBB->begin(),
2720                               J = Current.getInstructionIterator();
2721          J != B; --J) {
2722       Instruction *EarlierInst = &*llvm::prior(J);
2723       InstructionClass EarlierClass = GetInstructionClass(EarlierInst);
2724       switch (EarlierClass) {
2725       case IC_LoadWeak:
2726       case IC_LoadWeakRetained: {
2727         // If this is loading from the same pointer, replace this load's value
2728         // with that one.
2729         CallInst *Call = cast<CallInst>(Inst);
2730         CallInst *EarlierCall = cast<CallInst>(EarlierInst);
2731         Value *Arg = Call->getArgOperand(0);
2732         Value *EarlierArg = EarlierCall->getArgOperand(0);
2733         switch (PA.getAA()->alias(Arg, EarlierArg)) {
2734         case AliasAnalysis::MustAlias:
2735           Changed = true;
2736           // If the load has a builtin retain, insert a plain retain for it.
2737           if (Class == IC_LoadWeakRetained) {
2738             CallInst *CI =
2739               CallInst::Create(getRetainCallee(F.getParent()), EarlierCall,
2740                                "", Call);
2741             CI->setTailCall();
2742           }
2743           // Zap the fully redundant load.
2744           Call->replaceAllUsesWith(EarlierCall);
2745           Call->eraseFromParent();
2746           goto clobbered;
2747         case AliasAnalysis::MayAlias:
2748         case AliasAnalysis::PartialAlias:
2749           goto clobbered;
2750         case AliasAnalysis::NoAlias:
2751           break;
2752         }
2753         break;
2754       }
2755       case IC_StoreWeak:
2756       case IC_InitWeak: {
2757         // If this is storing to the same pointer and has the same size etc.
2758         // replace this load's value with the stored value.
2759         CallInst *Call = cast<CallInst>(Inst);
2760         CallInst *EarlierCall = cast<CallInst>(EarlierInst);
2761         Value *Arg = Call->getArgOperand(0);
2762         Value *EarlierArg = EarlierCall->getArgOperand(0);
2763         switch (PA.getAA()->alias(Arg, EarlierArg)) {
2764         case AliasAnalysis::MustAlias:
2765           Changed = true;
2766           // If the load has a builtin retain, insert a plain retain for it.
2767           if (Class == IC_LoadWeakRetained) {
2768             CallInst *CI =
2769               CallInst::Create(getRetainCallee(F.getParent()), EarlierCall,
2770                                "", Call);
2771             CI->setTailCall();
2772           }
2773           // Zap the fully redundant load.
2774           Call->replaceAllUsesWith(EarlierCall->getArgOperand(1));
2775           Call->eraseFromParent();
2776           goto clobbered;
2777         case AliasAnalysis::MayAlias:
2778         case AliasAnalysis::PartialAlias:
2779           goto clobbered;
2780         case AliasAnalysis::NoAlias:
2781           break;
2782         }
2783         break;
2784       }
2785       case IC_MoveWeak:
2786       case IC_CopyWeak:
2787         // TOOD: Grab the copied value.
2788         goto clobbered;
2789       case IC_AutoreleasepoolPush:
2790       case IC_None:
2791       case IC_IntrinsicUser:
2792       case IC_User:
2793         // Weak pointers are only modified through the weak entry points
2794         // (and arbitrary calls, which could call the weak entry points).
2795         break;
2796       default:
2797         // Anything else could modify the weak pointer.
2798         goto clobbered;
2799       }
2800     }
2801   clobbered:;
2802   }
2803
2804   // Then, for each destroyWeak with an alloca operand, check to see if
2805   // the alloca and all its users can be zapped.
2806   for (inst_iterator I = inst_begin(&F), E = inst_end(&F); I != E; ) {
2807     Instruction *Inst = &*I++;
2808     InstructionClass Class = GetBasicInstructionClass(Inst);
2809     if (Class != IC_DestroyWeak)
2810       continue;
2811
2812     CallInst *Call = cast<CallInst>(Inst);
2813     Value *Arg = Call->getArgOperand(0);
2814     if (AllocaInst *Alloca = dyn_cast<AllocaInst>(Arg)) {
2815       for (Value::use_iterator UI = Alloca->use_begin(),
2816            UE = Alloca->use_end(); UI != UE; ++UI) {
2817         const Instruction *UserInst = cast<Instruction>(*UI);
2818         switch (GetBasicInstructionClass(UserInst)) {
2819         case IC_InitWeak:
2820         case IC_StoreWeak:
2821         case IC_DestroyWeak:
2822           continue;
2823         default:
2824           goto done;
2825         }
2826       }
2827       Changed = true;
2828       for (Value::use_iterator UI = Alloca->use_begin(),
2829            UE = Alloca->use_end(); UI != UE; ) {
2830         CallInst *UserInst = cast<CallInst>(*UI++);
2831         switch (GetBasicInstructionClass(UserInst)) {
2832         case IC_InitWeak:
2833         case IC_StoreWeak:
2834           // These functions return their second argument.
2835           UserInst->replaceAllUsesWith(UserInst->getArgOperand(1));
2836           break;
2837         case IC_DestroyWeak:
2838           // No return value.
2839           break;
2840         default:
2841           llvm_unreachable("alloca really is used!");
2842         }
2843         UserInst->eraseFromParent();
2844       }
2845       Alloca->eraseFromParent();
2846     done:;
2847     }
2848   }
2849 }
2850
2851 /// Identify program paths which execute sequences of retains and releases which
2852 /// can be eliminated.
2853 bool ObjCARCOpt::OptimizeSequences(Function &F) {
2854   /// Releases, Retains - These are used to store the results of the main flow
2855   /// analysis. These use Value* as the key instead of Instruction* so that the
2856   /// map stays valid when we get around to rewriting code and calls get
2857   /// replaced by arguments.
2858   DenseMap<Value *, RRInfo> Releases;
2859   MapVector<Value *, RRInfo> Retains;
2860
2861   /// This is used during the traversal of the function to track the
2862   /// states for each identified object at each block.
2863   DenseMap<const BasicBlock *, BBState> BBStates;
2864
2865   // Analyze the CFG of the function, and all instructions.
2866   bool NestingDetected = Visit(F, BBStates, Retains, Releases);
2867
2868   // Transform.
2869   return PerformCodePlacement(BBStates, Retains, Releases, F.getParent()) &&
2870          NestingDetected;
2871 }
2872
2873 /// Check if there is a dependent call earlier that does not have anything in
2874 /// between the Retain and the call that can affect the reference count of their
2875 /// shared pointer argument. Note that Retain need not be in BB.
2876 static bool
2877 HasSafePathToPredecessorCall(const Value *Arg, Instruction *Retain,
2878                              SmallPtrSet<Instruction *, 4> &DepInsts,
2879                              SmallPtrSet<const BasicBlock *, 4> &Visited,
2880                              ProvenanceAnalysis &PA) {
2881   FindDependencies(CanChangeRetainCount, Arg, Retain->getParent(), Retain,
2882                    DepInsts, Visited, PA);
2883   if (DepInsts.size() != 1)
2884     return false;
2885
2886   CallInst *Call =
2887     dyn_cast_or_null<CallInst>(*DepInsts.begin());
2888
2889   // Check that the pointer is the return value of the call.
2890   if (!Call || Arg != Call)
2891     return false;
2892
2893   // Check that the call is a regular call.
2894   InstructionClass Class = GetBasicInstructionClass(Call);
2895   if (Class != IC_CallOrUser && Class != IC_Call)
2896     return false;
2897
2898   return true;
2899 }
2900
2901 /// Find a dependent retain that precedes the given autorelease for which there
2902 /// is nothing in between the two instructions that can affect the ref count of
2903 /// Arg.
2904 static CallInst *
2905 FindPredecessorRetainWithSafePath(const Value *Arg, BasicBlock *BB,
2906                                   Instruction *Autorelease,
2907                                   SmallPtrSet<Instruction *, 4> &DepInsts,
2908                                   SmallPtrSet<const BasicBlock *, 4> &Visited,
2909                                   ProvenanceAnalysis &PA) {
2910   FindDependencies(CanChangeRetainCount, Arg,
2911                    BB, Autorelease, DepInsts, Visited, PA);
2912   if (DepInsts.size() != 1)
2913     return 0;
2914
2915   CallInst *Retain =
2916     dyn_cast_or_null<CallInst>(*DepInsts.begin());
2917
2918   // Check that we found a retain with the same argument.
2919   if (!Retain ||
2920       !IsRetain(GetBasicInstructionClass(Retain)) ||
2921       GetObjCArg(Retain) != Arg) {
2922     return 0;
2923   }
2924
2925   return Retain;
2926 }
2927
2928 /// Look for an ``autorelease'' instruction dependent on Arg such that there are
2929 /// no instructions dependent on Arg that need a positive ref count in between
2930 /// the autorelease and the ret.
2931 static CallInst *
2932 FindPredecessorAutoreleaseWithSafePath(const Value *Arg, BasicBlock *BB,
2933                                        ReturnInst *Ret,
2934                                        SmallPtrSet<Instruction *, 4> &DepInsts,
2935                                        SmallPtrSet<const BasicBlock *, 4> &V,
2936                                        ProvenanceAnalysis &PA) {
2937   FindDependencies(NeedsPositiveRetainCount, Arg,
2938                    BB, Ret, DepInsts, V, PA);
2939   if (DepInsts.size() != 1)
2940     return 0;
2941
2942   CallInst *Autorelease =
2943     dyn_cast_or_null<CallInst>(*DepInsts.begin());
2944   if (!Autorelease)
2945     return 0;
2946   InstructionClass AutoreleaseClass = GetBasicInstructionClass(Autorelease);
2947   if (!IsAutorelease(AutoreleaseClass))
2948     return 0;
2949   if (GetObjCArg(Autorelease) != Arg)
2950     return 0;
2951
2952   return Autorelease;
2953 }
2954
2955 /// Look for this pattern:
2956 /// \code
2957 ///    %call = call i8* @something(...)
2958 ///    %2 = call i8* @objc_retain(i8* %call)
2959 ///    %3 = call i8* @objc_autorelease(i8* %2)
2960 ///    ret i8* %3
2961 /// \endcode
2962 /// And delete the retain and autorelease.
2963 void ObjCARCOpt::OptimizeReturns(Function &F) {
2964   if (!F.getReturnType()->isPointerTy())
2965     return;
2966
2967   DEBUG(dbgs() << "\n== ObjCARCOpt::OptimizeReturns ==\n");
2968
2969   SmallPtrSet<Instruction *, 4> DependingInstructions;
2970   SmallPtrSet<const BasicBlock *, 4> Visited;
2971   for (Function::iterator FI = F.begin(), FE = F.end(); FI != FE; ++FI) {
2972     BasicBlock *BB = FI;
2973     ReturnInst *Ret = dyn_cast<ReturnInst>(&BB->back());
2974
2975     DEBUG(dbgs() << "Visiting: " << *Ret << "\n");
2976
2977     if (!Ret)
2978       continue;
2979
2980     const Value *Arg = StripPointerCastsAndObjCCalls(Ret->getOperand(0));
2981
2982     // Look for an ``autorelease'' instruction that is a predecessor of Ret and
2983     // dependent on Arg such that there are no instructions dependent on Arg
2984     // that need a positive ref count in between the autorelease and Ret.
2985     CallInst *Autorelease =
2986       FindPredecessorAutoreleaseWithSafePath(Arg, BB, Ret,
2987                                              DependingInstructions, Visited,
2988                                              PA);
2989     DependingInstructions.clear();
2990     Visited.clear();
2991
2992     if (!Autorelease)
2993       continue;
2994
2995     CallInst *Retain =
2996       FindPredecessorRetainWithSafePath(Arg, BB, Autorelease,
2997                                         DependingInstructions, Visited, PA);
2998     DependingInstructions.clear();
2999     Visited.clear();
3000
3001     if (!Retain)
3002       continue;
3003
3004     // Check that there is nothing that can affect the reference count
3005     // between the retain and the call.  Note that Retain need not be in BB.
3006     bool HasSafePathToCall = HasSafePathToPredecessorCall(Arg, Retain,
3007                                                           DependingInstructions,
3008                                                           Visited, PA);
3009     DependingInstructions.clear();
3010     Visited.clear();
3011
3012     if (!HasSafePathToCall)
3013       continue;
3014
3015     // If so, we can zap the retain and autorelease.
3016     Changed = true;
3017     ++NumRets;
3018     DEBUG(dbgs() << "Erasing: " << *Retain << "\nErasing: "
3019           << *Autorelease << "\n");
3020     EraseInstruction(Retain);
3021     EraseInstruction(Autorelease);
3022   }
3023 }
3024
3025 #ifndef NDEBUG
3026 void
3027 ObjCARCOpt::GatherStatistics(Function &F, bool AfterOptimization) {
3028   llvm::Statistic &NumRetains =
3029     AfterOptimization? NumRetainsAfterOpt : NumRetainsBeforeOpt;
3030   llvm::Statistic &NumReleases =
3031     AfterOptimization? NumReleasesAfterOpt : NumReleasesBeforeOpt;
3032
3033   for (inst_iterator I = inst_begin(&F), E = inst_end(&F); I != E; ) {
3034     Instruction *Inst = &*I++;
3035     switch (GetBasicInstructionClass(Inst)) {
3036     default:
3037       break;
3038     case IC_Retain:
3039       ++NumRetains;
3040       break;
3041     case IC_Release:
3042       ++NumReleases;
3043       break;
3044     }
3045   }
3046 }
3047 #endif
3048
3049 bool ObjCARCOpt::doInitialization(Module &M) {
3050   if (!EnableARCOpts)
3051     return false;
3052
3053   // If nothing in the Module uses ARC, don't do anything.
3054   Run = ModuleHasARC(M);
3055   if (!Run)
3056     return false;
3057
3058   // Identify the imprecise release metadata kind.
3059   ImpreciseReleaseMDKind =
3060     M.getContext().getMDKindID("clang.imprecise_release");
3061   CopyOnEscapeMDKind =
3062     M.getContext().getMDKindID("clang.arc.copy_on_escape");
3063   NoObjCARCExceptionsMDKind =
3064     M.getContext().getMDKindID("clang.arc.no_objc_arc_exceptions");
3065 #ifdef ARC_ANNOTATIONS
3066   ARCAnnotationBottomUpMDKind =
3067     M.getContext().getMDKindID("llvm.arc.annotation.bottomup");
3068   ARCAnnotationTopDownMDKind =
3069     M.getContext().getMDKindID("llvm.arc.annotation.topdown");
3070   ARCAnnotationProvenanceSourceMDKind =
3071     M.getContext().getMDKindID("llvm.arc.annotation.provenancesource");
3072 #endif // ARC_ANNOTATIONS
3073
3074   // Intuitively, objc_retain and others are nocapture, however in practice
3075   // they are not, because they return their argument value. And objc_release
3076   // calls finalizers which can have arbitrary side effects.
3077
3078   // These are initialized lazily.
3079   RetainRVCallee = 0;
3080   AutoreleaseRVCallee = 0;
3081   ReleaseCallee = 0;
3082   RetainCallee = 0;
3083   RetainBlockCallee = 0;
3084   AutoreleaseCallee = 0;
3085
3086   return false;
3087 }
3088
3089 bool ObjCARCOpt::runOnFunction(Function &F) {
3090   if (!EnableARCOpts)
3091     return false;
3092
3093   // If nothing in the Module uses ARC, don't do anything.
3094   if (!Run)
3095     return false;
3096
3097   Changed = false;
3098
3099   DEBUG(dbgs() << "<<< ObjCARCOpt: Visiting Function: " << F.getName() << " >>>"
3100         "\n");
3101
3102   PA.setAA(&getAnalysis<AliasAnalysis>());
3103
3104   // This pass performs several distinct transformations. As a compile-time aid
3105   // when compiling code that isn't ObjC, skip these if the relevant ObjC
3106   // library functions aren't declared.
3107
3108   // Preliminary optimizations. This also computes UsedInThisFunction.
3109   OptimizeIndividualCalls(F);
3110
3111   // Optimizations for weak pointers.
3112   if (UsedInThisFunction & ((1 << IC_LoadWeak) |
3113                             (1 << IC_LoadWeakRetained) |
3114                             (1 << IC_StoreWeak) |
3115                             (1 << IC_InitWeak) |
3116                             (1 << IC_CopyWeak) |
3117                             (1 << IC_MoveWeak) |
3118                             (1 << IC_DestroyWeak)))
3119     OptimizeWeakCalls(F);
3120
3121   // Optimizations for retain+release pairs.
3122   if (UsedInThisFunction & ((1 << IC_Retain) |
3123                             (1 << IC_RetainRV) |
3124                             (1 << IC_RetainBlock)))
3125     if (UsedInThisFunction & (1 << IC_Release))
3126       // Run OptimizeSequences until it either stops making changes or
3127       // no retain+release pair nesting is detected.
3128       while (OptimizeSequences(F)) {}
3129
3130   // Optimizations if objc_autorelease is used.
3131   if (UsedInThisFunction & ((1 << IC_Autorelease) |
3132                             (1 << IC_AutoreleaseRV)))
3133     OptimizeReturns(F);
3134
3135   // Gather statistics after optimization.
3136 #ifndef NDEBUG
3137   if (AreStatisticsEnabled()) {
3138     GatherStatistics(F, true);
3139   }
3140 #endif
3141
3142   DEBUG(dbgs() << "\n");
3143
3144   return Changed;
3145 }
3146
3147 void ObjCARCOpt::releaseMemory() {
3148   PA.clear();
3149 }
3150
3151 /// @}
3152 ///