More encapsulation work.
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / Scalar / ObjCARC.cpp
1 //===- ObjCARC.cpp - ObjC ARC Optimization --------------------------------===//
2 //
3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
4 //
5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
6 // License. See LICENSE.TXT for details.
7 //
8 //===----------------------------------------------------------------------===//
9 /// \file
10 /// This file defines ObjC ARC optimizations. ARC stands for Automatic
11 /// Reference Counting and is a system for managing reference counts for objects
12 /// in Objective C.
13 ///
14 /// The optimizations performed include elimination of redundant, partially
15 /// redundant, and inconsequential reference count operations, elimination of
16 /// redundant weak pointer operations, pattern-matching and replacement of
17 /// low-level operations into higher-level operations, and numerous minor
18 /// simplifications.
19 ///
20 /// This file also defines a simple ARC-aware AliasAnalysis.
21 ///
22 /// WARNING: This file knows about certain library functions. It recognizes them
23 /// by name, and hardwires knowledge of their semantics.
24 ///
25 /// WARNING: This file knows about how certain Objective-C library functions are
26 /// used. Naive LLVM IR transformations which would otherwise be
27 /// behavior-preserving may break these assumptions.
28 ///
29 //===----------------------------------------------------------------------===//
30
31 #define DEBUG_TYPE "objc-arc"
32 #include "llvm/ADT/DenseMap.h"
33 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
34 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
35 #include "llvm/Support/Debug.h"
36 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
37 using namespace llvm;
38
39 /// \brief A handy option to enable/disable all optimizations in this file.
40 static cl::opt<bool> EnableARCOpts("enable-objc-arc-opts", cl::init(true));
41
42 /// \defgroup MiscUtils Miscellaneous utilities that are not ARC specific.
43 /// @{
44
45 namespace {
46   /// \brief An associative container with fast insertion-order (deterministic)
47   /// iteration over its elements. Plus the special blot operation.
48   template<class KeyT, class ValueT>
49   class MapVector {
50     /// Map keys to indices in Vector.
51     typedef DenseMap<KeyT, size_t> MapTy;
52     MapTy Map;
53
54     typedef std::vector<std::pair<KeyT, ValueT> > VectorTy;
55     /// Keys and values.
56     VectorTy Vector;
57
58   public:
59     typedef typename VectorTy::iterator iterator;
60     typedef typename VectorTy::const_iterator const_iterator;
61     iterator begin() { return Vector.begin(); }
62     iterator end() { return Vector.end(); }
63     const_iterator begin() const { return Vector.begin(); }
64     const_iterator end() const { return Vector.end(); }
65
66 #ifdef XDEBUG
67     ~MapVector() {
68       assert(Vector.size() >= Map.size()); // May differ due to blotting.
69       for (typename MapTy::const_iterator I = Map.begin(), E = Map.end();
70            I != E; ++I) {
71         assert(I->second < Vector.size());
72         assert(Vector[I->second].first == I->first);
73       }
74       for (typename VectorTy::const_iterator I = Vector.begin(),
75            E = Vector.end(); I != E; ++I)
76         assert(!I->first ||
77                (Map.count(I->first) &&
78                 Map[I->first] == size_t(I - Vector.begin())));
79     }
80 #endif
81
82     ValueT &operator[](const KeyT &Arg) {
83       std::pair<typename MapTy::iterator, bool> Pair =
84         Map.insert(std::make_pair(Arg, size_t(0)));
85       if (Pair.second) {
86         size_t Num = Vector.size();
87         Pair.first->second = Num;
88         Vector.push_back(std::make_pair(Arg, ValueT()));
89         return Vector[Num].second;
90       }
91       return Vector[Pair.first->second].second;
92     }
93
94     std::pair<iterator, bool>
95     insert(const std::pair<KeyT, ValueT> &InsertPair) {
96       std::pair<typename MapTy::iterator, bool> Pair =
97         Map.insert(std::make_pair(InsertPair.first, size_t(0)));
98       if (Pair.second) {
99         size_t Num = Vector.size();
100         Pair.first->second = Num;
101         Vector.push_back(InsertPair);
102         return std::make_pair(Vector.begin() + Num, true);
103       }
104       return std::make_pair(Vector.begin() + Pair.first->second, false);
105     }
106
107     const_iterator find(const KeyT &Key) const {
108       typename MapTy::const_iterator It = Map.find(Key);
109       if (It == Map.end()) return Vector.end();
110       return Vector.begin() + It->second;
111     }
112
113     /// This is similar to erase, but instead of removing the element from the
114     /// vector, it just zeros out the key in the vector. This leaves iterators
115     /// intact, but clients must be prepared for zeroed-out keys when iterating.
116     void blot(const KeyT &Key) {
117       typename MapTy::iterator It = Map.find(Key);
118       if (It == Map.end()) return;
119       Vector[It->second].first = KeyT();
120       Map.erase(It);
121     }
122
123     void clear() {
124       Map.clear();
125       Vector.clear();
126     }
127   };
128 }
129
130 /// @}
131 ///
132 /// \defgroup ARCUtilities Utility declarations/definitions specific to ARC.
133 /// @{
134
135 #include "llvm/ADT/StringSwitch.h"
136 #include "llvm/Analysis/ValueTracking.h"
137 #include "llvm/IR/Intrinsics.h"
138 #include "llvm/IR/Module.h"
139 #include "llvm/Support/CallSite.h"
140 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
141
142 namespace {
143   /// \enum InstructionClass
144   /// \brief A simple classification for instructions.
145   enum InstructionClass {
146     IC_Retain,              ///< objc_retain
147     IC_RetainRV,            ///< objc_retainAutoreleasedReturnValue
148     IC_RetainBlock,         ///< objc_retainBlock
149     IC_Release,             ///< objc_release
150     IC_Autorelease,         ///< objc_autorelease
151     IC_AutoreleaseRV,       ///< objc_autoreleaseReturnValue
152     IC_AutoreleasepoolPush, ///< objc_autoreleasePoolPush
153     IC_AutoreleasepoolPop,  ///< objc_autoreleasePoolPop
154     IC_NoopCast,            ///< objc_retainedObject, etc.
155     IC_FusedRetainAutorelease, ///< objc_retainAutorelease
156     IC_FusedRetainAutoreleaseRV, ///< objc_retainAutoreleaseReturnValue
157     IC_LoadWeakRetained,    ///< objc_loadWeakRetained (primitive)
158     IC_StoreWeak,           ///< objc_storeWeak (primitive)
159     IC_InitWeak,            ///< objc_initWeak (derived)
160     IC_LoadWeak,            ///< objc_loadWeak (derived)
161     IC_MoveWeak,            ///< objc_moveWeak (derived)
162     IC_CopyWeak,            ///< objc_copyWeak (derived)
163     IC_DestroyWeak,         ///< objc_destroyWeak (derived)
164     IC_StoreStrong,         ///< objc_storeStrong (derived)
165     IC_CallOrUser,          ///< could call objc_release and/or "use" pointers
166     IC_Call,                ///< could call objc_release
167     IC_User,                ///< could "use" a pointer
168     IC_None                 ///< anything else
169   };
170
171   raw_ostream &operator<<(raw_ostream &OS, const InstructionClass Class)
172      LLVM_ATTRIBUTE_USED;
173   raw_ostream &operator<<(raw_ostream &OS, const InstructionClass Class) {
174     switch (Class) {
175     case IC_Retain:
176       return OS << "IC_Retain";
177     case IC_RetainRV:
178       return OS << "IC_RetainRV";
179     case IC_RetainBlock:
180       return OS << "IC_RetainBlock";
181     case IC_Release:
182       return OS << "IC_Release";
183     case IC_Autorelease:
184       return OS << "IC_Autorelease";
185     case IC_AutoreleaseRV:
186       return OS << "IC_AutoreleaseRV";
187     case IC_AutoreleasepoolPush:
188       return OS << "IC_AutoreleasepoolPush";
189     case IC_AutoreleasepoolPop:
190       return OS << "IC_AutoreleasepoolPop";
191     case IC_NoopCast:
192       return OS << "IC_NoopCast";
193     case IC_FusedRetainAutorelease:
194       return OS << "IC_FusedRetainAutorelease";
195     case IC_FusedRetainAutoreleaseRV:
196       return OS << "IC_FusedRetainAutoreleaseRV";
197     case IC_LoadWeakRetained:
198       return OS << "IC_LoadWeakRetained";
199     case IC_StoreWeak:
200       return OS << "IC_StoreWeak";
201     case IC_InitWeak:
202       return OS << "IC_InitWeak";
203     case IC_LoadWeak:
204       return OS << "IC_LoadWeak";
205     case IC_MoveWeak:
206       return OS << "IC_MoveWeak";
207     case IC_CopyWeak:
208       return OS << "IC_CopyWeak";
209     case IC_DestroyWeak:
210       return OS << "IC_DestroyWeak";
211     case IC_StoreStrong:
212       return OS << "IC_StoreStrong";
213     case IC_CallOrUser:
214       return OS << "IC_CallOrUser";
215     case IC_Call:
216       return OS << "IC_Call";
217     case IC_User:
218       return OS << "IC_User";
219     case IC_None:
220       return OS << "IC_None";
221     }
222     llvm_unreachable("Unknown instruction class!");
223   }
224 }
225
226 /// \brief Test whether the given value is possible a reference-counted pointer.
227 static bool IsPotentialUse(const Value *Op) {
228   // Pointers to static or stack storage are not reference-counted pointers.
229   if (isa<Constant>(Op) || isa<AllocaInst>(Op))
230     return false;
231   // Special arguments are not reference-counted.
232   if (const Argument *Arg = dyn_cast<Argument>(Op))
233     if (Arg->hasByValAttr() ||
234         Arg->hasNestAttr() ||
235         Arg->hasStructRetAttr())
236       return false;
237   // Only consider values with pointer types.
238   // It seemes intuitive to exclude function pointer types as well, since
239   // functions are never reference-counted, however clang occasionally
240   // bitcasts reference-counted pointers to function-pointer type
241   // temporarily.
242   PointerType *Ty = dyn_cast<PointerType>(Op->getType());
243   if (!Ty)
244     return false;
245   // Conservatively assume anything else is a potential use.
246   return true;
247 }
248
249 /// \brief Helper for GetInstructionClass. Determines what kind of construct CS
250 /// is.
251 static InstructionClass GetCallSiteClass(ImmutableCallSite CS) {
252   for (ImmutableCallSite::arg_iterator I = CS.arg_begin(), E = CS.arg_end();
253        I != E; ++I)
254     if (IsPotentialUse(*I))
255       return CS.onlyReadsMemory() ? IC_User : IC_CallOrUser;
256
257   return CS.onlyReadsMemory() ? IC_None : IC_Call;
258 }
259
260 /// \brief Determine if F is one of the special known Functions.  If it isn't,
261 /// return IC_CallOrUser.
262 static InstructionClass GetFunctionClass(const Function *F) {
263   Function::const_arg_iterator AI = F->arg_begin(), AE = F->arg_end();
264
265   // No arguments.
266   if (AI == AE)
267     return StringSwitch<InstructionClass>(F->getName())
268       .Case("objc_autoreleasePoolPush",  IC_AutoreleasepoolPush)
269       .Default(IC_CallOrUser);
270
271   // One argument.
272   const Argument *A0 = AI++;
273   if (AI == AE)
274     // Argument is a pointer.
275     if (PointerType *PTy = dyn_cast<PointerType>(A0->getType())) {
276       Type *ETy = PTy->getElementType();
277       // Argument is i8*.
278       if (ETy->isIntegerTy(8))
279         return StringSwitch<InstructionClass>(F->getName())
280           .Case("objc_retain",                IC_Retain)
281           .Case("objc_retainAutoreleasedReturnValue", IC_RetainRV)
282           .Case("objc_retainBlock",           IC_RetainBlock)
283           .Case("objc_release",               IC_Release)
284           .Case("objc_autorelease",           IC_Autorelease)
285           .Case("objc_autoreleaseReturnValue", IC_AutoreleaseRV)
286           .Case("objc_autoreleasePoolPop",    IC_AutoreleasepoolPop)
287           .Case("objc_retainedObject",        IC_NoopCast)
288           .Case("objc_unretainedObject",      IC_NoopCast)
289           .Case("objc_unretainedPointer",     IC_NoopCast)
290           .Case("objc_retain_autorelease",    IC_FusedRetainAutorelease)
291           .Case("objc_retainAutorelease",     IC_FusedRetainAutorelease)
292           .Case("objc_retainAutoreleaseReturnValue",IC_FusedRetainAutoreleaseRV)
293           .Default(IC_CallOrUser);
294
295       // Argument is i8**
296       if (PointerType *Pte = dyn_cast<PointerType>(ETy))
297         if (Pte->getElementType()->isIntegerTy(8))
298           return StringSwitch<InstructionClass>(F->getName())
299             .Case("objc_loadWeakRetained",      IC_LoadWeakRetained)
300             .Case("objc_loadWeak",              IC_LoadWeak)
301             .Case("objc_destroyWeak",           IC_DestroyWeak)
302             .Default(IC_CallOrUser);
303     }
304
305   // Two arguments, first is i8**.
306   const Argument *A1 = AI++;
307   if (AI == AE)
308     if (PointerType *PTy = dyn_cast<PointerType>(A0->getType()))
309       if (PointerType *Pte = dyn_cast<PointerType>(PTy->getElementType()))
310         if (Pte->getElementType()->isIntegerTy(8))
311           if (PointerType *PTy1 = dyn_cast<PointerType>(A1->getType())) {
312             Type *ETy1 = PTy1->getElementType();
313             // Second argument is i8*
314             if (ETy1->isIntegerTy(8))
315               return StringSwitch<InstructionClass>(F->getName())
316                      .Case("objc_storeWeak",             IC_StoreWeak)
317                      .Case("objc_initWeak",              IC_InitWeak)
318                      .Case("objc_storeStrong",           IC_StoreStrong)
319                      .Default(IC_CallOrUser);
320             // Second argument is i8**.
321             if (PointerType *Pte1 = dyn_cast<PointerType>(ETy1))
322               if (Pte1->getElementType()->isIntegerTy(8))
323                 return StringSwitch<InstructionClass>(F->getName())
324                        .Case("objc_moveWeak",              IC_MoveWeak)
325                        .Case("objc_copyWeak",              IC_CopyWeak)
326                        .Default(IC_CallOrUser);
327           }
328
329   // Anything else.
330   return IC_CallOrUser;
331 }
332
333 /// \brief Determine what kind of construct V is.
334 static InstructionClass GetInstructionClass(const Value *V) {
335   if (const Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V)) {
336     // Any instruction other than bitcast and gep with a pointer operand have a
337     // use of an objc pointer. Bitcasts, GEPs, Selects, PHIs transfer a pointer
338     // to a subsequent use, rather than using it themselves, in this sense.
339     // As a short cut, several other opcodes are known to have no pointer
340     // operands of interest. And ret is never followed by a release, so it's
341     // not interesting to examine.
342     switch (I->getOpcode()) {
343     case Instruction::Call: {
344       const CallInst *CI = cast<CallInst>(I);
345       // Check for calls to special functions.
346       if (const Function *F = CI->getCalledFunction()) {
347         InstructionClass Class = GetFunctionClass(F);
348         if (Class != IC_CallOrUser)
349           return Class;
350
351         // None of the intrinsic functions do objc_release. For intrinsics, the
352         // only question is whether or not they may be users.
353         switch (F->getIntrinsicID()) {
354         case Intrinsic::returnaddress: case Intrinsic::frameaddress:
355         case Intrinsic::stacksave: case Intrinsic::stackrestore:
356         case Intrinsic::vastart: case Intrinsic::vacopy: case Intrinsic::vaend:
357         case Intrinsic::objectsize: case Intrinsic::prefetch:
358         case Intrinsic::stackprotector:
359         case Intrinsic::eh_return_i32: case Intrinsic::eh_return_i64:
360         case Intrinsic::eh_typeid_for: case Intrinsic::eh_dwarf_cfa:
361         case Intrinsic::eh_sjlj_lsda: case Intrinsic::eh_sjlj_functioncontext:
362         case Intrinsic::init_trampoline: case Intrinsic::adjust_trampoline:
363         case Intrinsic::lifetime_start: case Intrinsic::lifetime_end:
364         case Intrinsic::invariant_start: case Intrinsic::invariant_end:
365         // Don't let dbg info affect our results.
366         case Intrinsic::dbg_declare: case Intrinsic::dbg_value:
367           // Short cut: Some intrinsics obviously don't use ObjC pointers.
368           return IC_None;
369         default:
370           break;
371         }
372       }
373       return GetCallSiteClass(CI);
374     }
375     case Instruction::Invoke:
376       return GetCallSiteClass(cast<InvokeInst>(I));
377     case Instruction::BitCast:
378     case Instruction::GetElementPtr:
379     case Instruction::Select: case Instruction::PHI:
380     case Instruction::Ret: case Instruction::Br:
381     case Instruction::Switch: case Instruction::IndirectBr:
382     case Instruction::Alloca: case Instruction::VAArg:
383     case Instruction::Add: case Instruction::FAdd:
384     case Instruction::Sub: case Instruction::FSub:
385     case Instruction::Mul: case Instruction::FMul:
386     case Instruction::SDiv: case Instruction::UDiv: case Instruction::FDiv:
387     case Instruction::SRem: case Instruction::URem: case Instruction::FRem:
388     case Instruction::Shl: case Instruction::LShr: case Instruction::AShr:
389     case Instruction::And: case Instruction::Or: case Instruction::Xor:
390     case Instruction::SExt: case Instruction::ZExt: case Instruction::Trunc:
391     case Instruction::IntToPtr: case Instruction::FCmp:
392     case Instruction::FPTrunc: case Instruction::FPExt:
393     case Instruction::FPToUI: case Instruction::FPToSI:
394     case Instruction::UIToFP: case Instruction::SIToFP:
395     case Instruction::InsertElement: case Instruction::ExtractElement:
396     case Instruction::ShuffleVector:
397     case Instruction::ExtractValue:
398       break;
399     case Instruction::ICmp:
400       // Comparing a pointer with null, or any other constant, isn't an
401       // interesting use, because we don't care what the pointer points to, or
402       // about the values of any other dynamic reference-counted pointers.
403       if (IsPotentialUse(I->getOperand(1)))
404         return IC_User;
405       break;
406     default:
407       // For anything else, check all the operands.
408       // Note that this includes both operands of a Store: while the first
409       // operand isn't actually being dereferenced, it is being stored to
410       // memory where we can no longer track who might read it and dereference
411       // it, so we have to consider it potentially used.
412       for (User::const_op_iterator OI = I->op_begin(), OE = I->op_end();
413            OI != OE; ++OI)
414         if (IsPotentialUse(*OI))
415           return IC_User;
416     }
417   }
418
419   // Otherwise, it's totally inert for ARC purposes.
420   return IC_None;
421 }
422
423 /// \brief Determine which objc runtime call instruction class V belongs to.
424 ///
425 /// This is similar to GetInstructionClass except that it only detects objc
426 /// runtime calls. This allows it to be faster.
427 ///
428 static InstructionClass GetBasicInstructionClass(const Value *V) {
429   if (const CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(V)) {
430     if (const Function *F = CI->getCalledFunction())
431       return GetFunctionClass(F);
432     // Otherwise, be conservative.
433     return IC_CallOrUser;
434   }
435
436   // Otherwise, be conservative.
437   return isa<InvokeInst>(V) ? IC_CallOrUser : IC_User;
438 }
439
440 /// \brief Test if the given class is objc_retain or equivalent.
441 static bool IsRetain(InstructionClass Class) {
442   return Class == IC_Retain ||
443          Class == IC_RetainRV;
444 }
445
446 /// \brief Test if the given class is objc_autorelease or equivalent.
447 static bool IsAutorelease(InstructionClass Class) {
448   return Class == IC_Autorelease ||
449          Class == IC_AutoreleaseRV;
450 }
451
452 /// \brief Test if the given class represents instructions which return their
453 /// argument verbatim.
454 static bool IsForwarding(InstructionClass Class) {
455   // objc_retainBlock technically doesn't always return its argument
456   // verbatim, but it doesn't matter for our purposes here.
457   return Class == IC_Retain ||
458          Class == IC_RetainRV ||
459          Class == IC_Autorelease ||
460          Class == IC_AutoreleaseRV ||
461          Class == IC_RetainBlock ||
462          Class == IC_NoopCast;
463 }
464
465 /// \brief Test if the given class represents instructions which do nothing if
466 /// passed a null pointer.
467 static bool IsNoopOnNull(InstructionClass Class) {
468   return Class == IC_Retain ||
469          Class == IC_RetainRV ||
470          Class == IC_Release ||
471          Class == IC_Autorelease ||
472          Class == IC_AutoreleaseRV ||
473          Class == IC_RetainBlock;
474 }
475
476 /// \brief Test if the given class represents instructions which are always safe
477 /// to mark with the "tail" keyword.
478 static bool IsAlwaysTail(InstructionClass Class) {
479   // IC_RetainBlock may be given a stack argument.
480   return Class == IC_Retain ||
481          Class == IC_RetainRV ||
482          Class == IC_AutoreleaseRV;
483 }
484
485 /// \brief Test if the given class represents instructions which are never safe
486 /// to mark with the "tail" keyword.
487 static bool IsNeverTail(InstructionClass Class) {
488   /// It is never safe to tail call objc_autorelease since by tail calling
489   /// objc_autorelease, we also tail call -[NSObject autorelease] which supports
490   /// fast autoreleasing causing our object to be potentially reclaimed from the
491   /// autorelease pool which violates the semantics of __autoreleasing types in
492   /// ARC.
493   return Class == IC_Autorelease;
494 }
495
496 /// \brief Test if the given class represents instructions which are always safe
497 /// to mark with the nounwind attribute.
498 static bool IsNoThrow(InstructionClass Class) {
499   // objc_retainBlock is not nounwind because it calls user copy constructors
500   // which could theoretically throw.
501   return Class == IC_Retain ||
502          Class == IC_RetainRV ||
503          Class == IC_Release ||
504          Class == IC_Autorelease ||
505          Class == IC_AutoreleaseRV ||
506          Class == IC_AutoreleasepoolPush ||
507          Class == IC_AutoreleasepoolPop;
508 }
509
510 /// \brief Erase the given instruction.
511 ///
512 /// Many ObjC calls return their argument verbatim,
513 /// so if it's such a call and the return value has users, replace them with the
514 /// argument value.
515 ///
516 static void EraseInstruction(Instruction *CI) {
517   Value *OldArg = cast<CallInst>(CI)->getArgOperand(0);
518
519   bool Unused = CI->use_empty();
520
521   if (!Unused) {
522     // Replace the return value with the argument.
523     assert(IsForwarding(GetBasicInstructionClass(CI)) &&
524            "Can't delete non-forwarding instruction with users!");
525     CI->replaceAllUsesWith(OldArg);
526   }
527
528   CI->eraseFromParent();
529
530   if (Unused)
531     RecursivelyDeleteTriviallyDeadInstructions(OldArg);
532 }
533
534 /// \brief This is a wrapper around getUnderlyingObject which also knows how to
535 /// look through objc_retain and objc_autorelease calls, which we know to return
536 /// their argument verbatim.
537 static const Value *GetUnderlyingObjCPtr(const Value *V) {
538   for (;;) {
539     V = GetUnderlyingObject(V);
540     if (!IsForwarding(GetBasicInstructionClass(V)))
541       break;
542     V = cast<CallInst>(V)->getArgOperand(0);
543   }
544
545   return V;
546 }
547
548 /// \brief This is a wrapper around Value::stripPointerCasts which also knows
549 /// how to look through objc_retain and objc_autorelease calls, which we know to
550 /// return their argument verbatim.
551 static const Value *StripPointerCastsAndObjCCalls(const Value *V) {
552   for (;;) {
553     V = V->stripPointerCasts();
554     if (!IsForwarding(GetBasicInstructionClass(V)))
555       break;
556     V = cast<CallInst>(V)->getArgOperand(0);
557   }
558   return V;
559 }
560
561 /// \brief This is a wrapper around Value::stripPointerCasts which also knows
562 /// how to look through objc_retain and objc_autorelease calls, which we know to
563 /// return their argument verbatim.
564 static Value *StripPointerCastsAndObjCCalls(Value *V) {
565   for (;;) {
566     V = V->stripPointerCasts();
567     if (!IsForwarding(GetBasicInstructionClass(V)))
568       break;
569     V = cast<CallInst>(V)->getArgOperand(0);
570   }
571   return V;
572 }
573
574 /// \brief Assuming the given instruction is one of the special calls such as
575 /// objc_retain or objc_release, return the argument value, stripped of no-op
576 /// casts and forwarding calls.
577 static Value *GetObjCArg(Value *Inst) {
578   return StripPointerCastsAndObjCCalls(cast<CallInst>(Inst)->getArgOperand(0));
579 }
580
581 /// \brief Return true if this value refers to a distinct and identifiable
582 /// object.
583 ///
584 /// This is similar to AliasAnalysis's isIdentifiedObject, except that it uses
585 /// special knowledge of ObjC conventions.
586 static bool IsObjCIdentifiedObject(const Value *V) {
587   // Assume that call results and arguments have their own "provenance".
588   // Constants (including GlobalVariables) and Allocas are never
589   // reference-counted.
590   if (isa<CallInst>(V) || isa<InvokeInst>(V) ||
591       isa<Argument>(V) || isa<Constant>(V) ||
592       isa<AllocaInst>(V))
593     return true;
594
595   if (const LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(V)) {
596     const Value *Pointer =
597       StripPointerCastsAndObjCCalls(LI->getPointerOperand());
598     if (const GlobalVariable *GV = dyn_cast<GlobalVariable>(Pointer)) {
599       // A constant pointer can't be pointing to an object on the heap. It may
600       // be reference-counted, but it won't be deleted.
601       if (GV->isConstant())
602         return true;
603       StringRef Name = GV->getName();
604       // These special variables are known to hold values which are not
605       // reference-counted pointers.
606       if (Name.startswith("\01L_OBJC_SELECTOR_REFERENCES_") ||
607           Name.startswith("\01L_OBJC_CLASSLIST_REFERENCES_") ||
608           Name.startswith("\01L_OBJC_CLASSLIST_SUP_REFS_$_") ||
609           Name.startswith("\01L_OBJC_METH_VAR_NAME_") ||
610           Name.startswith("\01l_objc_msgSend_fixup_"))
611         return true;
612     }
613   }
614
615   return false;
616 }
617
618 /// \brief This is similar to StripPointerCastsAndObjCCalls but it stops as soon
619 /// as it finds a value with multiple uses.
620 static const Value *FindSingleUseIdentifiedObject(const Value *Arg) {
621   if (Arg->hasOneUse()) {
622     if (const BitCastInst *BC = dyn_cast<BitCastInst>(Arg))
623       return FindSingleUseIdentifiedObject(BC->getOperand(0));
624     if (const GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(Arg))
625       if (GEP->hasAllZeroIndices())
626         return FindSingleUseIdentifiedObject(GEP->getPointerOperand());
627     if (IsForwarding(GetBasicInstructionClass(Arg)))
628       return FindSingleUseIdentifiedObject(
629                cast<CallInst>(Arg)->getArgOperand(0));
630     if (!IsObjCIdentifiedObject(Arg))
631       return 0;
632     return Arg;
633   }
634
635   // If we found an identifiable object but it has multiple uses, but they are
636   // trivial uses, we can still consider this to be a single-use value.
637   if (IsObjCIdentifiedObject(Arg)) {
638     for (Value::const_use_iterator UI = Arg->use_begin(), UE = Arg->use_end();
639          UI != UE; ++UI) {
640       const User *U = *UI;
641       if (!U->use_empty() || StripPointerCastsAndObjCCalls(U) != Arg)
642          return 0;
643     }
644
645     return Arg;
646   }
647
648   return 0;
649 }
650
651 /// \brief Test if the given module looks interesting to run ARC optimization
652 /// on.
653 static bool ModuleHasARC(const Module &M) {
654   return
655     M.getNamedValue("objc_retain") ||
656     M.getNamedValue("objc_release") ||
657     M.getNamedValue("objc_autorelease") ||
658     M.getNamedValue("objc_retainAutoreleasedReturnValue") ||
659     M.getNamedValue("objc_retainBlock") ||
660     M.getNamedValue("objc_autoreleaseReturnValue") ||
661     M.getNamedValue("objc_autoreleasePoolPush") ||
662     M.getNamedValue("objc_loadWeakRetained") ||
663     M.getNamedValue("objc_loadWeak") ||
664     M.getNamedValue("objc_destroyWeak") ||
665     M.getNamedValue("objc_storeWeak") ||
666     M.getNamedValue("objc_initWeak") ||
667     M.getNamedValue("objc_moveWeak") ||
668     M.getNamedValue("objc_copyWeak") ||
669     M.getNamedValue("objc_retainedObject") ||
670     M.getNamedValue("objc_unretainedObject") ||
671     M.getNamedValue("objc_unretainedPointer");
672 }
673
674 /// \brief Test whether the given pointer, which is an Objective C block
675 /// pointer, does not "escape".
676 ///
677 /// This differs from regular escape analysis in that a use as an
678 /// argument to a call is not considered an escape.
679 ///
680 static bool DoesObjCBlockEscape(const Value *BlockPtr) {
681
682   DEBUG(dbgs() << "DoesObjCBlockEscape: Target: " << *BlockPtr << "\n");
683
684   // Walk the def-use chains.
685   SmallVector<const Value *, 4> Worklist;
686   Worklist.push_back(BlockPtr);
687
688   // Ensure we do not visit any value twice.
689   SmallPtrSet<const Value *, 4> VisitedSet;
690
691   do {
692     const Value *V = Worklist.pop_back_val();
693
694     DEBUG(dbgs() << "DoesObjCBlockEscape: Visiting: " << *V << "\n");
695
696     for (Value::const_use_iterator UI = V->use_begin(), UE = V->use_end();
697          UI != UE; ++UI) {
698       const User *UUser = *UI;
699
700       DEBUG(dbgs() << "DoesObjCBlockEscape: User: " << *UUser << "\n");
701
702       // Special - Use by a call (callee or argument) is not considered
703       // to be an escape.
704       switch (GetBasicInstructionClass(UUser)) {
705       case IC_StoreWeak:
706       case IC_InitWeak:
707       case IC_StoreStrong:
708       case IC_Autorelease:
709       case IC_AutoreleaseRV: {
710         DEBUG(dbgs() << "DoesObjCBlockEscape: User copies pointer arguments. "
711                         "Block Escapes!\n");
712         // These special functions make copies of their pointer arguments.
713         return true;
714       }
715       case IC_User:
716       case IC_None:
717         // Use by an instruction which copies the value is an escape if the
718         // result is an escape.
719         if (isa<BitCastInst>(UUser) || isa<GetElementPtrInst>(UUser) ||
720             isa<PHINode>(UUser) || isa<SelectInst>(UUser)) {
721
722           if (!VisitedSet.insert(UUser)) {
723             DEBUG(dbgs() << "DoesObjCBlockEscape: User copies value. Escapes "
724                             "if result escapes. Adding to list.\n");
725             Worklist.push_back(UUser);
726           } else {
727             DEBUG(dbgs() << "DoesObjCBlockEscape: Already visited node.\n");
728           }
729           continue;
730         }
731         // Use by a load is not an escape.
732         if (isa<LoadInst>(UUser))
733           continue;
734         // Use by a store is not an escape if the use is the address.
735         if (const StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(UUser))
736           if (V != SI->getValueOperand())
737             continue;
738         break;
739       default:
740         // Regular calls and other stuff are not considered escapes.
741         continue;
742       }
743       // Otherwise, conservatively assume an escape.
744       DEBUG(dbgs() << "DoesObjCBlockEscape: Assuming block escapes.\n");
745       return true;
746     }
747   } while (!Worklist.empty());
748
749   // No escapes found.
750   DEBUG(dbgs() << "DoesObjCBlockEscape: Block does not escape.\n");
751   return false;
752 }
753
754 /// @}
755 ///
756 /// \defgroup ARCAA Extends alias analysis using ObjC specific knowledge.
757 /// @{
758
759 #include "llvm/Analysis/AliasAnalysis.h"
760 #include "llvm/Analysis/Passes.h"
761 #include "llvm/Pass.h"
762
763 namespace {
764   /// \brief This is a simple alias analysis implementation that uses knowledge
765   /// of ARC constructs to answer queries.
766   ///
767   /// TODO: This class could be generalized to know about other ObjC-specific
768   /// tricks. Such as knowing that ivars in the non-fragile ABI are non-aliasing
769   /// even though their offsets are dynamic.
770   class ObjCARCAliasAnalysis : public ImmutablePass,
771                                public AliasAnalysis {
772   public:
773     static char ID; // Class identification, replacement for typeinfo
774     ObjCARCAliasAnalysis() : ImmutablePass(ID) {
775       initializeObjCARCAliasAnalysisPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
776     }
777
778   private:
779     virtual void initializePass() {
780       InitializeAliasAnalysis(this);
781     }
782
783     /// This method is used when a pass implements an analysis interface through
784     /// multiple inheritance.  If needed, it should override this to adjust the
785     /// this pointer as needed for the specified pass info.
786     virtual void *getAdjustedAnalysisPointer(const void *PI) {
787       if (PI == &AliasAnalysis::ID)
788         return static_cast<AliasAnalysis *>(this);
789       return this;
790     }
791
792     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const;
793     virtual AliasResult alias(const Location &LocA, const Location &LocB);
794     virtual bool pointsToConstantMemory(const Location &Loc, bool OrLocal);
795     virtual ModRefBehavior getModRefBehavior(ImmutableCallSite CS);
796     virtual ModRefBehavior getModRefBehavior(const Function *F);
797     virtual ModRefResult getModRefInfo(ImmutableCallSite CS,
798                                        const Location &Loc);
799     virtual ModRefResult getModRefInfo(ImmutableCallSite CS1,
800                                        ImmutableCallSite CS2);
801   };
802 }  // End of anonymous namespace
803
804 // Register this pass...
805 char ObjCARCAliasAnalysis::ID = 0;
806 INITIALIZE_AG_PASS(ObjCARCAliasAnalysis, AliasAnalysis, "objc-arc-aa",
807                    "ObjC-ARC-Based Alias Analysis", false, true, false)
808
809 ImmutablePass *llvm::createObjCARCAliasAnalysisPass() {
810   return new ObjCARCAliasAnalysis();
811 }
812
813 void
814 ObjCARCAliasAnalysis::getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
815   AU.setPreservesAll();
816   AliasAnalysis::getAnalysisUsage(AU);
817 }
818
819 AliasAnalysis::AliasResult
820 ObjCARCAliasAnalysis::alias(const Location &LocA, const Location &LocB) {
821   if (!EnableARCOpts)
822     return AliasAnalysis::alias(LocA, LocB);
823
824   // First, strip off no-ops, including ObjC-specific no-ops, and try making a
825   // precise alias query.
826   const Value *SA = StripPointerCastsAndObjCCalls(LocA.Ptr);
827   const Value *SB = StripPointerCastsAndObjCCalls(LocB.Ptr);
828   AliasResult Result =
829     AliasAnalysis::alias(Location(SA, LocA.Size, LocA.TBAATag),
830                          Location(SB, LocB.Size, LocB.TBAATag));
831   if (Result != MayAlias)
832     return Result;
833
834   // If that failed, climb to the underlying object, including climbing through
835   // ObjC-specific no-ops, and try making an imprecise alias query.
836   const Value *UA = GetUnderlyingObjCPtr(SA);
837   const Value *UB = GetUnderlyingObjCPtr(SB);
838   if (UA != SA || UB != SB) {
839     Result = AliasAnalysis::alias(Location(UA), Location(UB));
840     // We can't use MustAlias or PartialAlias results here because
841     // GetUnderlyingObjCPtr may return an offsetted pointer value.
842     if (Result == NoAlias)
843       return NoAlias;
844   }
845
846   // If that failed, fail. We don't need to chain here, since that's covered
847   // by the earlier precise query.
848   return MayAlias;
849 }
850
851 bool
852 ObjCARCAliasAnalysis::pointsToConstantMemory(const Location &Loc,
853                                              bool OrLocal) {
854   if (!EnableARCOpts)
855     return AliasAnalysis::pointsToConstantMemory(Loc, OrLocal);
856
857   // First, strip off no-ops, including ObjC-specific no-ops, and try making
858   // a precise alias query.
859   const Value *S = StripPointerCastsAndObjCCalls(Loc.Ptr);
860   if (AliasAnalysis::pointsToConstantMemory(Location(S, Loc.Size, Loc.TBAATag),
861                                             OrLocal))
862     return true;
863
864   // If that failed, climb to the underlying object, including climbing through
865   // ObjC-specific no-ops, and try making an imprecise alias query.
866   const Value *U = GetUnderlyingObjCPtr(S);
867   if (U != S)
868     return AliasAnalysis::pointsToConstantMemory(Location(U), OrLocal);
869
870   // If that failed, fail. We don't need to chain here, since that's covered
871   // by the earlier precise query.
872   return false;
873 }
874
875 AliasAnalysis::ModRefBehavior
876 ObjCARCAliasAnalysis::getModRefBehavior(ImmutableCallSite CS) {
877   // We have nothing to do. Just chain to the next AliasAnalysis.
878   return AliasAnalysis::getModRefBehavior(CS);
879 }
880
881 AliasAnalysis::ModRefBehavior
882 ObjCARCAliasAnalysis::getModRefBehavior(const Function *F) {
883   if (!EnableARCOpts)
884     return AliasAnalysis::getModRefBehavior(F);
885
886   switch (GetFunctionClass(F)) {
887   case IC_NoopCast:
888     return DoesNotAccessMemory;
889   default:
890     break;
891   }
892
893   return AliasAnalysis::getModRefBehavior(F);
894 }
895
896 AliasAnalysis::ModRefResult
897 ObjCARCAliasAnalysis::getModRefInfo(ImmutableCallSite CS, const Location &Loc) {
898   if (!EnableARCOpts)
899     return AliasAnalysis::getModRefInfo(CS, Loc);
900
901   switch (GetBasicInstructionClass(CS.getInstruction())) {
902   case IC_Retain:
903   case IC_RetainRV:
904   case IC_Autorelease:
905   case IC_AutoreleaseRV:
906   case IC_NoopCast:
907   case IC_AutoreleasepoolPush:
908   case IC_FusedRetainAutorelease:
909   case IC_FusedRetainAutoreleaseRV:
910     // These functions don't access any memory visible to the compiler.
911     // Note that this doesn't include objc_retainBlock, because it updates
912     // pointers when it copies block data.
913     return NoModRef;
914   default:
915     break;
916   }
917
918   return AliasAnalysis::getModRefInfo(CS, Loc);
919 }
920
921 AliasAnalysis::ModRefResult
922 ObjCARCAliasAnalysis::getModRefInfo(ImmutableCallSite CS1,
923                                     ImmutableCallSite CS2) {
924   // TODO: Theoretically we could check for dependencies between objc_* calls
925   // and OnlyAccessesArgumentPointees calls or other well-behaved calls.
926   return AliasAnalysis::getModRefInfo(CS1, CS2);
927 }
928
929 /// @}
930 ///
931 /// \defgroup ARCExpansion Early ARC Optimizations.
932 /// @{
933
934 #include "llvm/Support/InstIterator.h"
935 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
936
937 namespace {
938   /// \brief Early ARC transformations.
939   class ObjCARCExpand : public FunctionPass {
940     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const;
941     virtual bool doInitialization(Module &M);
942     virtual bool runOnFunction(Function &F);
943
944     /// A flag indicating whether this optimization pass should run.
945     bool Run;
946
947   public:
948     static char ID;
949     ObjCARCExpand() : FunctionPass(ID) {
950       initializeObjCARCExpandPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
951     }
952   };
953 }
954
955 char ObjCARCExpand::ID = 0;
956 INITIALIZE_PASS(ObjCARCExpand,
957                 "objc-arc-expand", "ObjC ARC expansion", false, false)
958
959 Pass *llvm::createObjCARCExpandPass() {
960   return new ObjCARCExpand();
961 }
962
963 void ObjCARCExpand::getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
964   AU.setPreservesCFG();
965 }
966
967 bool ObjCARCExpand::doInitialization(Module &M) {
968   Run = ModuleHasARC(M);
969   return false;
970 }
971
972 bool ObjCARCExpand::runOnFunction(Function &F) {
973   if (!EnableARCOpts)
974     return false;
975
976   // If nothing in the Module uses ARC, don't do anything.
977   if (!Run)
978     return false;
979
980   bool Changed = false;
981
982   DEBUG(dbgs() << "ObjCARCExpand: Visiting Function: " << F.getName() << "\n");
983
984   for (inst_iterator I = inst_begin(&F), E = inst_end(&F); I != E; ++I) {
985     Instruction *Inst = &*I;
986
987     DEBUG(dbgs() << "ObjCARCExpand: Visiting: " << *Inst << "\n");
988
989     switch (GetBasicInstructionClass(Inst)) {
990     case IC_Retain:
991     case IC_RetainRV:
992     case IC_Autorelease:
993     case IC_AutoreleaseRV:
994     case IC_FusedRetainAutorelease:
995     case IC_FusedRetainAutoreleaseRV: {
996       // These calls return their argument verbatim, as a low-level
997       // optimization. However, this makes high-level optimizations
998       // harder. Undo any uses of this optimization that the front-end
999       // emitted here. We'll redo them in the contract pass.
1000       Changed = true;
1001       Value *Value = cast<CallInst>(Inst)->getArgOperand(0);
1002       DEBUG(dbgs() << "ObjCARCExpand: Old = " << *Inst << "\n"
1003                       "               New = " << *Value << "\n");
1004       Inst->replaceAllUsesWith(Value);
1005       break;
1006     }
1007     default:
1008       break;
1009     }
1010   }
1011
1012   DEBUG(dbgs() << "ObjCARCExpand: Finished List.\n\n");
1013
1014   return Changed;
1015 }
1016
1017 /// @}
1018 ///
1019 /// \defgroup ARCAPElim ARC Autorelease Pool Elimination.
1020 /// @{
1021
1022 #include "llvm/ADT/STLExtras.h"
1023 #include "llvm/IR/Constants.h"
1024
1025 namespace {
1026   /// \brief Autorelease pool elimination.
1027   class ObjCARCAPElim : public ModulePass {
1028     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const;
1029     virtual bool runOnModule(Module &M);
1030
1031     static bool MayAutorelease(ImmutableCallSite CS, unsigned Depth = 0);
1032     static bool OptimizeBB(BasicBlock *BB);
1033
1034   public:
1035     static char ID;
1036     ObjCARCAPElim() : ModulePass(ID) {
1037       initializeObjCARCAPElimPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
1038     }
1039   };
1040 }
1041
1042 char ObjCARCAPElim::ID = 0;
1043 INITIALIZE_PASS(ObjCARCAPElim,
1044                 "objc-arc-apelim",
1045                 "ObjC ARC autorelease pool elimination",
1046                 false, false)
1047
1048 Pass *llvm::createObjCARCAPElimPass() {
1049   return new ObjCARCAPElim();
1050 }
1051
1052 void ObjCARCAPElim::getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
1053   AU.setPreservesCFG();
1054 }
1055
1056 /// Interprocedurally determine if calls made by the given call site can
1057 /// possibly produce autoreleases.
1058 bool ObjCARCAPElim::MayAutorelease(ImmutableCallSite CS, unsigned Depth) {
1059   if (const Function *Callee = CS.getCalledFunction()) {
1060     if (Callee->isDeclaration() || Callee->mayBeOverridden())
1061       return true;
1062     for (Function::const_iterator I = Callee->begin(), E = Callee->end();
1063          I != E; ++I) {
1064       const BasicBlock *BB = I;
1065       for (BasicBlock::const_iterator J = BB->begin(), F = BB->end();
1066            J != F; ++J)
1067         if (ImmutableCallSite JCS = ImmutableCallSite(J))
1068           // This recursion depth limit is arbitrary. It's just great
1069           // enough to cover known interesting testcases.
1070           if (Depth < 3 &&
1071               !JCS.onlyReadsMemory() &&
1072               MayAutorelease(JCS, Depth + 1))
1073             return true;
1074     }
1075     return false;
1076   }
1077
1078   return true;
1079 }
1080
1081 bool ObjCARCAPElim::OptimizeBB(BasicBlock *BB) {
1082   bool Changed = false;
1083
1084   Instruction *Push = 0;
1085   for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(), E = BB->end(); I != E; ) {
1086     Instruction *Inst = I++;
1087     switch (GetBasicInstructionClass(Inst)) {
1088     case IC_AutoreleasepoolPush:
1089       Push = Inst;
1090       break;
1091     case IC_AutoreleasepoolPop:
1092       // If this pop matches a push and nothing in between can autorelease,
1093       // zap the pair.
1094       if (Push && cast<CallInst>(Inst)->getArgOperand(0) == Push) {
1095         Changed = true;
1096         DEBUG(dbgs() << "ObjCARCAPElim::OptimizeBB: Zapping push pop "
1097                         "autorelease pair:\n"
1098                         "                           Pop: " << *Inst << "\n"
1099                      << "                           Push: " << *Push << "\n");
1100         Inst->eraseFromParent();
1101         Push->eraseFromParent();
1102       }
1103       Push = 0;
1104       break;
1105     case IC_CallOrUser:
1106       if (MayAutorelease(ImmutableCallSite(Inst)))
1107         Push = 0;
1108       break;
1109     default:
1110       break;
1111     }
1112   }
1113
1114   return Changed;
1115 }
1116
1117 bool ObjCARCAPElim::runOnModule(Module &M) {
1118   if (!EnableARCOpts)
1119     return false;
1120
1121   // If nothing in the Module uses ARC, don't do anything.
1122   if (!ModuleHasARC(M))
1123     return false;
1124
1125   // Find the llvm.global_ctors variable, as the first step in
1126   // identifying the global constructors. In theory, unnecessary autorelease
1127   // pools could occur anywhere, but in practice it's pretty rare. Global
1128   // ctors are a place where autorelease pools get inserted automatically,
1129   // so it's pretty common for them to be unnecessary, and it's pretty
1130   // profitable to eliminate them.
1131   GlobalVariable *GV = M.getGlobalVariable("llvm.global_ctors");
1132   if (!GV)
1133     return false;
1134
1135   assert(GV->hasDefinitiveInitializer() &&
1136          "llvm.global_ctors is uncooperative!");
1137
1138   bool Changed = false;
1139
1140   // Dig the constructor functions out of GV's initializer.
1141   ConstantArray *Init = cast<ConstantArray>(GV->getInitializer());
1142   for (User::op_iterator OI = Init->op_begin(), OE = Init->op_end();
1143        OI != OE; ++OI) {
1144     Value *Op = *OI;
1145     // llvm.global_ctors is an array of pairs where the second members
1146     // are constructor functions.
1147     Function *F = dyn_cast<Function>(cast<ConstantStruct>(Op)->getOperand(1));
1148     // If the user used a constructor function with the wrong signature and
1149     // it got bitcasted or whatever, look the other way.
1150     if (!F)
1151       continue;
1152     // Only look at function definitions.
1153     if (F->isDeclaration())
1154       continue;
1155     // Only look at functions with one basic block.
1156     if (llvm::next(F->begin()) != F->end())
1157       continue;
1158     // Ok, a single-block constructor function definition. Try to optimize it.
1159     Changed |= OptimizeBB(F->begin());
1160   }
1161
1162   return Changed;
1163 }
1164
1165 /// @}
1166 ///
1167 /// \defgroup ARCOpt ARC Optimization.
1168 /// @{
1169
1170 // TODO: On code like this:
1171 //
1172 // objc_retain(%x)
1173 // stuff_that_cannot_release()
1174 // objc_autorelease(%x)
1175 // stuff_that_cannot_release()
1176 // objc_retain(%x)
1177 // stuff_that_cannot_release()
1178 // objc_autorelease(%x)
1179 //
1180 // The second retain and autorelease can be deleted.
1181
1182 // TODO: It should be possible to delete
1183 // objc_autoreleasePoolPush and objc_autoreleasePoolPop
1184 // pairs if nothing is actually autoreleased between them. Also, autorelease
1185 // calls followed by objc_autoreleasePoolPop calls (perhaps in ObjC++ code
1186 // after inlining) can be turned into plain release calls.
1187
1188 // TODO: Critical-edge splitting. If the optimial insertion point is
1189 // a critical edge, the current algorithm has to fail, because it doesn't
1190 // know how to split edges. It should be possible to make the optimizer
1191 // think in terms of edges, rather than blocks, and then split critical
1192 // edges on demand.
1193
1194 // TODO: OptimizeSequences could generalized to be Interprocedural.
1195
1196 // TODO: Recognize that a bunch of other objc runtime calls have
1197 // non-escaping arguments and non-releasing arguments, and may be
1198 // non-autoreleasing.
1199
1200 // TODO: Sink autorelease calls as far as possible. Unfortunately we
1201 // usually can't sink them past other calls, which would be the main
1202 // case where it would be useful.
1203
1204 // TODO: The pointer returned from objc_loadWeakRetained is retained.
1205
1206 // TODO: Delete release+retain pairs (rare).
1207
1208 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
1209 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
1210 #include "llvm/IR/LLVMContext.h"
1211 #include "llvm/Support/CFG.h"
1212
1213 STATISTIC(NumNoops,       "Number of no-op objc calls eliminated");
1214 STATISTIC(NumPartialNoops, "Number of partially no-op objc calls eliminated");
1215 STATISTIC(NumAutoreleases,"Number of autoreleases converted to releases");
1216 STATISTIC(NumRets,        "Number of return value forwarding "
1217                           "retain+autoreleaes eliminated");
1218 STATISTIC(NumRRs,         "Number of retain+release paths eliminated");
1219 STATISTIC(NumPeeps,       "Number of calls peephole-optimized");
1220
1221 namespace {
1222   /// \brief This is similar to BasicAliasAnalysis, and it uses many of the same
1223   /// techniques, except it uses special ObjC-specific reasoning about pointer
1224   /// relationships.
1225   class ProvenanceAnalysis {
1226     AliasAnalysis *AA;
1227
1228     typedef std::pair<const Value *, const Value *> ValuePairTy;
1229     typedef DenseMap<ValuePairTy, bool> CachedResultsTy;
1230     CachedResultsTy CachedResults;
1231
1232     bool relatedCheck(const Value *A, const Value *B);
1233     bool relatedSelect(const SelectInst *A, const Value *B);
1234     bool relatedPHI(const PHINode *A, const Value *B);
1235
1236     void operator=(const ProvenanceAnalysis &) LLVM_DELETED_FUNCTION;
1237     ProvenanceAnalysis(const ProvenanceAnalysis &) LLVM_DELETED_FUNCTION;
1238
1239   public:
1240     ProvenanceAnalysis() {}
1241
1242     void setAA(AliasAnalysis *aa) { AA = aa; }
1243
1244     AliasAnalysis *getAA() const { return AA; }
1245
1246     bool related(const Value *A, const Value *B);
1247
1248     void clear() {
1249       CachedResults.clear();
1250     }
1251   };
1252 }
1253
1254 bool ProvenanceAnalysis::relatedSelect(const SelectInst *A, const Value *B) {
1255   // If the values are Selects with the same condition, we can do a more precise
1256   // check: just check for relations between the values on corresponding arms.
1257   if (const SelectInst *SB = dyn_cast<SelectInst>(B))
1258     if (A->getCondition() == SB->getCondition())
1259       return related(A->getTrueValue(), SB->getTrueValue()) ||
1260              related(A->getFalseValue(), SB->getFalseValue());
1261
1262   // Check both arms of the Select node individually.
1263   return related(A->getTrueValue(), B) ||
1264          related(A->getFalseValue(), B);
1265 }
1266
1267 bool ProvenanceAnalysis::relatedPHI(const PHINode *A, const Value *B) {
1268   // If the values are PHIs in the same block, we can do a more precise as well
1269   // as efficient check: just check for relations between the values on
1270   // corresponding edges.
1271   if (const PHINode *PNB = dyn_cast<PHINode>(B))
1272     if (PNB->getParent() == A->getParent()) {
1273       for (unsigned i = 0, e = A->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
1274         if (related(A->getIncomingValue(i),
1275                     PNB->getIncomingValueForBlock(A->getIncomingBlock(i))))
1276           return true;
1277       return false;
1278     }
1279
1280   // Check each unique source of the PHI node against B.
1281   SmallPtrSet<const Value *, 4> UniqueSrc;
1282   for (unsigned i = 0, e = A->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
1283     const Value *PV1 = A->getIncomingValue(i);
1284     if (UniqueSrc.insert(PV1) && related(PV1, B))
1285       return true;
1286   }
1287
1288   // All of the arms checked out.
1289   return false;
1290 }
1291
1292 /// Test if the value of P, or any value covered by its provenance, is ever
1293 /// stored within the function (not counting callees).
1294 static bool isStoredObjCPointer(const Value *P) {
1295   SmallPtrSet<const Value *, 8> Visited;
1296   SmallVector<const Value *, 8> Worklist;
1297   Worklist.push_back(P);
1298   Visited.insert(P);
1299   do {
1300     P = Worklist.pop_back_val();
1301     for (Value::const_use_iterator UI = P->use_begin(), UE = P->use_end();
1302          UI != UE; ++UI) {
1303       const User *Ur = *UI;
1304       if (isa<StoreInst>(Ur)) {
1305         if (UI.getOperandNo() == 0)
1306           // The pointer is stored.
1307           return true;
1308         // The pointed is stored through.
1309         continue;
1310       }
1311       if (isa<CallInst>(Ur))
1312         // The pointer is passed as an argument, ignore this.
1313         continue;
1314       if (isa<PtrToIntInst>(P))
1315         // Assume the worst.
1316         return true;
1317       if (Visited.insert(Ur))
1318         Worklist.push_back(Ur);
1319     }
1320   } while (!Worklist.empty());
1321
1322   // Everything checked out.
1323   return false;
1324 }
1325
1326 bool ProvenanceAnalysis::relatedCheck(const Value *A, const Value *B) {
1327   // Skip past provenance pass-throughs.
1328   A = GetUnderlyingObjCPtr(A);
1329   B = GetUnderlyingObjCPtr(B);
1330
1331   // Quick check.
1332   if (A == B)
1333     return true;
1334
1335   // Ask regular AliasAnalysis, for a first approximation.
1336   switch (AA->alias(A, B)) {
1337   case AliasAnalysis::NoAlias:
1338     return false;
1339   case AliasAnalysis::MustAlias:
1340   case AliasAnalysis::PartialAlias:
1341     return true;
1342   case AliasAnalysis::MayAlias:
1343     break;
1344   }
1345
1346   bool AIsIdentified = IsObjCIdentifiedObject(A);
1347   bool BIsIdentified = IsObjCIdentifiedObject(B);
1348
1349   // An ObjC-Identified object can't alias a load if it is never locally stored.
1350   if (AIsIdentified) {
1351     // Check for an obvious escape.
1352     if (isa<LoadInst>(B))
1353       return isStoredObjCPointer(A);
1354     if (BIsIdentified) {
1355       // Check for an obvious escape.
1356       if (isa<LoadInst>(A))
1357         return isStoredObjCPointer(B);
1358       // Both pointers are identified and escapes aren't an evident problem.
1359       return false;
1360     }
1361   } else if (BIsIdentified) {
1362     // Check for an obvious escape.
1363     if (isa<LoadInst>(A))
1364       return isStoredObjCPointer(B);
1365   }
1366
1367    // Special handling for PHI and Select.
1368   if (const PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(A))
1369     return relatedPHI(PN, B);
1370   if (const PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(B))
1371     return relatedPHI(PN, A);
1372   if (const SelectInst *S = dyn_cast<SelectInst>(A))
1373     return relatedSelect(S, B);
1374   if (const SelectInst *S = dyn_cast<SelectInst>(B))
1375     return relatedSelect(S, A);
1376
1377   // Conservative.
1378   return true;
1379 }
1380
1381 bool ProvenanceAnalysis::related(const Value *A, const Value *B) {
1382   // Begin by inserting a conservative value into the map. If the insertion
1383   // fails, we have the answer already. If it succeeds, leave it there until we
1384   // compute the real answer to guard against recursive queries.
1385   if (A > B) std::swap(A, B);
1386   std::pair<CachedResultsTy::iterator, bool> Pair =
1387     CachedResults.insert(std::make_pair(ValuePairTy(A, B), true));
1388   if (!Pair.second)
1389     return Pair.first->second;
1390
1391   bool Result = relatedCheck(A, B);
1392   CachedResults[ValuePairTy(A, B)] = Result;
1393   return Result;
1394 }
1395
1396 namespace {
1397   /// \enum Sequence
1398   ///
1399   /// \brief A sequence of states that a pointer may go through in which an
1400   /// objc_retain and objc_release are actually needed.
1401   enum Sequence {
1402     S_None,
1403     S_Retain,         ///< objc_retain(x)
1404     S_CanRelease,     ///< foo(x) -- x could possibly see a ref count decrement
1405     S_Use,            ///< any use of x
1406     S_Stop,           ///< like S_Release, but code motion is stopped
1407     S_Release,        ///< objc_release(x)
1408     S_MovableRelease  ///< objc_release(x), !clang.imprecise_release
1409   };
1410 }
1411
1412 static Sequence MergeSeqs(Sequence A, Sequence B, bool TopDown) {
1413   // The easy cases.
1414   if (A == B)
1415     return A;
1416   if (A == S_None || B == S_None)
1417     return S_None;
1418
1419   if (A > B) std::swap(A, B);
1420   if (TopDown) {
1421     // Choose the side which is further along in the sequence.
1422     if ((A == S_Retain || A == S_CanRelease) &&
1423         (B == S_CanRelease || B == S_Use))
1424       return B;
1425   } else {
1426     // Choose the side which is further along in the sequence.
1427     if ((A == S_Use || A == S_CanRelease) &&
1428         (B == S_Use || B == S_Release || B == S_Stop || B == S_MovableRelease))
1429       return A;
1430     // If both sides are releases, choose the more conservative one.
1431     if (A == S_Stop && (B == S_Release || B == S_MovableRelease))
1432       return A;
1433     if (A == S_Release && B == S_MovableRelease)
1434       return A;
1435   }
1436
1437   return S_None;
1438 }
1439
1440 namespace {
1441   /// \brief Unidirectional information about either a
1442   /// retain-decrement-use-release sequence or release-use-decrement-retain
1443   /// reverese sequence.
1444   struct RRInfo {
1445     /// After an objc_retain, the reference count of the referenced
1446     /// object is known to be positive. Similarly, before an objc_release, the
1447     /// reference count of the referenced object is known to be positive. If
1448     /// there are retain-release pairs in code regions where the retain count
1449     /// is known to be positive, they can be eliminated, regardless of any side
1450     /// effects between them.
1451     ///
1452     /// Also, a retain+release pair nested within another retain+release
1453     /// pair all on the known same pointer value can be eliminated, regardless
1454     /// of any intervening side effects.
1455     ///
1456     /// KnownSafe is true when either of these conditions is satisfied.
1457     bool KnownSafe;
1458
1459     /// True if the Calls are objc_retainBlock calls (as opposed to objc_retain
1460     /// calls).
1461     bool IsRetainBlock;
1462
1463     /// True of the objc_release calls are all marked with the "tail" keyword.
1464     bool IsTailCallRelease;
1465
1466     /// If the Calls are objc_release calls and they all have a
1467     /// clang.imprecise_release tag, this is the metadata tag.
1468     MDNode *ReleaseMetadata;
1469
1470     /// For a top-down sequence, the set of objc_retains or
1471     /// objc_retainBlocks. For bottom-up, the set of objc_releases.
1472     SmallPtrSet<Instruction *, 2> Calls;
1473
1474     /// The set of optimal insert positions for moving calls in the opposite
1475     /// sequence.
1476     SmallPtrSet<Instruction *, 2> ReverseInsertPts;
1477
1478     RRInfo() :
1479       KnownSafe(false), IsRetainBlock(false),
1480       IsTailCallRelease(false),
1481       ReleaseMetadata(0) {}
1482
1483     void clear();
1484   };
1485 }
1486
1487 void RRInfo::clear() {
1488   KnownSafe = false;
1489   IsRetainBlock = false;
1490   IsTailCallRelease = false;
1491   ReleaseMetadata = 0;
1492   Calls.clear();
1493   ReverseInsertPts.clear();
1494 }
1495
1496 namespace {
1497   /// \brief This class summarizes several per-pointer runtime properties which
1498   /// are propogated through the flow graph.
1499   class PtrState {
1500     /// True if the reference count is known to be incremented.
1501     bool KnownPositiveRefCount;
1502
1503     /// True of we've seen an opportunity for partial RR elimination, such as
1504     /// pushing calls into a CFG triangle or into one side of a CFG diamond.
1505     bool Partial;
1506
1507     /// The current position in the sequence.
1508     Sequence Seq : 8;
1509
1510   public:
1511     /// Unidirectional information about the current sequence.
1512     ///
1513     /// TODO: Encapsulate this better.
1514     RRInfo RRI;
1515
1516     PtrState() : KnownPositiveRefCount(false), Partial(false),
1517                  Seq(S_None) {}
1518
1519     void SetKnownPositiveRefCount() {
1520       KnownPositiveRefCount = true;
1521     }
1522
1523     void ClearRefCount() {
1524       KnownPositiveRefCount = false;
1525     }
1526
1527     bool IsKnownIncremented() const {
1528       return KnownPositiveRefCount;
1529     }
1530
1531     void SetSeq(Sequence NewSeq) {
1532       Seq = NewSeq;
1533     }
1534
1535     Sequence GetSeq() const {
1536       return Seq;
1537     }
1538
1539     void ClearSequenceProgress() {
1540       ResetSequenceProgress(S_None);
1541     }
1542
1543     void ResetSequenceProgress(Sequence NewSeq) {
1544       Seq = NewSeq;
1545       Partial = false;
1546       RRI.clear();
1547     }
1548
1549     void Merge(const PtrState &Other, bool TopDown);
1550   };
1551 }
1552
1553 void
1554 PtrState::Merge(const PtrState &Other, bool TopDown) {
1555   Seq = MergeSeqs(Seq, Other.Seq, TopDown);
1556   KnownPositiveRefCount = KnownPositiveRefCount && Other.KnownPositiveRefCount;
1557
1558   // We can't merge a plain objc_retain with an objc_retainBlock.
1559   if (RRI.IsRetainBlock != Other.RRI.IsRetainBlock)
1560     Seq = S_None;
1561
1562   // If we're not in a sequence (anymore), drop all associated state.
1563   if (Seq == S_None) {
1564     Partial = false;
1565     RRI.clear();
1566   } else if (Partial || Other.Partial) {
1567     // If we're doing a merge on a path that's previously seen a partial
1568     // merge, conservatively drop the sequence, to avoid doing partial
1569     // RR elimination. If the branch predicates for the two merge differ,
1570     // mixing them is unsafe.
1571     ClearSequenceProgress();
1572   } else {
1573     // Conservatively merge the ReleaseMetadata information.
1574     if (RRI.ReleaseMetadata != Other.RRI.ReleaseMetadata)
1575       RRI.ReleaseMetadata = 0;
1576
1577     RRI.KnownSafe = RRI.KnownSafe && Other.RRI.KnownSafe;
1578     RRI.IsTailCallRelease = RRI.IsTailCallRelease &&
1579                             Other.RRI.IsTailCallRelease;
1580     RRI.Calls.insert(Other.RRI.Calls.begin(), Other.RRI.Calls.end());
1581
1582     // Merge the insert point sets. If there are any differences,
1583     // that makes this a partial merge.
1584     Partial = RRI.ReverseInsertPts.size() != Other.RRI.ReverseInsertPts.size();
1585     for (SmallPtrSet<Instruction *, 2>::const_iterator
1586          I = Other.RRI.ReverseInsertPts.begin(),
1587          E = Other.RRI.ReverseInsertPts.end(); I != E; ++I)
1588       Partial |= RRI.ReverseInsertPts.insert(*I);
1589   }
1590 }
1591
1592 namespace {
1593   /// \brief Per-BasicBlock state.
1594   class BBState {
1595     /// The number of unique control paths from the entry which can reach this
1596     /// block.
1597     unsigned TopDownPathCount;
1598
1599     /// The number of unique control paths to exits from this block.
1600     unsigned BottomUpPathCount;
1601
1602     /// A type for PerPtrTopDown and PerPtrBottomUp.
1603     typedef MapVector<const Value *, PtrState> MapTy;
1604
1605     /// The top-down traversal uses this to record information known about a
1606     /// pointer at the bottom of each block.
1607     MapTy PerPtrTopDown;
1608
1609     /// The bottom-up traversal uses this to record information known about a
1610     /// pointer at the top of each block.
1611     MapTy PerPtrBottomUp;
1612
1613     /// Effective predecessors of the current block ignoring ignorable edges and
1614     /// ignored backedges.
1615     SmallVector<BasicBlock *, 2> Preds;
1616     /// Effective successors of the current block ignoring ignorable edges and
1617     /// ignored backedges.
1618     SmallVector<BasicBlock *, 2> Succs;
1619
1620   public:
1621     BBState() : TopDownPathCount(0), BottomUpPathCount(0) {}
1622
1623     typedef MapTy::iterator ptr_iterator;
1624     typedef MapTy::const_iterator ptr_const_iterator;
1625
1626     ptr_iterator top_down_ptr_begin() { return PerPtrTopDown.begin(); }
1627     ptr_iterator top_down_ptr_end() { return PerPtrTopDown.end(); }
1628     ptr_const_iterator top_down_ptr_begin() const {
1629       return PerPtrTopDown.begin();
1630     }
1631     ptr_const_iterator top_down_ptr_end() const {
1632       return PerPtrTopDown.end();
1633     }
1634
1635     ptr_iterator bottom_up_ptr_begin() { return PerPtrBottomUp.begin(); }
1636     ptr_iterator bottom_up_ptr_end() { return PerPtrBottomUp.end(); }
1637     ptr_const_iterator bottom_up_ptr_begin() const {
1638       return PerPtrBottomUp.begin();
1639     }
1640     ptr_const_iterator bottom_up_ptr_end() const {
1641       return PerPtrBottomUp.end();
1642     }
1643
1644     /// Mark this block as being an entry block, which has one path from the
1645     /// entry by definition.
1646     void SetAsEntry() { TopDownPathCount = 1; }
1647
1648     /// Mark this block as being an exit block, which has one path to an exit by
1649     /// definition.
1650     void SetAsExit()  { BottomUpPathCount = 1; }
1651
1652     PtrState &getPtrTopDownState(const Value *Arg) {
1653       return PerPtrTopDown[Arg];
1654     }
1655
1656     PtrState &getPtrBottomUpState(const Value *Arg) {
1657       return PerPtrBottomUp[Arg];
1658     }
1659
1660     void clearBottomUpPointers() {
1661       PerPtrBottomUp.clear();
1662     }
1663
1664     void clearTopDownPointers() {
1665       PerPtrTopDown.clear();
1666     }
1667
1668     void InitFromPred(const BBState &Other);
1669     void InitFromSucc(const BBState &Other);
1670     void MergePred(const BBState &Other);
1671     void MergeSucc(const BBState &Other);
1672
1673     /// Return the number of possible unique paths from an entry to an exit
1674     /// which pass through this block. This is only valid after both the
1675     /// top-down and bottom-up traversals are complete.
1676     unsigned GetAllPathCount() const {
1677       assert(TopDownPathCount != 0);
1678       assert(BottomUpPathCount != 0);
1679       return TopDownPathCount * BottomUpPathCount;
1680     }
1681
1682     // Specialized CFG utilities.
1683     typedef SmallVectorImpl<BasicBlock *>::const_iterator edge_iterator;
1684     edge_iterator pred_begin() { return Preds.begin(); }
1685     edge_iterator pred_end() { return Preds.end(); }
1686     edge_iterator succ_begin() { return Succs.begin(); }
1687     edge_iterator succ_end() { return Succs.end(); }
1688
1689     void addSucc(BasicBlock *Succ) { Succs.push_back(Succ); }
1690     void addPred(BasicBlock *Pred) { Preds.push_back(Pred); }
1691
1692     bool isExit() const { return Succs.empty(); }
1693   };
1694 }
1695
1696 void BBState::InitFromPred(const BBState &Other) {
1697   PerPtrTopDown = Other.PerPtrTopDown;
1698   TopDownPathCount = Other.TopDownPathCount;
1699 }
1700
1701 void BBState::InitFromSucc(const BBState &Other) {
1702   PerPtrBottomUp = Other.PerPtrBottomUp;
1703   BottomUpPathCount = Other.BottomUpPathCount;
1704 }
1705
1706 /// The top-down traversal uses this to merge information about predecessors to
1707 /// form the initial state for a new block.
1708 void BBState::MergePred(const BBState &Other) {
1709   // Other.TopDownPathCount can be 0, in which case it is either dead or a
1710   // loop backedge. Loop backedges are special.
1711   TopDownPathCount += Other.TopDownPathCount;
1712
1713   // Check for overflow. If we have overflow, fall back to conservative
1714   // behavior.
1715   if (TopDownPathCount < Other.TopDownPathCount) {
1716     clearTopDownPointers();
1717     return;
1718   }
1719
1720   // For each entry in the other set, if our set has an entry with the same key,
1721   // merge the entries. Otherwise, copy the entry and merge it with an empty
1722   // entry.
1723   for (ptr_const_iterator MI = Other.top_down_ptr_begin(),
1724        ME = Other.top_down_ptr_end(); MI != ME; ++MI) {
1725     std::pair<ptr_iterator, bool> Pair = PerPtrTopDown.insert(*MI);
1726     Pair.first->second.Merge(Pair.second ? PtrState() : MI->second,
1727                              /*TopDown=*/true);
1728   }
1729
1730   // For each entry in our set, if the other set doesn't have an entry with the
1731   // same key, force it to merge with an empty entry.
1732   for (ptr_iterator MI = top_down_ptr_begin(),
1733        ME = top_down_ptr_end(); MI != ME; ++MI)
1734     if (Other.PerPtrTopDown.find(MI->first) == Other.PerPtrTopDown.end())
1735       MI->second.Merge(PtrState(), /*TopDown=*/true);
1736 }
1737
1738 /// The bottom-up traversal uses this to merge information about successors to
1739 /// form the initial state for a new block.
1740 void BBState::MergeSucc(const BBState &Other) {
1741   // Other.BottomUpPathCount can be 0, in which case it is either dead or a
1742   // loop backedge. Loop backedges are special.
1743   BottomUpPathCount += Other.BottomUpPathCount;
1744
1745   // Check for overflow. If we have overflow, fall back to conservative
1746   // behavior.
1747   if (BottomUpPathCount < Other.BottomUpPathCount) {
1748     clearBottomUpPointers();
1749     return;
1750   }
1751
1752   // For each entry in the other set, if our set has an entry with the
1753   // same key, merge the entries. Otherwise, copy the entry and merge
1754   // it with an empty entry.
1755   for (ptr_const_iterator MI = Other.bottom_up_ptr_begin(),
1756        ME = Other.bottom_up_ptr_end(); MI != ME; ++MI) {
1757     std::pair<ptr_iterator, bool> Pair = PerPtrBottomUp.insert(*MI);
1758     Pair.first->second.Merge(Pair.second ? PtrState() : MI->second,
1759                              /*TopDown=*/false);
1760   }
1761
1762   // For each entry in our set, if the other set doesn't have an entry
1763   // with the same key, force it to merge with an empty entry.
1764   for (ptr_iterator MI = bottom_up_ptr_begin(),
1765        ME = bottom_up_ptr_end(); MI != ME; ++MI)
1766     if (Other.PerPtrBottomUp.find(MI->first) == Other.PerPtrBottomUp.end())
1767       MI->second.Merge(PtrState(), /*TopDown=*/false);
1768 }
1769
1770 namespace {
1771   /// \brief The main ARC optimization pass.
1772   class ObjCARCOpt : public FunctionPass {
1773     bool Changed;
1774     ProvenanceAnalysis PA;
1775
1776     /// A flag indicating whether this optimization pass should run.
1777     bool Run;
1778
1779     /// Declarations for ObjC runtime functions, for use in creating calls to
1780     /// them. These are initialized lazily to avoid cluttering up the Module
1781     /// with unused declarations.
1782
1783     /// Declaration for ObjC runtime function
1784     /// objc_retainAutoreleasedReturnValue.
1785     Constant *RetainRVCallee;
1786     /// Declaration for ObjC runtime function objc_autoreleaseReturnValue.
1787     Constant *AutoreleaseRVCallee;
1788     /// Declaration for ObjC runtime function objc_release.
1789     Constant *ReleaseCallee;
1790     /// Declaration for ObjC runtime function objc_retain.
1791     Constant *RetainCallee;
1792     /// Declaration for ObjC runtime function objc_retainBlock.
1793     Constant *RetainBlockCallee;
1794     /// Declaration for ObjC runtime function objc_autorelease.
1795     Constant *AutoreleaseCallee;
1796
1797     /// Flags which determine whether each of the interesting runtine functions
1798     /// is in fact used in the current function.
1799     unsigned UsedInThisFunction;
1800
1801     /// The Metadata Kind for clang.imprecise_release metadata.
1802     unsigned ImpreciseReleaseMDKind;
1803
1804     /// The Metadata Kind for clang.arc.copy_on_escape metadata.
1805     unsigned CopyOnEscapeMDKind;
1806
1807     /// The Metadata Kind for clang.arc.no_objc_arc_exceptions metadata.
1808     unsigned NoObjCARCExceptionsMDKind;
1809
1810     Constant *getRetainRVCallee(Module *M);
1811     Constant *getAutoreleaseRVCallee(Module *M);
1812     Constant *getReleaseCallee(Module *M);
1813     Constant *getRetainCallee(Module *M);
1814     Constant *getRetainBlockCallee(Module *M);
1815     Constant *getAutoreleaseCallee(Module *M);
1816
1817     bool IsRetainBlockOptimizable(const Instruction *Inst);
1818
1819     void OptimizeRetainCall(Function &F, Instruction *Retain);
1820     bool OptimizeRetainRVCall(Function &F, Instruction *RetainRV);
1821     void OptimizeAutoreleaseRVCall(Function &F, Instruction *AutoreleaseRV,
1822                                    InstructionClass &Class);
1823     void OptimizeIndividualCalls(Function &F);
1824
1825     void CheckForCFGHazards(const BasicBlock *BB,
1826                             DenseMap<const BasicBlock *, BBState> &BBStates,
1827                             BBState &MyStates) const;
1828     bool VisitInstructionBottomUp(Instruction *Inst,
1829                                   BasicBlock *BB,
1830                                   MapVector<Value *, RRInfo> &Retains,
1831                                   BBState &MyStates);
1832     bool VisitBottomUp(BasicBlock *BB,
1833                        DenseMap<const BasicBlock *, BBState> &BBStates,
1834                        MapVector<Value *, RRInfo> &Retains);
1835     bool VisitInstructionTopDown(Instruction *Inst,
1836                                  DenseMap<Value *, RRInfo> &Releases,
1837                                  BBState &MyStates);
1838     bool VisitTopDown(BasicBlock *BB,
1839                       DenseMap<const BasicBlock *, BBState> &BBStates,
1840                       DenseMap<Value *, RRInfo> &Releases);
1841     bool Visit(Function &F,
1842                DenseMap<const BasicBlock *, BBState> &BBStates,
1843                MapVector<Value *, RRInfo> &Retains,
1844                DenseMap<Value *, RRInfo> &Releases);
1845
1846     void MoveCalls(Value *Arg, RRInfo &RetainsToMove, RRInfo &ReleasesToMove,
1847                    MapVector<Value *, RRInfo> &Retains,
1848                    DenseMap<Value *, RRInfo> &Releases,
1849                    SmallVectorImpl<Instruction *> &DeadInsts,
1850                    Module *M);
1851
1852     bool PerformCodePlacement(DenseMap<const BasicBlock *, BBState> &BBStates,
1853                               MapVector<Value *, RRInfo> &Retains,
1854                               DenseMap<Value *, RRInfo> &Releases,
1855                               Module *M);
1856
1857     void OptimizeWeakCalls(Function &F);
1858
1859     bool OptimizeSequences(Function &F);
1860
1861     void OptimizeReturns(Function &F);
1862
1863     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const;
1864     virtual bool doInitialization(Module &M);
1865     virtual bool runOnFunction(Function &F);
1866     virtual void releaseMemory();
1867
1868   public:
1869     static char ID;
1870     ObjCARCOpt() : FunctionPass(ID) {
1871       initializeObjCARCOptPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
1872     }
1873   };
1874 }
1875
1876 char ObjCARCOpt::ID = 0;
1877 INITIALIZE_PASS_BEGIN(ObjCARCOpt,
1878                       "objc-arc", "ObjC ARC optimization", false, false)
1879 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(ObjCARCAliasAnalysis)
1880 INITIALIZE_PASS_END(ObjCARCOpt,
1881                     "objc-arc", "ObjC ARC optimization", false, false)
1882
1883 Pass *llvm::createObjCARCOptPass() {
1884   return new ObjCARCOpt();
1885 }
1886
1887 void ObjCARCOpt::getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
1888   AU.addRequired<ObjCARCAliasAnalysis>();
1889   AU.addRequired<AliasAnalysis>();
1890   // ARC optimization doesn't currently split critical edges.
1891   AU.setPreservesCFG();
1892 }
1893
1894 bool ObjCARCOpt::IsRetainBlockOptimizable(const Instruction *Inst) {
1895   // Without the magic metadata tag, we have to assume this might be an
1896   // objc_retainBlock call inserted to convert a block pointer to an id,
1897   // in which case it really is needed.
1898   if (!Inst->getMetadata(CopyOnEscapeMDKind))
1899     return false;
1900
1901   // If the pointer "escapes" (not including being used in a call),
1902   // the copy may be needed.
1903   if (DoesObjCBlockEscape(Inst))
1904     return false;
1905
1906   // Otherwise, it's not needed.
1907   return true;
1908 }
1909
1910 Constant *ObjCARCOpt::getRetainRVCallee(Module *M) {
1911   if (!RetainRVCallee) {
1912     LLVMContext &C = M->getContext();
1913     Type *I8X = PointerType::getUnqual(Type::getInt8Ty(C));
1914     Type *Params[] = { I8X };
1915     FunctionType *FTy = FunctionType::get(I8X, Params, /*isVarArg=*/false);
1916     AttributeSet Attribute =
1917       AttributeSet().addAttribute(M->getContext(), AttributeSet::FunctionIndex,
1918                                   Attribute::NoUnwind);
1919     RetainRVCallee =
1920       M->getOrInsertFunction("objc_retainAutoreleasedReturnValue", FTy,
1921                              Attribute);
1922   }
1923   return RetainRVCallee;
1924 }
1925
1926 Constant *ObjCARCOpt::getAutoreleaseRVCallee(Module *M) {
1927   if (!AutoreleaseRVCallee) {
1928     LLVMContext &C = M->getContext();
1929     Type *I8X = PointerType::getUnqual(Type::getInt8Ty(C));
1930     Type *Params[] = { I8X };
1931     FunctionType *FTy = FunctionType::get(I8X, Params, /*isVarArg=*/false);
1932     AttributeSet Attribute =
1933       AttributeSet().addAttribute(M->getContext(), AttributeSet::FunctionIndex,
1934                                   Attribute::NoUnwind);
1935     AutoreleaseRVCallee =
1936       M->getOrInsertFunction("objc_autoreleaseReturnValue", FTy,
1937                              Attribute);
1938   }
1939   return AutoreleaseRVCallee;
1940 }
1941
1942 Constant *ObjCARCOpt::getReleaseCallee(Module *M) {
1943   if (!ReleaseCallee) {
1944     LLVMContext &C = M->getContext();
1945     Type *Params[] = { PointerType::getUnqual(Type::getInt8Ty(C)) };
1946     AttributeSet Attribute =
1947       AttributeSet().addAttribute(M->getContext(), AttributeSet::FunctionIndex,
1948                                   Attribute::NoUnwind);
1949     ReleaseCallee =
1950       M->getOrInsertFunction(
1951         "objc_release",
1952         FunctionType::get(Type::getVoidTy(C), Params, /*isVarArg=*/false),
1953         Attribute);
1954   }
1955   return ReleaseCallee;
1956 }
1957
1958 Constant *ObjCARCOpt::getRetainCallee(Module *M) {
1959   if (!RetainCallee) {
1960     LLVMContext &C = M->getContext();
1961     Type *Params[] = { PointerType::getUnqual(Type::getInt8Ty(C)) };
1962     AttributeSet Attribute =
1963       AttributeSet().addAttribute(M->getContext(), AttributeSet::FunctionIndex,
1964                                   Attribute::NoUnwind);
1965     RetainCallee =
1966       M->getOrInsertFunction(
1967         "objc_retain",
1968         FunctionType::get(Params[0], Params, /*isVarArg=*/false),
1969         Attribute);
1970   }
1971   return RetainCallee;
1972 }
1973
1974 Constant *ObjCARCOpt::getRetainBlockCallee(Module *M) {
1975   if (!RetainBlockCallee) {
1976     LLVMContext &C = M->getContext();
1977     Type *Params[] = { PointerType::getUnqual(Type::getInt8Ty(C)) };
1978     // objc_retainBlock is not nounwind because it calls user copy constructors
1979     // which could theoretically throw.
1980     RetainBlockCallee =
1981       M->getOrInsertFunction(
1982         "objc_retainBlock",
1983         FunctionType::get(Params[0], Params, /*isVarArg=*/false),
1984         AttributeSet());
1985   }
1986   return RetainBlockCallee;
1987 }
1988
1989 Constant *ObjCARCOpt::getAutoreleaseCallee(Module *M) {
1990   if (!AutoreleaseCallee) {
1991     LLVMContext &C = M->getContext();
1992     Type *Params[] = { PointerType::getUnqual(Type::getInt8Ty(C)) };
1993     AttributeSet Attribute =
1994       AttributeSet().addAttribute(M->getContext(), AttributeSet::FunctionIndex,
1995                                   Attribute::NoUnwind);
1996     AutoreleaseCallee =
1997       M->getOrInsertFunction(
1998         "objc_autorelease",
1999         FunctionType::get(Params[0], Params, /*isVarArg=*/false),
2000         Attribute);
2001   }
2002   return AutoreleaseCallee;
2003 }
2004
2005 /// Test whether the given value is possible a reference-counted pointer,
2006 /// including tests which utilize AliasAnalysis.
2007 static bool IsPotentialUse(const Value *Op, AliasAnalysis &AA) {
2008   // First make the rudimentary check.
2009   if (!IsPotentialUse(Op))
2010     return false;
2011
2012   // Objects in constant memory are not reference-counted.
2013   if (AA.pointsToConstantMemory(Op))
2014     return false;
2015
2016   // Pointers in constant memory are not pointing to reference-counted objects.
2017   if (const LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(Op))
2018     if (AA.pointsToConstantMemory(LI->getPointerOperand()))
2019       return false;
2020
2021   // Otherwise assume the worst.
2022   return true;
2023 }
2024
2025 /// Test whether the given instruction can result in a reference count
2026 /// modification (positive or negative) for the pointer's object.
2027 static bool
2028 CanAlterRefCount(const Instruction *Inst, const Value *Ptr,
2029                  ProvenanceAnalysis &PA, InstructionClass Class) {
2030   switch (Class) {
2031   case IC_Autorelease:
2032   case IC_AutoreleaseRV:
2033   case IC_User:
2034     // These operations never directly modify a reference count.
2035     return false;
2036   default: break;
2037   }
2038
2039   ImmutableCallSite CS = static_cast<const Value *>(Inst);
2040   assert(CS && "Only calls can alter reference counts!");
2041
2042   // See if AliasAnalysis can help us with the call.
2043   AliasAnalysis::ModRefBehavior MRB = PA.getAA()->getModRefBehavior(CS);
2044   if (AliasAnalysis::onlyReadsMemory(MRB))
2045     return false;
2046   if (AliasAnalysis::onlyAccessesArgPointees(MRB)) {
2047     for (ImmutableCallSite::arg_iterator I = CS.arg_begin(), E = CS.arg_end();
2048          I != E; ++I) {
2049       const Value *Op = *I;
2050       if (IsPotentialUse(Op, *PA.getAA()) && PA.related(Ptr, Op))
2051         return true;
2052     }
2053     return false;
2054   }
2055
2056   // Assume the worst.
2057   return true;
2058 }
2059
2060 /// Test whether the given instruction can "use" the given pointer's object in a
2061 /// way that requires the reference count to be positive.
2062 static bool
2063 CanUse(const Instruction *Inst, const Value *Ptr, ProvenanceAnalysis &PA,
2064        InstructionClass Class) {
2065   // IC_Call operations (as opposed to IC_CallOrUser) never "use" objc pointers.
2066   if (Class == IC_Call)
2067     return false;
2068
2069   // Consider various instructions which may have pointer arguments which are
2070   // not "uses".
2071   if (const ICmpInst *ICI = dyn_cast<ICmpInst>(Inst)) {
2072     // Comparing a pointer with null, or any other constant, isn't really a use,
2073     // because we don't care what the pointer points to, or about the values
2074     // of any other dynamic reference-counted pointers.
2075     if (!IsPotentialUse(ICI->getOperand(1), *PA.getAA()))
2076       return false;
2077   } else if (ImmutableCallSite CS = static_cast<const Value *>(Inst)) {
2078     // For calls, just check the arguments (and not the callee operand).
2079     for (ImmutableCallSite::arg_iterator OI = CS.arg_begin(),
2080          OE = CS.arg_end(); OI != OE; ++OI) {
2081       const Value *Op = *OI;
2082       if (IsPotentialUse(Op, *PA.getAA()) && PA.related(Ptr, Op))
2083         return true;
2084     }
2085     return false;
2086   } else if (const StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Inst)) {
2087     // Special-case stores, because we don't care about the stored value, just
2088     // the store address.
2089     const Value *Op = GetUnderlyingObjCPtr(SI->getPointerOperand());
2090     // If we can't tell what the underlying object was, assume there is a
2091     // dependence.
2092     return IsPotentialUse(Op, *PA.getAA()) && PA.related(Op, Ptr);
2093   }
2094
2095   // Check each operand for a match.
2096   for (User::const_op_iterator OI = Inst->op_begin(), OE = Inst->op_end();
2097        OI != OE; ++OI) {
2098     const Value *Op = *OI;
2099     if (IsPotentialUse(Op, *PA.getAA()) && PA.related(Ptr, Op))
2100       return true;
2101   }
2102   return false;
2103 }
2104
2105 /// Test whether the given instruction can autorelease any pointer or cause an
2106 /// autoreleasepool pop.
2107 static bool
2108 CanInterruptRV(InstructionClass Class) {
2109   switch (Class) {
2110   case IC_AutoreleasepoolPop:
2111   case IC_CallOrUser:
2112   case IC_Call:
2113   case IC_Autorelease:
2114   case IC_AutoreleaseRV:
2115   case IC_FusedRetainAutorelease:
2116   case IC_FusedRetainAutoreleaseRV:
2117     return true;
2118   default:
2119     return false;
2120   }
2121 }
2122
2123 namespace {
2124   /// \enum DependenceKind
2125   /// \brief Defines different dependence kinds among various ARC constructs.
2126   ///
2127   /// There are several kinds of dependence-like concepts in use here.
2128   ///
2129   enum DependenceKind {
2130     NeedsPositiveRetainCount,
2131     AutoreleasePoolBoundary,
2132     CanChangeRetainCount,
2133     RetainAutoreleaseDep,       ///< Blocks objc_retainAutorelease.
2134     RetainAutoreleaseRVDep,     ///< Blocks objc_retainAutoreleaseReturnValue.
2135     RetainRVDep                 ///< Blocks objc_retainAutoreleasedReturnValue.
2136   };
2137 }
2138
2139 /// Test if there can be dependencies on Inst through Arg. This function only
2140 /// tests dependencies relevant for removing pairs of calls.
2141 static bool
2142 Depends(DependenceKind Flavor, Instruction *Inst, const Value *Arg,
2143         ProvenanceAnalysis &PA) {
2144   // If we've reached the definition of Arg, stop.
2145   if (Inst == Arg)
2146     return true;
2147
2148   switch (Flavor) {
2149   case NeedsPositiveRetainCount: {
2150     InstructionClass Class = GetInstructionClass(Inst);
2151     switch (Class) {
2152     case IC_AutoreleasepoolPop:
2153     case IC_AutoreleasepoolPush:
2154     case IC_None:
2155       return false;
2156     default:
2157       return CanUse(Inst, Arg, PA, Class);
2158     }
2159   }
2160
2161   case AutoreleasePoolBoundary: {
2162     InstructionClass Class = GetInstructionClass(Inst);
2163     switch (Class) {
2164     case IC_AutoreleasepoolPop:
2165     case IC_AutoreleasepoolPush:
2166       // These mark the end and begin of an autorelease pool scope.
2167       return true;
2168     default:
2169       // Nothing else does this.
2170       return false;
2171     }
2172   }
2173
2174   case CanChangeRetainCount: {
2175     InstructionClass Class = GetInstructionClass(Inst);
2176     switch (Class) {
2177     case IC_AutoreleasepoolPop:
2178       // Conservatively assume this can decrement any count.
2179       return true;
2180     case IC_AutoreleasepoolPush:
2181     case IC_None:
2182       return false;
2183     default:
2184       return CanAlterRefCount(Inst, Arg, PA, Class);
2185     }
2186   }
2187
2188   case RetainAutoreleaseDep:
2189     switch (GetBasicInstructionClass(Inst)) {
2190     case IC_AutoreleasepoolPop:
2191     case IC_AutoreleasepoolPush:
2192       // Don't merge an objc_autorelease with an objc_retain inside a different
2193       // autoreleasepool scope.
2194       return true;
2195     case IC_Retain:
2196     case IC_RetainRV:
2197       // Check for a retain of the same pointer for merging.
2198       return GetObjCArg(Inst) == Arg;
2199     default:
2200       // Nothing else matters for objc_retainAutorelease formation.
2201       return false;
2202     }
2203
2204   case RetainAutoreleaseRVDep: {
2205     InstructionClass Class = GetBasicInstructionClass(Inst);
2206     switch (Class) {
2207     case IC_Retain:
2208     case IC_RetainRV:
2209       // Check for a retain of the same pointer for merging.
2210       return GetObjCArg(Inst) == Arg;
2211     default:
2212       // Anything that can autorelease interrupts
2213       // retainAutoreleaseReturnValue formation.
2214       return CanInterruptRV(Class);
2215     }
2216   }
2217
2218   case RetainRVDep:
2219     return CanInterruptRV(GetBasicInstructionClass(Inst));
2220   }
2221
2222   llvm_unreachable("Invalid dependence flavor");
2223 }
2224
2225 /// Walk up the CFG from StartPos (which is in StartBB) and find local and
2226 /// non-local dependencies on Arg.
2227 ///
2228 /// TODO: Cache results?
2229 static void
2230 FindDependencies(DependenceKind Flavor,
2231                  const Value *Arg,
2232                  BasicBlock *StartBB, Instruction *StartInst,
2233                  SmallPtrSet<Instruction *, 4> &DependingInstructions,
2234                  SmallPtrSet<const BasicBlock *, 4> &Visited,
2235                  ProvenanceAnalysis &PA) {
2236   BasicBlock::iterator StartPos = StartInst;
2237
2238   SmallVector<std::pair<BasicBlock *, BasicBlock::iterator>, 4> Worklist;
2239   Worklist.push_back(std::make_pair(StartBB, StartPos));
2240   do {
2241     std::pair<BasicBlock *, BasicBlock::iterator> Pair =
2242       Worklist.pop_back_val();
2243     BasicBlock *LocalStartBB = Pair.first;
2244     BasicBlock::iterator LocalStartPos = Pair.second;
2245     BasicBlock::iterator StartBBBegin = LocalStartBB->begin();
2246     for (;;) {
2247       if (LocalStartPos == StartBBBegin) {
2248         pred_iterator PI(LocalStartBB), PE(LocalStartBB, false);
2249         if (PI == PE)
2250           // If we've reached the function entry, produce a null dependence.
2251           DependingInstructions.insert(0);
2252         else
2253           // Add the predecessors to the worklist.
2254           do {
2255             BasicBlock *PredBB = *PI;
2256             if (Visited.insert(PredBB))
2257               Worklist.push_back(std::make_pair(PredBB, PredBB->end()));
2258           } while (++PI != PE);
2259         break;
2260       }
2261
2262       Instruction *Inst = --LocalStartPos;
2263       if (Depends(Flavor, Inst, Arg, PA)) {
2264         DependingInstructions.insert(Inst);
2265         break;
2266       }
2267     }
2268   } while (!Worklist.empty());
2269
2270   // Determine whether the original StartBB post-dominates all of the blocks we
2271   // visited. If not, insert a sentinal indicating that most optimizations are
2272   // not safe.
2273   for (SmallPtrSet<const BasicBlock *, 4>::const_iterator I = Visited.begin(),
2274        E = Visited.end(); I != E; ++I) {
2275     const BasicBlock *BB = *I;
2276     if (BB == StartBB)
2277       continue;
2278     const TerminatorInst *TI = cast<TerminatorInst>(&BB->back());
2279     for (succ_const_iterator SI(TI), SE(TI, false); SI != SE; ++SI) {
2280       const BasicBlock *Succ = *SI;
2281       if (Succ != StartBB && !Visited.count(Succ)) {
2282         DependingInstructions.insert(reinterpret_cast<Instruction *>(-1));
2283         return;
2284       }
2285     }
2286   }
2287 }
2288
2289 static bool isNullOrUndef(const Value *V) {
2290   return isa<ConstantPointerNull>(V) || isa<UndefValue>(V);
2291 }
2292
2293 static bool isNoopInstruction(const Instruction *I) {
2294   return isa<BitCastInst>(I) ||
2295          (isa<GetElementPtrInst>(I) &&
2296           cast<GetElementPtrInst>(I)->hasAllZeroIndices());
2297 }
2298
2299 /// Turn objc_retain into objc_retainAutoreleasedReturnValue if the operand is a
2300 /// return value.
2301 void
2302 ObjCARCOpt::OptimizeRetainCall(Function &F, Instruction *Retain) {
2303   ImmutableCallSite CS(GetObjCArg(Retain));
2304   const Instruction *Call = CS.getInstruction();
2305   if (!Call) return;
2306   if (Call->getParent() != Retain->getParent()) return;
2307
2308   // Check that the call is next to the retain.
2309   BasicBlock::const_iterator I = Call;
2310   ++I;
2311   while (isNoopInstruction(I)) ++I;
2312   if (&*I != Retain)
2313     return;
2314
2315   // Turn it to an objc_retainAutoreleasedReturnValue..
2316   Changed = true;
2317   ++NumPeeps;
2318
2319   DEBUG(dbgs() << "ObjCARCOpt::OptimizeRetainCall: Transforming "
2320                   "objc_retain => objc_retainAutoreleasedReturnValue"
2321                   " since the operand is a return value.\n"
2322                   "                                Old: "
2323                << *Retain << "\n");
2324
2325   cast<CallInst>(Retain)->setCalledFunction(getRetainRVCallee(F.getParent()));
2326
2327   DEBUG(dbgs() << "                                New: "
2328                << *Retain << "\n");
2329 }
2330
2331 /// Turn objc_retainAutoreleasedReturnValue into objc_retain if the operand is
2332 /// not a return value.  Or, if it can be paired with an
2333 /// objc_autoreleaseReturnValue, delete the pair and return true.
2334 bool
2335 ObjCARCOpt::OptimizeRetainRVCall(Function &F, Instruction *RetainRV) {
2336   // Check for the argument being from an immediately preceding call or invoke.
2337   const Value *Arg = GetObjCArg(RetainRV);
2338   ImmutableCallSite CS(Arg);
2339   if (const Instruction *Call = CS.getInstruction()) {
2340     if (Call->getParent() == RetainRV->getParent()) {
2341       BasicBlock::const_iterator I = Call;
2342       ++I;
2343       while (isNoopInstruction(I)) ++I;
2344       if (&*I == RetainRV)
2345         return false;
2346     } else if (const InvokeInst *II = dyn_cast<InvokeInst>(Call)) {
2347       BasicBlock *RetainRVParent = RetainRV->getParent();
2348       if (II->getNormalDest() == RetainRVParent) {
2349         BasicBlock::const_iterator I = RetainRVParent->begin();
2350         while (isNoopInstruction(I)) ++I;
2351         if (&*I == RetainRV)
2352           return false;
2353       }
2354     }
2355   }
2356
2357   // Check for being preceded by an objc_autoreleaseReturnValue on the same
2358   // pointer. In this case, we can delete the pair.
2359   BasicBlock::iterator I = RetainRV, Begin = RetainRV->getParent()->begin();
2360   if (I != Begin) {
2361     do --I; while (I != Begin && isNoopInstruction(I));
2362     if (GetBasicInstructionClass(I) == IC_AutoreleaseRV &&
2363         GetObjCArg(I) == Arg) {
2364       Changed = true;
2365       ++NumPeeps;
2366
2367       DEBUG(dbgs() << "ObjCARCOpt::OptimizeRetainRVCall: Erasing " << *I << "\n"
2368                    << "                                  Erasing " << *RetainRV
2369                    << "\n");
2370
2371       EraseInstruction(I);
2372       EraseInstruction(RetainRV);
2373       return true;
2374     }
2375   }
2376
2377   // Turn it to a plain objc_retain.
2378   Changed = true;
2379   ++NumPeeps;
2380
2381   DEBUG(dbgs() << "ObjCARCOpt::OptimizeRetainRVCall: Transforming "
2382                   "objc_retainAutoreleasedReturnValue => "
2383                   "objc_retain since the operand is not a return value.\n"
2384                   "                                  Old: "
2385                << *RetainRV << "\n");
2386
2387   cast<CallInst>(RetainRV)->setCalledFunction(getRetainCallee(F.getParent()));
2388
2389   DEBUG(dbgs() << "                                  New: "
2390                << *RetainRV << "\n");
2391
2392   return false;
2393 }
2394
2395 /// Turn objc_autoreleaseReturnValue into objc_autorelease if the result is not
2396 /// used as a return value.
2397 void
2398 ObjCARCOpt::OptimizeAutoreleaseRVCall(Function &F, Instruction *AutoreleaseRV,
2399                                       InstructionClass &Class) {
2400   // Check for a return of the pointer value.
2401   const Value *Ptr = GetObjCArg(AutoreleaseRV);
2402   SmallVector<const Value *, 2> Users;
2403   Users.push_back(Ptr);
2404   do {
2405     Ptr = Users.pop_back_val();
2406     for (Value::const_use_iterator UI = Ptr->use_begin(), UE = Ptr->use_end();
2407          UI != UE; ++UI) {
2408       const User *I = *UI;
2409       if (isa<ReturnInst>(I) || GetBasicInstructionClass(I) == IC_RetainRV)
2410         return;
2411       if (isa<BitCastInst>(I))
2412         Users.push_back(I);
2413     }
2414   } while (!Users.empty());
2415
2416   Changed = true;
2417   ++NumPeeps;
2418
2419   DEBUG(dbgs() << "ObjCARCOpt::OptimizeAutoreleaseRVCall: Transforming "
2420                   "objc_autoreleaseReturnValue => "
2421                   "objc_autorelease since its operand is not used as a return "
2422                   "value.\n"
2423                   "                                       Old: "
2424                << *AutoreleaseRV << "\n");
2425
2426   CallInst *AutoreleaseRVCI = cast<CallInst>(AutoreleaseRV);
2427   AutoreleaseRVCI->
2428     setCalledFunction(getAutoreleaseCallee(F.getParent()));
2429   AutoreleaseRVCI->setTailCall(false); // Never tail call objc_autorelease.
2430   Class = IC_Autorelease;
2431
2432   DEBUG(dbgs() << "                                       New: "
2433                << *AutoreleaseRV << "\n");
2434
2435 }
2436
2437 /// Visit each call, one at a time, and make simplifications without doing any
2438 /// additional analysis.
2439 void ObjCARCOpt::OptimizeIndividualCalls(Function &F) {
2440   // Reset all the flags in preparation for recomputing them.
2441   UsedInThisFunction = 0;
2442
2443   // Visit all objc_* calls in F.
2444   for (inst_iterator I = inst_begin(&F), E = inst_end(&F); I != E; ) {
2445     Instruction *Inst = &*I++;
2446
2447     InstructionClass Class = GetBasicInstructionClass(Inst);
2448
2449     DEBUG(dbgs() << "ObjCARCOpt::OptimizeIndividualCalls: Visiting: Class: "
2450           << Class << "; " << *Inst << "\n");
2451
2452     switch (Class) {
2453     default: break;
2454
2455     // Delete no-op casts. These function calls have special semantics, but
2456     // the semantics are entirely implemented via lowering in the front-end,
2457     // so by the time they reach the optimizer, they are just no-op calls
2458     // which return their argument.
2459     //
2460     // There are gray areas here, as the ability to cast reference-counted
2461     // pointers to raw void* and back allows code to break ARC assumptions,
2462     // however these are currently considered to be unimportant.
2463     case IC_NoopCast:
2464       Changed = true;
2465       ++NumNoops;
2466       DEBUG(dbgs() << "ObjCARCOpt::OptimizeIndividualCalls: Erasing no-op cast:"
2467                    " " << *Inst << "\n");
2468       EraseInstruction(Inst);
2469       continue;
2470
2471     // If the pointer-to-weak-pointer is null, it's undefined behavior.
2472     case IC_StoreWeak:
2473     case IC_LoadWeak:
2474     case IC_LoadWeakRetained:
2475     case IC_InitWeak:
2476     case IC_DestroyWeak: {
2477       CallInst *CI = cast<CallInst>(Inst);
2478       if (isNullOrUndef(CI->getArgOperand(0))) {
2479         Changed = true;
2480         Type *Ty = CI->getArgOperand(0)->getType();
2481         new StoreInst(UndefValue::get(cast<PointerType>(Ty)->getElementType()),
2482                       Constant::getNullValue(Ty),
2483                       CI);
2484         llvm::Value *NewValue = UndefValue::get(CI->getType());
2485         DEBUG(dbgs() << "ObjCARCOpt::OptimizeIndividualCalls: A null "
2486                         "pointer-to-weak-pointer is undefined behavior.\n"
2487                         "                                     Old = " << *CI <<
2488                         "\n                                     New = " <<
2489                         *NewValue << "\n");
2490         CI->replaceAllUsesWith(NewValue);
2491         CI->eraseFromParent();
2492         continue;
2493       }
2494       break;
2495     }
2496     case IC_CopyWeak:
2497     case IC_MoveWeak: {
2498       CallInst *CI = cast<CallInst>(Inst);
2499       if (isNullOrUndef(CI->getArgOperand(0)) ||
2500           isNullOrUndef(CI->getArgOperand(1))) {
2501         Changed = true;
2502         Type *Ty = CI->getArgOperand(0)->getType();
2503         new StoreInst(UndefValue::get(cast<PointerType>(Ty)->getElementType()),
2504                       Constant::getNullValue(Ty),
2505                       CI);
2506
2507         llvm::Value *NewValue = UndefValue::get(CI->getType());
2508         DEBUG(dbgs() << "ObjCARCOpt::OptimizeIndividualCalls: A null "
2509                         "pointer-to-weak-pointer is undefined behavior.\n"
2510                         "                                     Old = " << *CI <<
2511                         "\n                                     New = " <<
2512                         *NewValue << "\n");
2513
2514         CI->replaceAllUsesWith(NewValue);
2515         CI->eraseFromParent();
2516         continue;
2517       }
2518       break;
2519     }
2520     case IC_Retain:
2521       OptimizeRetainCall(F, Inst);
2522       break;
2523     case IC_RetainRV:
2524       if (OptimizeRetainRVCall(F, Inst))
2525         continue;
2526       break;
2527     case IC_AutoreleaseRV:
2528       OptimizeAutoreleaseRVCall(F, Inst, Class);
2529       break;
2530     }
2531
2532     // objc_autorelease(x) -> objc_release(x) if x is otherwise unused.
2533     if (IsAutorelease(Class) && Inst->use_empty()) {
2534       CallInst *Call = cast<CallInst>(Inst);
2535       const Value *Arg = Call->getArgOperand(0);
2536       Arg = FindSingleUseIdentifiedObject(Arg);
2537       if (Arg) {
2538         Changed = true;
2539         ++NumAutoreleases;
2540
2541         // Create the declaration lazily.
2542         LLVMContext &C = Inst->getContext();
2543         CallInst *NewCall =
2544           CallInst::Create(getReleaseCallee(F.getParent()),
2545                            Call->getArgOperand(0), "", Call);
2546         NewCall->setMetadata(ImpreciseReleaseMDKind,
2547                              MDNode::get(C, ArrayRef<Value *>()));
2548
2549         DEBUG(dbgs() << "ObjCARCOpt::OptimizeIndividualCalls: Replacing "
2550                         "objc_autorelease(x) with objc_release(x) since x is "
2551                         "otherwise unused.\n"
2552                         "                                     Old: " << *Call <<
2553                         "\n                                     New: " <<
2554                         *NewCall << "\n");
2555
2556         EraseInstruction(Call);
2557         Inst = NewCall;
2558         Class = IC_Release;
2559       }
2560     }
2561
2562     // For functions which can never be passed stack arguments, add
2563     // a tail keyword.
2564     if (IsAlwaysTail(Class)) {
2565       Changed = true;
2566       DEBUG(dbgs() << "ObjCARCOpt::OptimizeIndividualCalls: Adding tail keyword"
2567             " to function since it can never be passed stack args: " << *Inst <<
2568             "\n");
2569       cast<CallInst>(Inst)->setTailCall();
2570     }
2571
2572     // Ensure that functions that can never have a "tail" keyword due to the
2573     // semantics of ARC truly do not do so.
2574     if (IsNeverTail(Class)) {
2575       Changed = true;
2576       DEBUG(dbgs() << "ObjCARCOpt::OptimizeIndividualCalls: Removing tail "
2577             "keyword from function: " << *Inst <<
2578             "\n");
2579       cast<CallInst>(Inst)->setTailCall(false);
2580     }
2581
2582     // Set nounwind as needed.
2583     if (IsNoThrow(Class)) {
2584       Changed = true;
2585       DEBUG(dbgs() << "ObjCARCOpt::OptimizeIndividualCalls: Found no throw"
2586             " class. Setting nounwind on: " << *Inst << "\n");
2587       cast<CallInst>(Inst)->setDoesNotThrow();
2588     }
2589
2590     if (!IsNoopOnNull(Class)) {
2591       UsedInThisFunction |= 1 << Class;
2592       continue;
2593     }
2594
2595     const Value *Arg = GetObjCArg(Inst);
2596
2597     // ARC calls with null are no-ops. Delete them.
2598     if (isNullOrUndef(Arg)) {
2599       Changed = true;
2600       ++NumNoops;
2601       DEBUG(dbgs() << "ObjCARCOpt::OptimizeIndividualCalls: ARC calls with "
2602             " null are no-ops. Erasing: " << *Inst << "\n");
2603       EraseInstruction(Inst);
2604       continue;
2605     }
2606
2607     // Keep track of which of retain, release, autorelease, and retain_block
2608     // are actually present in this function.
2609     UsedInThisFunction |= 1 << Class;
2610
2611     // If Arg is a PHI, and one or more incoming values to the
2612     // PHI are null, and the call is control-equivalent to the PHI, and there
2613     // are no relevant side effects between the PHI and the call, the call
2614     // could be pushed up to just those paths with non-null incoming values.
2615     // For now, don't bother splitting critical edges for this.
2616     SmallVector<std::pair<Instruction *, const Value *>, 4> Worklist;
2617     Worklist.push_back(std::make_pair(Inst, Arg));
2618     do {
2619       std::pair<Instruction *, const Value *> Pair = Worklist.pop_back_val();
2620       Inst = Pair.first;
2621       Arg = Pair.second;
2622
2623       const PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(Arg);
2624       if (!PN) continue;
2625
2626       // Determine if the PHI has any null operands, or any incoming
2627       // critical edges.
2628       bool HasNull = false;
2629       bool HasCriticalEdges = false;
2630       for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
2631         Value *Incoming =
2632           StripPointerCastsAndObjCCalls(PN->getIncomingValue(i));
2633         if (isNullOrUndef(Incoming))
2634           HasNull = true;
2635         else if (cast<TerminatorInst>(PN->getIncomingBlock(i)->back())
2636                    .getNumSuccessors() != 1) {
2637           HasCriticalEdges = true;
2638           break;
2639         }
2640       }
2641       // If we have null operands and no critical edges, optimize.
2642       if (!HasCriticalEdges && HasNull) {
2643         SmallPtrSet<Instruction *, 4> DependingInstructions;
2644         SmallPtrSet<const BasicBlock *, 4> Visited;
2645
2646         // Check that there is nothing that cares about the reference
2647         // count between the call and the phi.
2648         switch (Class) {
2649         case IC_Retain:
2650         case IC_RetainBlock:
2651           // These can always be moved up.
2652           break;
2653         case IC_Release:
2654           // These can't be moved across things that care about the retain
2655           // count.
2656           FindDependencies(NeedsPositiveRetainCount, Arg,
2657                            Inst->getParent(), Inst,
2658                            DependingInstructions, Visited, PA);
2659           break;
2660         case IC_Autorelease:
2661           // These can't be moved across autorelease pool scope boundaries.
2662           FindDependencies(AutoreleasePoolBoundary, Arg,
2663                            Inst->getParent(), Inst,
2664                            DependingInstructions, Visited, PA);
2665           break;
2666         case IC_RetainRV:
2667         case IC_AutoreleaseRV:
2668           // Don't move these; the RV optimization depends on the autoreleaseRV
2669           // being tail called, and the retainRV being immediately after a call
2670           // (which might still happen if we get lucky with codegen layout, but
2671           // it's not worth taking the chance).
2672           continue;
2673         default:
2674           llvm_unreachable("Invalid dependence flavor");
2675         }
2676
2677         if (DependingInstructions.size() == 1 &&
2678             *DependingInstructions.begin() == PN) {
2679           Changed = true;
2680           ++NumPartialNoops;
2681           // Clone the call into each predecessor that has a non-null value.
2682           CallInst *CInst = cast<CallInst>(Inst);
2683           Type *ParamTy = CInst->getArgOperand(0)->getType();
2684           for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
2685             Value *Incoming =
2686               StripPointerCastsAndObjCCalls(PN->getIncomingValue(i));
2687             if (!isNullOrUndef(Incoming)) {
2688               CallInst *Clone = cast<CallInst>(CInst->clone());
2689               Value *Op = PN->getIncomingValue(i);
2690               Instruction *InsertPos = &PN->getIncomingBlock(i)->back();
2691               if (Op->getType() != ParamTy)
2692                 Op = new BitCastInst(Op, ParamTy, "", InsertPos);
2693               Clone->setArgOperand(0, Op);
2694               Clone->insertBefore(InsertPos);
2695
2696               DEBUG(dbgs() << "ObjCARCOpt::OptimizeIndividualCalls: Cloning "
2697                            << *CInst << "\n"
2698                            "                                     And inserting "
2699                            "clone at " << *InsertPos << "\n");
2700               Worklist.push_back(std::make_pair(Clone, Incoming));
2701             }
2702           }
2703           // Erase the original call.
2704           DEBUG(dbgs() << "Erasing: " << *CInst << "\n");
2705           EraseInstruction(CInst);
2706           continue;
2707         }
2708       }
2709     } while (!Worklist.empty());
2710   }
2711   DEBUG(dbgs() << "ObjCARCOpt::OptimizeIndividualCalls: Finished List.\n");
2712 }
2713
2714 /// Check for critical edges, loop boundaries, irreducible control flow, or
2715 /// other CFG structures where moving code across the edge would result in it
2716 /// being executed more.
2717 void
2718 ObjCARCOpt::CheckForCFGHazards(const BasicBlock *BB,
2719                                DenseMap<const BasicBlock *, BBState> &BBStates,
2720                                BBState &MyStates) const {
2721   // If any top-down local-use or possible-dec has a succ which is earlier in
2722   // the sequence, forget it.
2723   for (BBState::ptr_iterator I = MyStates.top_down_ptr_begin(),
2724        E = MyStates.top_down_ptr_end(); I != E; ++I)
2725     switch (I->second.GetSeq()) {
2726     default: break;
2727     case S_Use: {
2728       const Value *Arg = I->first;
2729       const TerminatorInst *TI = cast<TerminatorInst>(&BB->back());
2730       bool SomeSuccHasSame = false;
2731       bool AllSuccsHaveSame = true;
2732       PtrState &S = I->second;
2733       succ_const_iterator SI(TI), SE(TI, false);
2734
2735       for (; SI != SE; ++SI) {
2736         Sequence SuccSSeq = S_None;
2737         bool SuccSRRIKnownSafe = false;
2738         // If VisitBottomUp has pointer information for this successor, take
2739         // what we know about it.
2740         DenseMap<const BasicBlock *, BBState>::iterator BBI =
2741           BBStates.find(*SI);
2742         assert(BBI != BBStates.end());
2743         const PtrState &SuccS = BBI->second.getPtrBottomUpState(Arg);
2744         SuccSSeq = SuccS.GetSeq();
2745         SuccSRRIKnownSafe = SuccS.RRI.KnownSafe;
2746         switch (SuccSSeq) {
2747         case S_None:
2748         case S_CanRelease: {
2749           if (!S.RRI.KnownSafe && !SuccSRRIKnownSafe) {
2750             S.ClearSequenceProgress();
2751             break;
2752           }
2753           continue;
2754         }
2755         case S_Use:
2756           SomeSuccHasSame = true;
2757           break;
2758         case S_Stop:
2759         case S_Release:
2760         case S_MovableRelease:
2761           if (!S.RRI.KnownSafe && !SuccSRRIKnownSafe)
2762             AllSuccsHaveSame = false;
2763           break;
2764         case S_Retain:
2765           llvm_unreachable("bottom-up pointer in retain state!");
2766         }
2767       }
2768       // If the state at the other end of any of the successor edges
2769       // matches the current state, require all edges to match. This
2770       // guards against loops in the middle of a sequence.
2771       if (SomeSuccHasSame && !AllSuccsHaveSame)
2772         S.ClearSequenceProgress();
2773       break;
2774     }
2775     case S_CanRelease: {
2776       const Value *Arg = I->first;
2777       const TerminatorInst *TI = cast<TerminatorInst>(&BB->back());
2778       bool SomeSuccHasSame = false;
2779       bool AllSuccsHaveSame = true;
2780       PtrState &S = I->second;
2781       succ_const_iterator SI(TI), SE(TI, false);
2782
2783       for (; SI != SE; ++SI) {
2784         Sequence SuccSSeq = S_None;
2785         bool SuccSRRIKnownSafe = false;
2786         // If VisitBottomUp has pointer information for this successor, take
2787         // what we know about it.
2788         DenseMap<const BasicBlock *, BBState>::iterator BBI =
2789           BBStates.find(*SI);
2790         assert(BBI != BBStates.end());
2791         const PtrState &SuccS = BBI->second.getPtrBottomUpState(Arg);
2792         SuccSSeq = SuccS.GetSeq();
2793         SuccSRRIKnownSafe = SuccS.RRI.KnownSafe;
2794         switch (SuccSSeq) {
2795         case S_None: {
2796           if (!S.RRI.KnownSafe && !SuccSRRIKnownSafe) {
2797             S.ClearSequenceProgress();
2798             break;
2799           }
2800           continue;
2801         }
2802         case S_CanRelease:
2803           SomeSuccHasSame = true;
2804           break;
2805         case S_Stop:
2806         case S_Release:
2807         case S_MovableRelease:
2808         case S_Use:
2809           if (!S.RRI.KnownSafe && !SuccSRRIKnownSafe)
2810             AllSuccsHaveSame = false;
2811           break;
2812         case S_Retain:
2813           llvm_unreachable("bottom-up pointer in retain state!");
2814         }
2815       }
2816       // If the state at the other end of any of the successor edges
2817       // matches the current state, require all edges to match. This
2818       // guards against loops in the middle of a sequence.
2819       if (SomeSuccHasSame && !AllSuccsHaveSame)
2820         S.ClearSequenceProgress();
2821       break;
2822     }
2823     }
2824 }
2825
2826 bool
2827 ObjCARCOpt::VisitInstructionBottomUp(Instruction *Inst,
2828                                      BasicBlock *BB,
2829                                      MapVector<Value *, RRInfo> &Retains,
2830                                      BBState &MyStates) {
2831   bool NestingDetected = false;
2832   InstructionClass Class = GetInstructionClass(Inst);
2833   const Value *Arg = 0;
2834
2835   switch (Class) {
2836   case IC_Release: {
2837     Arg = GetObjCArg(Inst);
2838
2839     PtrState &S = MyStates.getPtrBottomUpState(Arg);
2840
2841     // If we see two releases in a row on the same pointer. If so, make
2842     // a note, and we'll cicle back to revisit it after we've
2843     // hopefully eliminated the second release, which may allow us to
2844     // eliminate the first release too.
2845     // Theoretically we could implement removal of nested retain+release
2846     // pairs by making PtrState hold a stack of states, but this is
2847     // simple and avoids adding overhead for the non-nested case.
2848     if (S.GetSeq() == S_Release || S.GetSeq() == S_MovableRelease) {
2849       DEBUG(dbgs() << "ObjCARCOpt::VisitInstructionBottomUp: Found nested "
2850                       "releases (i.e. a release pair)\n");
2851       NestingDetected = true;
2852     }
2853
2854     MDNode *ReleaseMetadata = Inst->getMetadata(ImpreciseReleaseMDKind);
2855     S.ResetSequenceProgress(ReleaseMetadata ? S_MovableRelease : S_Release);
2856     S.RRI.ReleaseMetadata = ReleaseMetadata;
2857     S.RRI.KnownSafe = S.IsKnownIncremented();
2858     S.RRI.IsTailCallRelease = cast<CallInst>(Inst)->isTailCall();
2859     S.RRI.Calls.insert(Inst);
2860
2861     S.SetKnownPositiveRefCount();
2862     break;
2863   }
2864   case IC_RetainBlock:
2865     // An objc_retainBlock call with just a use may need to be kept,
2866     // because it may be copying a block from the stack to the heap.
2867     if (!IsRetainBlockOptimizable(Inst))
2868       break;
2869     // FALLTHROUGH
2870   case IC_Retain:
2871   case IC_RetainRV: {
2872     Arg = GetObjCArg(Inst);
2873
2874     PtrState &S = MyStates.getPtrBottomUpState(Arg);
2875     S.SetKnownPositiveRefCount();
2876
2877     switch (S.GetSeq()) {
2878     case S_Stop:
2879     case S_Release:
2880     case S_MovableRelease:
2881     case S_Use:
2882       S.RRI.ReverseInsertPts.clear();
2883       // FALL THROUGH
2884     case S_CanRelease:
2885       // Don't do retain+release tracking for IC_RetainRV, because it's
2886       // better to let it remain as the first instruction after a call.
2887       if (Class != IC_RetainRV) {
2888         S.RRI.IsRetainBlock = Class == IC_RetainBlock;
2889         Retains[Inst] = S.RRI;
2890       }
2891       S.ClearSequenceProgress();
2892       break;
2893     case S_None:
2894       break;
2895     case S_Retain:
2896       llvm_unreachable("bottom-up pointer in retain state!");
2897     }
2898     return NestingDetected;
2899   }
2900   case IC_AutoreleasepoolPop:
2901     // Conservatively, clear MyStates for all known pointers.
2902     MyStates.clearBottomUpPointers();
2903     return NestingDetected;
2904   case IC_AutoreleasepoolPush:
2905   case IC_None:
2906     // These are irrelevant.
2907     return NestingDetected;
2908   default:
2909     break;
2910   }
2911
2912   // Consider any other possible effects of this instruction on each
2913   // pointer being tracked.
2914   for (BBState::ptr_iterator MI = MyStates.bottom_up_ptr_begin(),
2915        ME = MyStates.bottom_up_ptr_end(); MI != ME; ++MI) {
2916     const Value *Ptr = MI->first;
2917     if (Ptr == Arg)
2918       continue; // Handled above.
2919     PtrState &S = MI->second;
2920     Sequence Seq = S.GetSeq();
2921
2922     // Check for possible releases.
2923     if (CanAlterRefCount(Inst, Ptr, PA, Class)) {
2924       S.ClearRefCount();
2925       switch (Seq) {
2926       case S_Use:
2927         S.SetSeq(S_CanRelease);
2928         continue;
2929       case S_CanRelease:
2930       case S_Release:
2931       case S_MovableRelease:
2932       case S_Stop:
2933       case S_None:
2934         break;
2935       case S_Retain:
2936         llvm_unreachable("bottom-up pointer in retain state!");
2937       }
2938     }
2939
2940     // Check for possible direct uses.
2941     switch (Seq) {
2942     case S_Release:
2943     case S_MovableRelease:
2944       if (CanUse(Inst, Ptr, PA, Class)) {
2945         assert(S.RRI.ReverseInsertPts.empty());
2946         // If this is an invoke instruction, we're scanning it as part of
2947         // one of its successor blocks, since we can't insert code after it
2948         // in its own block, and we don't want to split critical edges.
2949         if (isa<InvokeInst>(Inst))
2950           S.RRI.ReverseInsertPts.insert(BB->getFirstInsertionPt());
2951         else
2952           S.RRI.ReverseInsertPts.insert(llvm::next(BasicBlock::iterator(Inst)));
2953         S.SetSeq(S_Use);
2954       } else if (Seq == S_Release &&
2955                  (Class == IC_User || Class == IC_CallOrUser)) {
2956         // Non-movable releases depend on any possible objc pointer use.
2957         S.SetSeq(S_Stop);
2958         assert(S.RRI.ReverseInsertPts.empty());
2959         // As above; handle invoke specially.
2960         if (isa<InvokeInst>(Inst))
2961           S.RRI.ReverseInsertPts.insert(BB->getFirstInsertionPt());
2962         else
2963           S.RRI.ReverseInsertPts.insert(llvm::next(BasicBlock::iterator(Inst)));
2964       }
2965       break;
2966     case S_Stop:
2967       if (CanUse(Inst, Ptr, PA, Class))
2968         S.SetSeq(S_Use);
2969       break;
2970     case S_CanRelease:
2971     case S_Use:
2972     case S_None:
2973       break;
2974     case S_Retain:
2975       llvm_unreachable("bottom-up pointer in retain state!");
2976     }
2977   }
2978
2979   return NestingDetected;
2980 }
2981
2982 bool
2983 ObjCARCOpt::VisitBottomUp(BasicBlock *BB,
2984                           DenseMap<const BasicBlock *, BBState> &BBStates,
2985                           MapVector<Value *, RRInfo> &Retains) {
2986   bool NestingDetected = false;
2987   BBState &MyStates = BBStates[BB];
2988
2989   // Merge the states from each successor to compute the initial state
2990   // for the current block.
2991   BBState::edge_iterator SI(MyStates.succ_begin()),
2992                          SE(MyStates.succ_end());
2993   if (SI != SE) {
2994     const BasicBlock *Succ = *SI;
2995     DenseMap<const BasicBlock *, BBState>::iterator I = BBStates.find(Succ);
2996     assert(I != BBStates.end());
2997     MyStates.InitFromSucc(I->second);
2998     ++SI;
2999     for (; SI != SE; ++SI) {
3000       Succ = *SI;
3001       I = BBStates.find(Succ);
3002       assert(I != BBStates.end());
3003       MyStates.MergeSucc(I->second);
3004     }
3005   }
3006
3007   // Visit all the instructions, bottom-up.
3008   for (BasicBlock::iterator I = BB->end(), E = BB->begin(); I != E; --I) {
3009     Instruction *Inst = llvm::prior(I);
3010
3011     // Invoke instructions are visited as part of their successors (below).
3012     if (isa<InvokeInst>(Inst))
3013       continue;
3014
3015     DEBUG(dbgs() << "ObjCARCOpt::VisitButtonUp: Visiting " << *Inst << "\n");
3016
3017     NestingDetected |= VisitInstructionBottomUp(Inst, BB, Retains, MyStates);
3018   }
3019
3020   // If there's a predecessor with an invoke, visit the invoke as if it were
3021   // part of this block, since we can't insert code after an invoke in its own
3022   // block, and we don't want to split critical edges.
3023   for (BBState::edge_iterator PI(MyStates.pred_begin()),
3024        PE(MyStates.pred_end()); PI != PE; ++PI) {
3025     BasicBlock *Pred = *PI;
3026     if (InvokeInst *II = dyn_cast<InvokeInst>(&Pred->back()))
3027       NestingDetected |= VisitInstructionBottomUp(II, BB, Retains, MyStates);
3028   }
3029
3030   return NestingDetected;
3031 }
3032
3033 bool
3034 ObjCARCOpt::VisitInstructionTopDown(Instruction *Inst,
3035                                     DenseMap<Value *, RRInfo> &Releases,
3036                                     BBState &MyStates) {
3037   bool NestingDetected = false;
3038   InstructionClass Class = GetInstructionClass(Inst);
3039   const Value *Arg = 0;
3040
3041   switch (Class) {
3042   case IC_RetainBlock:
3043     // An objc_retainBlock call with just a use may need to be kept,
3044     // because it may be copying a block from the stack to the heap.
3045     if (!IsRetainBlockOptimizable(Inst))
3046       break;
3047     // FALLTHROUGH
3048   case IC_Retain:
3049   case IC_RetainRV: {
3050     Arg = GetObjCArg(Inst);
3051
3052     PtrState &S = MyStates.getPtrTopDownState(Arg);
3053
3054     // Don't do retain+release tracking for IC_RetainRV, because it's
3055     // better to let it remain as the first instruction after a call.
3056     if (Class != IC_RetainRV) {
3057       // If we see two retains in a row on the same pointer. If so, make
3058       // a note, and we'll cicle back to revisit it after we've
3059       // hopefully eliminated the second retain, which may allow us to
3060       // eliminate the first retain too.
3061       // Theoretically we could implement removal of nested retain+release
3062       // pairs by making PtrState hold a stack of states, but this is
3063       // simple and avoids adding overhead for the non-nested case.
3064       if (S.GetSeq() == S_Retain)
3065         NestingDetected = true;
3066
3067       S.ResetSequenceProgress(S_Retain);
3068       S.RRI.IsRetainBlock = Class == IC_RetainBlock;
3069       S.RRI.KnownSafe = S.IsKnownIncremented();
3070       S.RRI.Calls.insert(Inst);
3071     }
3072
3073     S.SetKnownPositiveRefCount();
3074
3075     // A retain can be a potential use; procede to the generic checking
3076     // code below.
3077     break;
3078   }
3079   case IC_Release: {
3080     Arg = GetObjCArg(Inst);
3081
3082     PtrState &S = MyStates.getPtrTopDownState(Arg);
3083     S.ClearRefCount();
3084
3085     switch (S.GetSeq()) {
3086     case S_Retain:
3087     case S_CanRelease:
3088       S.RRI.ReverseInsertPts.clear();
3089       // FALL THROUGH
3090     case S_Use:
3091       S.RRI.ReleaseMetadata = Inst->getMetadata(ImpreciseReleaseMDKind);
3092       S.RRI.IsTailCallRelease = cast<CallInst>(Inst)->isTailCall();
3093       Releases[Inst] = S.RRI;
3094       S.ClearSequenceProgress();
3095       break;
3096     case S_None:
3097       break;
3098     case S_Stop:
3099     case S_Release:
3100     case S_MovableRelease:
3101       llvm_unreachable("top-down pointer in release state!");
3102     }
3103     break;
3104   }
3105   case IC_AutoreleasepoolPop:
3106     // Conservatively, clear MyStates for all known pointers.
3107     MyStates.clearTopDownPointers();
3108     return NestingDetected;
3109   case IC_AutoreleasepoolPush:
3110   case IC_None:
3111     // These are irrelevant.
3112     return NestingDetected;
3113   default:
3114     break;
3115   }
3116
3117   // Consider any other possible effects of this instruction on each
3118   // pointer being tracked.
3119   for (BBState::ptr_iterator MI = MyStates.top_down_ptr_begin(),
3120        ME = MyStates.top_down_ptr_end(); MI != ME; ++MI) {
3121     const Value *Ptr = MI->first;
3122     if (Ptr == Arg)
3123       continue; // Handled above.
3124     PtrState &S = MI->second;
3125     Sequence Seq = S.GetSeq();
3126
3127     // Check for possible releases.
3128     if (CanAlterRefCount(Inst, Ptr, PA, Class)) {
3129       S.ClearRefCount();
3130       switch (Seq) {
3131       case S_Retain:
3132         S.SetSeq(S_CanRelease);
3133         assert(S.RRI.ReverseInsertPts.empty());
3134         S.RRI.ReverseInsertPts.insert(Inst);
3135
3136         // One call can't cause a transition from S_Retain to S_CanRelease
3137         // and S_CanRelease to S_Use. If we've made the first transition,
3138         // we're done.
3139         continue;
3140       case S_Use:
3141       case S_CanRelease:
3142       case S_None:
3143         break;
3144       case S_Stop:
3145       case S_Release:
3146       case S_MovableRelease:
3147         llvm_unreachable("top-down pointer in release state!");
3148       }
3149     }
3150
3151     // Check for possible direct uses.
3152     switch (Seq) {
3153     case S_CanRelease:
3154       if (CanUse(Inst, Ptr, PA, Class))
3155         S.SetSeq(S_Use);
3156       break;
3157     case S_Retain:
3158     case S_Use:
3159     case S_None:
3160       break;
3161     case S_Stop:
3162     case S_Release:
3163     case S_MovableRelease:
3164       llvm_unreachable("top-down pointer in release state!");
3165     }
3166   }
3167
3168   return NestingDetected;
3169 }
3170
3171 bool
3172 ObjCARCOpt::VisitTopDown(BasicBlock *BB,
3173                          DenseMap<const BasicBlock *, BBState> &BBStates,
3174                          DenseMap<Value *, RRInfo> &Releases) {
3175   bool NestingDetected = false;
3176   BBState &MyStates = BBStates[BB];
3177
3178   // Merge the states from each predecessor to compute the initial state
3179   // for the current block.
3180   BBState::edge_iterator PI(MyStates.pred_begin()),
3181                          PE(MyStates.pred_end());
3182   if (PI != PE) {
3183     const BasicBlock *Pred = *PI;
3184     DenseMap<const BasicBlock *, BBState>::iterator I = BBStates.find(Pred);
3185     assert(I != BBStates.end());
3186     MyStates.InitFromPred(I->second);
3187     ++PI;
3188     for (; PI != PE; ++PI) {
3189       Pred = *PI;
3190       I = BBStates.find(Pred);
3191       assert(I != BBStates.end());
3192       MyStates.MergePred(I->second);
3193     }
3194   }
3195
3196   // Visit all the instructions, top-down.
3197   for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(), E = BB->end(); I != E; ++I) {
3198     Instruction *Inst = I;
3199
3200     DEBUG(dbgs() << "ObjCARCOpt::VisitTopDown: Visiting " << *Inst << "\n");
3201
3202     NestingDetected |= VisitInstructionTopDown(Inst, Releases, MyStates);
3203   }
3204
3205   CheckForCFGHazards(BB, BBStates, MyStates);
3206   return NestingDetected;
3207 }
3208
3209 static void
3210 ComputePostOrders(Function &F,
3211                   SmallVectorImpl<BasicBlock *> &PostOrder,
3212                   SmallVectorImpl<BasicBlock *> &ReverseCFGPostOrder,
3213                   unsigned NoObjCARCExceptionsMDKind,
3214                   DenseMap<const BasicBlock *, BBState> &BBStates) {
3215   /// The visited set, for doing DFS walks.
3216   SmallPtrSet<BasicBlock *, 16> Visited;
3217
3218   // Do DFS, computing the PostOrder.
3219   SmallPtrSet<BasicBlock *, 16> OnStack;
3220   SmallVector<std::pair<BasicBlock *, succ_iterator>, 16> SuccStack;
3221
3222   // Functions always have exactly one entry block, and we don't have
3223   // any other block that we treat like an entry block.
3224   BasicBlock *EntryBB = &F.getEntryBlock();
3225   BBState &MyStates = BBStates[EntryBB];
3226   MyStates.SetAsEntry();
3227   TerminatorInst *EntryTI = cast<TerminatorInst>(&EntryBB->back());
3228   SuccStack.push_back(std::make_pair(EntryBB, succ_iterator(EntryTI)));
3229   Visited.insert(EntryBB);
3230   OnStack.insert(EntryBB);
3231   do {
3232   dfs_next_succ:
3233     BasicBlock *CurrBB = SuccStack.back().first;
3234     TerminatorInst *TI = cast<TerminatorInst>(&CurrBB->back());
3235     succ_iterator SE(TI, false);
3236
3237     while (SuccStack.back().second != SE) {
3238       BasicBlock *SuccBB = *SuccStack.back().second++;
3239       if (Visited.insert(SuccBB)) {
3240         TerminatorInst *TI = cast<TerminatorInst>(&SuccBB->back());
3241         SuccStack.push_back(std::make_pair(SuccBB, succ_iterator(TI)));
3242         BBStates[CurrBB].addSucc(SuccBB);
3243         BBState &SuccStates = BBStates[SuccBB];
3244         SuccStates.addPred(CurrBB);
3245         OnStack.insert(SuccBB);
3246         goto dfs_next_succ;
3247       }
3248
3249       if (!OnStack.count(SuccBB)) {
3250         BBStates[CurrBB].addSucc(SuccBB);
3251         BBStates[SuccBB].addPred(CurrBB);
3252       }
3253     }
3254     OnStack.erase(CurrBB);
3255     PostOrder.push_back(CurrBB);
3256     SuccStack.pop_back();
3257   } while (!SuccStack.empty());
3258
3259   Visited.clear();
3260
3261   // Do reverse-CFG DFS, computing the reverse-CFG PostOrder.
3262   // Functions may have many exits, and there also blocks which we treat
3263   // as exits due to ignored edges.
3264   SmallVector<std::pair<BasicBlock *, BBState::edge_iterator>, 16> PredStack;
3265   for (Function::iterator I = F.begin(), E = F.end(); I != E; ++I) {
3266     BasicBlock *ExitBB = I;
3267     BBState &MyStates = BBStates[ExitBB];
3268     if (!MyStates.isExit())
3269       continue;
3270
3271     MyStates.SetAsExit();
3272
3273     PredStack.push_back(std::make_pair(ExitBB, MyStates.pred_begin()));
3274     Visited.insert(ExitBB);
3275     while (!PredStack.empty()) {
3276     reverse_dfs_next_succ:
3277       BBState::edge_iterator PE = BBStates[PredStack.back().first].pred_end();
3278       while (PredStack.back().second != PE) {
3279         BasicBlock *BB = *PredStack.back().second++;
3280         if (Visited.insert(BB)) {
3281           PredStack.push_back(std::make_pair(BB, BBStates[BB].pred_begin()));
3282           goto reverse_dfs_next_succ;
3283         }
3284       }
3285       ReverseCFGPostOrder.push_back(PredStack.pop_back_val().first);
3286     }
3287   }
3288 }
3289
3290 // Visit the function both top-down and bottom-up.
3291 bool
3292 ObjCARCOpt::Visit(Function &F,
3293                   DenseMap<const BasicBlock *, BBState> &BBStates,
3294                   MapVector<Value *, RRInfo> &Retains,
3295                   DenseMap<Value *, RRInfo> &Releases) {
3296
3297   // Use reverse-postorder traversals, because we magically know that loops
3298   // will be well behaved, i.e. they won't repeatedly call retain on a single
3299   // pointer without doing a release. We can't use the ReversePostOrderTraversal
3300   // class here because we want the reverse-CFG postorder to consider each
3301   // function exit point, and we want to ignore selected cycle edges.
3302   SmallVector<BasicBlock *, 16> PostOrder;
3303   SmallVector<BasicBlock *, 16> ReverseCFGPostOrder;
3304   ComputePostOrders(F, PostOrder, ReverseCFGPostOrder,
3305                     NoObjCARCExceptionsMDKind,
3306                     BBStates);
3307
3308   // Use reverse-postorder on the reverse CFG for bottom-up.
3309   bool BottomUpNestingDetected = false;
3310   for (SmallVectorImpl<BasicBlock *>::const_reverse_iterator I =
3311        ReverseCFGPostOrder.rbegin(), E = ReverseCFGPostOrder.rend();
3312        I != E; ++I)
3313     BottomUpNestingDetected |= VisitBottomUp(*I, BBStates, Retains);
3314
3315   // Use reverse-postorder for top-down.
3316   bool TopDownNestingDetected = false;
3317   for (SmallVectorImpl<BasicBlock *>::const_reverse_iterator I =
3318        PostOrder.rbegin(), E = PostOrder.rend();
3319        I != E; ++I)
3320     TopDownNestingDetected |= VisitTopDown(*I, BBStates, Releases);
3321
3322   return TopDownNestingDetected && BottomUpNestingDetected;
3323 }
3324
3325 /// Move the calls in RetainsToMove and ReleasesToMove.
3326 void ObjCARCOpt::MoveCalls(Value *Arg,
3327                            RRInfo &RetainsToMove,
3328                            RRInfo &ReleasesToMove,
3329                            MapVector<Value *, RRInfo> &Retains,
3330                            DenseMap<Value *, RRInfo> &Releases,
3331                            SmallVectorImpl<Instruction *> &DeadInsts,
3332                            Module *M) {
3333   Type *ArgTy = Arg->getType();
3334   Type *ParamTy = PointerType::getUnqual(Type::getInt8Ty(ArgTy->getContext()));
3335
3336   // Insert the new retain and release calls.
3337   for (SmallPtrSet<Instruction *, 2>::const_iterator
3338        PI = ReleasesToMove.ReverseInsertPts.begin(),
3339        PE = ReleasesToMove.ReverseInsertPts.end(); PI != PE; ++PI) {
3340     Instruction *InsertPt = *PI;
3341     Value *MyArg = ArgTy == ParamTy ? Arg :
3342                    new BitCastInst(Arg, ParamTy, "", InsertPt);
3343     CallInst *Call =
3344       CallInst::Create(RetainsToMove.IsRetainBlock ?
3345                          getRetainBlockCallee(M) : getRetainCallee(M),
3346                        MyArg, "", InsertPt);
3347     Call->setDoesNotThrow();
3348     if (RetainsToMove.IsRetainBlock)
3349       Call->setMetadata(CopyOnEscapeMDKind,
3350                         MDNode::get(M->getContext(), ArrayRef<Value *>()));
3351     else
3352       Call->setTailCall();
3353
3354     DEBUG(dbgs() << "ObjCARCOpt::MoveCalls: Inserting new Release: " << *Call
3355                  << "\n"
3356                     "                       At insertion point: " << *InsertPt
3357                  << "\n");
3358   }
3359   for (SmallPtrSet<Instruction *, 2>::const_iterator
3360        PI = RetainsToMove.ReverseInsertPts.begin(),
3361        PE = RetainsToMove.ReverseInsertPts.end(); PI != PE; ++PI) {
3362     Instruction *InsertPt = *PI;
3363     Value *MyArg = ArgTy == ParamTy ? Arg :
3364                    new BitCastInst(Arg, ParamTy, "", InsertPt);
3365     CallInst *Call = CallInst::Create(getReleaseCallee(M), MyArg,
3366                                       "", InsertPt);
3367     // Attach a clang.imprecise_release metadata tag, if appropriate.
3368     if (MDNode *M = ReleasesToMove.ReleaseMetadata)
3369       Call->setMetadata(ImpreciseReleaseMDKind, M);
3370     Call->setDoesNotThrow();
3371     if (ReleasesToMove.IsTailCallRelease)
3372       Call->setTailCall();
3373
3374     DEBUG(dbgs() << "ObjCARCOpt::MoveCalls: Inserting new Retain: " << *Call
3375                  << "\n"
3376                     "                       At insertion point: " << *InsertPt
3377                  << "\n");
3378   }
3379
3380   // Delete the original retain and release calls.
3381   for (SmallPtrSet<Instruction *, 2>::const_iterator
3382        AI = RetainsToMove.Calls.begin(),
3383        AE = RetainsToMove.Calls.end(); AI != AE; ++AI) {
3384     Instruction *OrigRetain = *AI;
3385     Retains.blot(OrigRetain);
3386     DeadInsts.push_back(OrigRetain);
3387     DEBUG(dbgs() << "ObjCARCOpt::MoveCalls: Deleting retain: " << *OrigRetain <<
3388                     "\n");
3389   }
3390   for (SmallPtrSet<Instruction *, 2>::const_iterator
3391        AI = ReleasesToMove.Calls.begin(),
3392        AE = ReleasesToMove.Calls.end(); AI != AE; ++AI) {
3393     Instruction *OrigRelease = *AI;
3394     Releases.erase(OrigRelease);
3395     DeadInsts.push_back(OrigRelease);
3396     DEBUG(dbgs() << "ObjCARCOpt::MoveCalls: Deleting release: " << *OrigRelease
3397                  << "\n");
3398   }
3399 }
3400
3401 /// Identify pairings between the retains and releases, and delete and/or move
3402 /// them.
3403 bool
3404 ObjCARCOpt::PerformCodePlacement(DenseMap<const BasicBlock *, BBState>
3405                                    &BBStates,
3406                                  MapVector<Value *, RRInfo> &Retains,
3407                                  DenseMap<Value *, RRInfo> &Releases,
3408                                  Module *M) {
3409   bool AnyPairsCompletelyEliminated = false;
3410   RRInfo RetainsToMove;
3411   RRInfo ReleasesToMove;
3412   SmallVector<Instruction *, 4> NewRetains;
3413   SmallVector<Instruction *, 4> NewReleases;
3414   SmallVector<Instruction *, 8> DeadInsts;
3415
3416   // Visit each retain.
3417   for (MapVector<Value *, RRInfo>::const_iterator I = Retains.begin(),
3418        E = Retains.end(); I != E; ++I) {
3419     Value *V = I->first;
3420     if (!V) continue; // blotted
3421
3422     Instruction *Retain = cast<Instruction>(V);
3423
3424     DEBUG(dbgs() << "ObjCARCOpt::PerformCodePlacement: Visiting: " << *Retain
3425           << "\n");
3426
3427     Value *Arg = GetObjCArg(Retain);
3428
3429     // If the object being released is in static or stack storage, we know it's
3430     // not being managed by ObjC reference counting, so we can delete pairs
3431     // regardless of what possible decrements or uses lie between them.
3432     bool KnownSafe = isa<Constant>(Arg) || isa<AllocaInst>(Arg);
3433
3434     // A constant pointer can't be pointing to an object on the heap. It may
3435     // be reference-counted, but it won't be deleted.
3436     if (const LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(Arg))
3437       if (const GlobalVariable *GV =
3438             dyn_cast<GlobalVariable>(
3439               StripPointerCastsAndObjCCalls(LI->getPointerOperand())))
3440         if (GV->isConstant())
3441           KnownSafe = true;
3442
3443     // If a pair happens in a region where it is known that the reference count
3444     // is already incremented, we can similarly ignore possible decrements.
3445     bool KnownSafeTD = true, KnownSafeBU = true;
3446
3447     // Connect the dots between the top-down-collected RetainsToMove and
3448     // bottom-up-collected ReleasesToMove to form sets of related calls.
3449     // This is an iterative process so that we connect multiple releases
3450     // to multiple retains if needed.
3451     unsigned OldDelta = 0;
3452     unsigned NewDelta = 0;
3453     unsigned OldCount = 0;
3454     unsigned NewCount = 0;
3455     bool FirstRelease = true;
3456     bool FirstRetain = true;
3457     NewRetains.push_back(Retain);
3458     for (;;) {
3459       for (SmallVectorImpl<Instruction *>::const_iterator
3460            NI = NewRetains.begin(), NE = NewRetains.end(); NI != NE; ++NI) {
3461         Instruction *NewRetain = *NI;
3462         MapVector<Value *, RRInfo>::const_iterator It = Retains.find(NewRetain);
3463         assert(It != Retains.end());
3464         const RRInfo &NewRetainRRI = It->second;
3465         KnownSafeTD &= NewRetainRRI.KnownSafe;
3466         for (SmallPtrSet<Instruction *, 2>::const_iterator
3467              LI = NewRetainRRI.Calls.begin(),
3468              LE = NewRetainRRI.Calls.end(); LI != LE; ++LI) {
3469           Instruction *NewRetainRelease = *LI;
3470           DenseMap<Value *, RRInfo>::const_iterator Jt =
3471             Releases.find(NewRetainRelease);
3472           if (Jt == Releases.end())
3473             goto next_retain;
3474           const RRInfo &NewRetainReleaseRRI = Jt->second;
3475           assert(NewRetainReleaseRRI.Calls.count(NewRetain));
3476           if (ReleasesToMove.Calls.insert(NewRetainRelease)) {
3477             OldDelta -=
3478               BBStates[NewRetainRelease->getParent()].GetAllPathCount();
3479
3480             // Merge the ReleaseMetadata and IsTailCallRelease values.
3481             if (FirstRelease) {
3482               ReleasesToMove.ReleaseMetadata =
3483                 NewRetainReleaseRRI.ReleaseMetadata;
3484               ReleasesToMove.IsTailCallRelease =
3485                 NewRetainReleaseRRI.IsTailCallRelease;
3486               FirstRelease = false;
3487             } else {
3488               if (ReleasesToMove.ReleaseMetadata !=
3489                     NewRetainReleaseRRI.ReleaseMetadata)
3490                 ReleasesToMove.ReleaseMetadata = 0;
3491               if (ReleasesToMove.IsTailCallRelease !=
3492                     NewRetainReleaseRRI.IsTailCallRelease)
3493                 ReleasesToMove.IsTailCallRelease = false;
3494             }
3495
3496             // Collect the optimal insertion points.
3497             if (!KnownSafe)
3498               for (SmallPtrSet<Instruction *, 2>::const_iterator
3499                    RI = NewRetainReleaseRRI.ReverseInsertPts.begin(),
3500                    RE = NewRetainReleaseRRI.ReverseInsertPts.end();
3501                    RI != RE; ++RI) {
3502                 Instruction *RIP = *RI;
3503                 if (ReleasesToMove.ReverseInsertPts.insert(RIP))
3504                   NewDelta -= BBStates[RIP->getParent()].GetAllPathCount();
3505               }
3506             NewReleases.push_back(NewRetainRelease);
3507           }
3508         }
3509       }
3510       NewRetains.clear();
3511       if (NewReleases.empty()) break;
3512
3513       // Back the other way.
3514       for (SmallVectorImpl<Instruction *>::const_iterator
3515            NI = NewReleases.begin(), NE = NewReleases.end(); NI != NE; ++NI) {
3516         Instruction *NewRelease = *NI;
3517         DenseMap<Value *, RRInfo>::const_iterator It =
3518           Releases.find(NewRelease);
3519         assert(It != Releases.end());
3520         const RRInfo &NewReleaseRRI = It->second;
3521         KnownSafeBU &= NewReleaseRRI.KnownSafe;
3522         for (SmallPtrSet<Instruction *, 2>::const_iterator
3523              LI = NewReleaseRRI.Calls.begin(),
3524              LE = NewReleaseRRI.Calls.end(); LI != LE; ++LI) {
3525           Instruction *NewReleaseRetain = *LI;
3526           MapVector<Value *, RRInfo>::const_iterator Jt =
3527             Retains.find(NewReleaseRetain);
3528           if (Jt == Retains.end())
3529             goto next_retain;
3530           const RRInfo &NewReleaseRetainRRI = Jt->second;
3531           assert(NewReleaseRetainRRI.Calls.count(NewRelease));
3532           if (RetainsToMove.Calls.insert(NewReleaseRetain)) {
3533             unsigned PathCount =
3534               BBStates[NewReleaseRetain->getParent()].GetAllPathCount();
3535             OldDelta += PathCount;
3536             OldCount += PathCount;
3537
3538             // Merge the IsRetainBlock values.
3539             if (FirstRetain) {
3540               RetainsToMove.IsRetainBlock = NewReleaseRetainRRI.IsRetainBlock;
3541               FirstRetain = false;
3542             } else if (ReleasesToMove.IsRetainBlock !=
3543                        NewReleaseRetainRRI.IsRetainBlock)
3544               // It's not possible to merge the sequences if one uses
3545               // objc_retain and the other uses objc_retainBlock.
3546               goto next_retain;
3547
3548             // Collect the optimal insertion points.
3549             if (!KnownSafe)
3550               for (SmallPtrSet<Instruction *, 2>::const_iterator
3551                    RI = NewReleaseRetainRRI.ReverseInsertPts.begin(),
3552                    RE = NewReleaseRetainRRI.ReverseInsertPts.end();
3553                    RI != RE; ++RI) {
3554                 Instruction *RIP = *RI;
3555                 if (RetainsToMove.ReverseInsertPts.insert(RIP)) {
3556                   PathCount = BBStates[RIP->getParent()].GetAllPathCount();
3557                   NewDelta += PathCount;
3558                   NewCount += PathCount;
3559                 }
3560               }
3561             NewRetains.push_back(NewReleaseRetain);
3562           }
3563         }
3564       }
3565       NewReleases.clear();
3566       if (NewRetains.empty()) break;
3567     }
3568
3569     // If the pointer is known incremented or nested, we can safely delete the
3570     // pair regardless of what's between them.
3571     if (KnownSafeTD || KnownSafeBU) {
3572       RetainsToMove.ReverseInsertPts.clear();
3573       ReleasesToMove.ReverseInsertPts.clear();
3574       NewCount = 0;
3575     } else {
3576       // Determine whether the new insertion points we computed preserve the
3577       // balance of retain and release calls through the program.
3578       // TODO: If the fully aggressive solution isn't valid, try to find a
3579       // less aggressive solution which is.
3580       if (NewDelta != 0)
3581         goto next_retain;
3582     }
3583
3584     // Determine whether the original call points are balanced in the retain and
3585     // release calls through the program. If not, conservatively don't touch
3586     // them.
3587     // TODO: It's theoretically possible to do code motion in this case, as
3588     // long as the existing imbalances are maintained.
3589     if (OldDelta != 0)
3590       goto next_retain;
3591
3592     // Ok, everything checks out and we're all set. Let's move some code!
3593     Changed = true;
3594     assert(OldCount != 0 && "Unreachable code?");
3595     AnyPairsCompletelyEliminated = NewCount == 0;
3596     NumRRs += OldCount - NewCount;
3597     MoveCalls(Arg, RetainsToMove, ReleasesToMove,
3598               Retains, Releases, DeadInsts, M);
3599
3600   next_retain:
3601     NewReleases.clear();
3602     NewRetains.clear();
3603     RetainsToMove.clear();
3604     ReleasesToMove.clear();
3605   }
3606
3607   // Now that we're done moving everything, we can delete the newly dead
3608   // instructions, as we no longer need them as insert points.
3609   while (!DeadInsts.empty())
3610     EraseInstruction(DeadInsts.pop_back_val());
3611
3612   return AnyPairsCompletelyEliminated;
3613 }
3614
3615 /// Weak pointer optimizations.
3616 void ObjCARCOpt::OptimizeWeakCalls(Function &F) {
3617   // First, do memdep-style RLE and S2L optimizations. We can't use memdep
3618   // itself because it uses AliasAnalysis and we need to do provenance
3619   // queries instead.
3620   for (inst_iterator I = inst_begin(&F), E = inst_end(&F); I != E; ) {
3621     Instruction *Inst = &*I++;
3622
3623     DEBUG(dbgs() << "ObjCARCOpt::OptimizeWeakCalls: Visiting: " << *Inst <<
3624           "\n");
3625
3626     InstructionClass Class = GetBasicInstructionClass(Inst);
3627     if (Class != IC_LoadWeak && Class != IC_LoadWeakRetained)
3628       continue;
3629
3630     // Delete objc_loadWeak calls with no users.
3631     if (Class == IC_LoadWeak && Inst->use_empty()) {
3632       Inst->eraseFromParent();
3633       continue;
3634     }
3635
3636     // TODO: For now, just look for an earlier available version of this value
3637     // within the same block. Theoretically, we could do memdep-style non-local
3638     // analysis too, but that would want caching. A better approach would be to
3639     // use the technique that EarlyCSE uses.
3640     inst_iterator Current = llvm::prior(I);
3641     BasicBlock *CurrentBB = Current.getBasicBlockIterator();
3642     for (BasicBlock::iterator B = CurrentBB->begin(),
3643                               J = Current.getInstructionIterator();
3644          J != B; --J) {
3645       Instruction *EarlierInst = &*llvm::prior(J);
3646       InstructionClass EarlierClass = GetInstructionClass(EarlierInst);
3647       switch (EarlierClass) {
3648       case IC_LoadWeak:
3649       case IC_LoadWeakRetained: {
3650         // If this is loading from the same pointer, replace this load's value
3651         // with that one.
3652         CallInst *Call = cast<CallInst>(Inst);
3653         CallInst *EarlierCall = cast<CallInst>(EarlierInst);
3654         Value *Arg = Call->getArgOperand(0);
3655         Value *EarlierArg = EarlierCall->getArgOperand(0);
3656         switch (PA.getAA()->alias(Arg, EarlierArg)) {
3657         case AliasAnalysis::MustAlias:
3658           Changed = true;
3659           // If the load has a builtin retain, insert a plain retain for it.
3660           if (Class == IC_LoadWeakRetained) {
3661             CallInst *CI =
3662               CallInst::Create(getRetainCallee(F.getParent()), EarlierCall,
3663                                "", Call);
3664             CI->setTailCall();
3665           }
3666           // Zap the fully redundant load.
3667           Call->replaceAllUsesWith(EarlierCall);
3668           Call->eraseFromParent();
3669           goto clobbered;
3670         case AliasAnalysis::MayAlias:
3671         case AliasAnalysis::PartialAlias:
3672           goto clobbered;
3673         case AliasAnalysis::NoAlias:
3674           break;
3675         }
3676         break;
3677       }
3678       case IC_StoreWeak:
3679       case IC_InitWeak: {
3680         // If this is storing to the same pointer and has the same size etc.
3681         // replace this load's value with the stored value.
3682         CallInst *Call = cast<CallInst>(Inst);
3683         CallInst *EarlierCall = cast<CallInst>(EarlierInst);
3684         Value *Arg = Call->getArgOperand(0);
3685         Value *EarlierArg = EarlierCall->getArgOperand(0);
3686         switch (PA.getAA()->alias(Arg, EarlierArg)) {
3687         case AliasAnalysis::MustAlias:
3688           Changed = true;
3689           // If the load has a builtin retain, insert a plain retain for it.
3690           if (Class == IC_LoadWeakRetained) {
3691             CallInst *CI =
3692               CallInst::Create(getRetainCallee(F.getParent()), EarlierCall,
3693                                "", Call);
3694             CI->setTailCall();
3695           }
3696           // Zap the fully redundant load.
3697           Call->replaceAllUsesWith(EarlierCall->getArgOperand(1));
3698           Call->eraseFromParent();
3699           goto clobbered;
3700         case AliasAnalysis::MayAlias:
3701         case AliasAnalysis::PartialAlias:
3702           goto clobbered;
3703         case AliasAnalysis::NoAlias:
3704           break;
3705         }
3706         break;
3707       }
3708       case IC_MoveWeak:
3709       case IC_CopyWeak:
3710         // TOOD: Grab the copied value.
3711         goto clobbered;
3712       case IC_AutoreleasepoolPush:
3713       case IC_None:
3714       case IC_User:
3715         // Weak pointers are only modified through the weak entry points
3716         // (and arbitrary calls, which could call the weak entry points).
3717         break;
3718       default:
3719         // Anything else could modify the weak pointer.
3720         goto clobbered;
3721       }
3722     }
3723   clobbered:;
3724   }
3725
3726   // Then, for each destroyWeak with an alloca operand, check to see if
3727   // the alloca and all its users can be zapped.
3728   for (inst_iterator I = inst_begin(&F), E = inst_end(&F); I != E; ) {
3729     Instruction *Inst = &*I++;
3730     InstructionClass Class = GetBasicInstructionClass(Inst);
3731     if (Class != IC_DestroyWeak)
3732       continue;
3733
3734     CallInst *Call = cast<CallInst>(Inst);
3735     Value *Arg = Call->getArgOperand(0);
3736     if (AllocaInst *Alloca = dyn_cast<AllocaInst>(Arg)) {
3737       for (Value::use_iterator UI = Alloca->use_begin(),
3738            UE = Alloca->use_end(); UI != UE; ++UI) {
3739         const Instruction *UserInst = cast<Instruction>(*UI);
3740         switch (GetBasicInstructionClass(UserInst)) {
3741         case IC_InitWeak:
3742         case IC_StoreWeak:
3743         case IC_DestroyWeak:
3744           continue;
3745         default:
3746           goto done;
3747         }
3748       }
3749       Changed = true;
3750       for (Value::use_iterator UI = Alloca->use_begin(),
3751            UE = Alloca->use_end(); UI != UE; ) {
3752         CallInst *UserInst = cast<CallInst>(*UI++);
3753         switch (GetBasicInstructionClass(UserInst)) {
3754         case IC_InitWeak:
3755         case IC_StoreWeak:
3756           // These functions return their second argument.
3757           UserInst->replaceAllUsesWith(UserInst->getArgOperand(1));
3758           break;
3759         case IC_DestroyWeak:
3760           // No return value.
3761           break;
3762         default:
3763           llvm_unreachable("alloca really is used!");
3764         }
3765         UserInst->eraseFromParent();
3766       }
3767       Alloca->eraseFromParent();
3768     done:;
3769     }
3770   }
3771
3772   DEBUG(dbgs() << "ObjCARCOpt::OptimizeWeakCalls: Finished List.\n\n");
3773
3774 }
3775
3776 /// Identify program paths which execute sequences of retains and releases which
3777 /// can be eliminated.
3778 bool ObjCARCOpt::OptimizeSequences(Function &F) {
3779   /// Releases, Retains - These are used to store the results of the main flow
3780   /// analysis. These use Value* as the key instead of Instruction* so that the
3781   /// map stays valid when we get around to rewriting code and calls get
3782   /// replaced by arguments.
3783   DenseMap<Value *, RRInfo> Releases;
3784   MapVector<Value *, RRInfo> Retains;
3785
3786   /// This is used during the traversal of the function to track the
3787   /// states for each identified object at each block.
3788   DenseMap<const BasicBlock *, BBState> BBStates;
3789
3790   // Analyze the CFG of the function, and all instructions.
3791   bool NestingDetected = Visit(F, BBStates, Retains, Releases);
3792
3793   // Transform.
3794   return PerformCodePlacement(BBStates, Retains, Releases, F.getParent()) &&
3795          NestingDetected;
3796 }
3797
3798 /// Look for this pattern:
3799 /// \code
3800 ///    %call = call i8* @something(...)
3801 ///    %2 = call i8* @objc_retain(i8* %call)
3802 ///    %3 = call i8* @objc_autorelease(i8* %2)
3803 ///    ret i8* %3
3804 /// \endcode
3805 /// And delete the retain and autorelease.
3806 ///
3807 /// Otherwise if it's just this:
3808 /// \code
3809 ///    %3 = call i8* @objc_autorelease(i8* %2)
3810 ///    ret i8* %3
3811 /// \endcode
3812 /// convert the autorelease to autoreleaseRV.
3813 void ObjCARCOpt::OptimizeReturns(Function &F) {
3814   if (!F.getReturnType()->isPointerTy())
3815     return;
3816
3817   SmallPtrSet<Instruction *, 4> DependingInstructions;
3818   SmallPtrSet<const BasicBlock *, 4> Visited;
3819   for (Function::iterator FI = F.begin(), FE = F.end(); FI != FE; ++FI) {
3820     BasicBlock *BB = FI;
3821     ReturnInst *Ret = dyn_cast<ReturnInst>(&BB->back());
3822
3823     DEBUG(dbgs() << "ObjCARCOpt::OptimizeReturns: Visiting: " << *Ret << "\n");
3824
3825     if (!Ret) continue;
3826
3827     const Value *Arg = StripPointerCastsAndObjCCalls(Ret->getOperand(0));
3828     FindDependencies(NeedsPositiveRetainCount, Arg,
3829                      BB, Ret, DependingInstructions, Visited, PA);
3830     if (DependingInstructions.size() != 1)
3831       goto next_block;
3832
3833     {
3834       CallInst *Autorelease =
3835         dyn_cast_or_null<CallInst>(*DependingInstructions.begin());
3836       if (!Autorelease)
3837         goto next_block;
3838       InstructionClass AutoreleaseClass = GetBasicInstructionClass(Autorelease);
3839       if (!IsAutorelease(AutoreleaseClass))
3840         goto next_block;
3841       if (GetObjCArg(Autorelease) != Arg)
3842         goto next_block;
3843
3844       DependingInstructions.clear();
3845       Visited.clear();
3846
3847       // Check that there is nothing that can affect the reference
3848       // count between the autorelease and the retain.
3849       FindDependencies(CanChangeRetainCount, Arg,
3850                        BB, Autorelease, DependingInstructions, Visited, PA);
3851       if (DependingInstructions.size() != 1)
3852         goto next_block;
3853
3854       {
3855         CallInst *Retain =
3856           dyn_cast_or_null<CallInst>(*DependingInstructions.begin());
3857
3858         // Check that we found a retain with the same argument.
3859         if (!Retain ||
3860             !IsRetain(GetBasicInstructionClass(Retain)) ||
3861             GetObjCArg(Retain) != Arg)
3862           goto next_block;
3863
3864         DependingInstructions.clear();
3865         Visited.clear();
3866
3867         // Convert the autorelease to an autoreleaseRV, since it's
3868         // returning the value.
3869         if (AutoreleaseClass == IC_Autorelease) {
3870           DEBUG(dbgs() << "ObjCARCOpt::OptimizeReturns: Converting autorelease "
3871                           "=> autoreleaseRV since it's returning a value.\n"
3872                           "                             In: " << *Autorelease
3873                        << "\n");
3874           Autorelease->setCalledFunction(getAutoreleaseRVCallee(F.getParent()));
3875           DEBUG(dbgs() << "                             Out: " << *Autorelease
3876                        << "\n");
3877           Autorelease->setTailCall(); // Always tail call autoreleaseRV.
3878           AutoreleaseClass = IC_AutoreleaseRV;
3879         }
3880
3881         // Check that there is nothing that can affect the reference
3882         // count between the retain and the call.
3883         // Note that Retain need not be in BB.
3884         FindDependencies(CanChangeRetainCount, Arg, Retain->getParent(), Retain,
3885                          DependingInstructions, Visited, PA);
3886         if (DependingInstructions.size() != 1)
3887           goto next_block;
3888
3889         {
3890           CallInst *Call =
3891             dyn_cast_or_null<CallInst>(*DependingInstructions.begin());
3892
3893           // Check that the pointer is the return value of the call.
3894           if (!Call || Arg != Call)
3895             goto next_block;
3896
3897           // Check that the call is a regular call.
3898           InstructionClass Class = GetBasicInstructionClass(Call);
3899           if (Class != IC_CallOrUser && Class != IC_Call)
3900             goto next_block;
3901
3902           // If so, we can zap the retain and autorelease.
3903           Changed = true;
3904           ++NumRets;
3905           DEBUG(dbgs() << "ObjCARCOpt::OptimizeReturns: Erasing: " << *Retain
3906                        << "\n                             Erasing: "
3907                        << *Autorelease << "\n");
3908           EraseInstruction(Retain);
3909           EraseInstruction(Autorelease);
3910         }
3911       }
3912     }
3913
3914   next_block:
3915     DependingInstructions.clear();
3916     Visited.clear();
3917   }
3918
3919   DEBUG(dbgs() << "ObjCARCOpt::OptimizeReturns: Finished List.\n\n");
3920
3921 }
3922
3923 bool ObjCARCOpt::doInitialization(Module &M) {
3924   if (!EnableARCOpts)
3925     return false;
3926
3927   // If nothing in the Module uses ARC, don't do anything.
3928   Run = ModuleHasARC(M);
3929   if (!Run)
3930     return false;
3931
3932   // Identify the imprecise release metadata kind.
3933   ImpreciseReleaseMDKind =
3934     M.getContext().getMDKindID("clang.imprecise_release");
3935   CopyOnEscapeMDKind =
3936     M.getContext().getMDKindID("clang.arc.copy_on_escape");
3937   NoObjCARCExceptionsMDKind =
3938     M.getContext().getMDKindID("clang.arc.no_objc_arc_exceptions");
3939
3940   // Intuitively, objc_retain and others are nocapture, however in practice
3941   // they are not, because they return their argument value. And objc_release
3942   // calls finalizers which can have arbitrary side effects.
3943
3944   // These are initialized lazily.
3945   RetainRVCallee = 0;
3946   AutoreleaseRVCallee = 0;
3947   ReleaseCallee = 0;
3948   RetainCallee = 0;
3949   RetainBlockCallee = 0;
3950   AutoreleaseCallee = 0;
3951
3952   return false;
3953 }
3954
3955 bool ObjCARCOpt::runOnFunction(Function &F) {
3956   if (!EnableARCOpts)
3957     return false;
3958
3959   // If nothing in the Module uses ARC, don't do anything.
3960   if (!Run)
3961     return false;
3962
3963   Changed = false;
3964
3965   DEBUG(dbgs() << "ObjCARCOpt: Visiting Function: " << F.getName() << "\n");
3966
3967   PA.setAA(&getAnalysis<AliasAnalysis>());
3968
3969   // This pass performs several distinct transformations. As a compile-time aid
3970   // when compiling code that isn't ObjC, skip these if the relevant ObjC
3971   // library functions aren't declared.
3972
3973   // Preliminary optimizations. This also computs UsedInThisFunction.
3974   OptimizeIndividualCalls(F);
3975
3976   // Optimizations for weak pointers.
3977   if (UsedInThisFunction & ((1 << IC_LoadWeak) |
3978                             (1 << IC_LoadWeakRetained) |
3979                             (1 << IC_StoreWeak) |
3980                             (1 << IC_InitWeak) |
3981                             (1 << IC_CopyWeak) |
3982                             (1 << IC_MoveWeak) |
3983                             (1 << IC_DestroyWeak)))
3984     OptimizeWeakCalls(F);
3985
3986   // Optimizations for retain+release pairs.
3987   if (UsedInThisFunction & ((1 << IC_Retain) |
3988                             (1 << IC_RetainRV) |
3989                             (1 << IC_RetainBlock)))
3990     if (UsedInThisFunction & (1 << IC_Release))
3991       // Run OptimizeSequences until it either stops making changes or
3992       // no retain+release pair nesting is detected.
3993       while (OptimizeSequences(F)) {}
3994
3995   // Optimizations if objc_autorelease is used.
3996   if (UsedInThisFunction & ((1 << IC_Autorelease) |
3997                             (1 << IC_AutoreleaseRV)))
3998     OptimizeReturns(F);
3999
4000   DEBUG(dbgs() << "\n");
4001
4002   return Changed;
4003 }
4004
4005 void ObjCARCOpt::releaseMemory() {
4006   PA.clear();
4007 }
4008
4009 /// @}
4010 ///
4011 /// \defgroup ARCContract ARC Contraction.
4012 /// @{
4013
4014 // TODO: ObjCARCContract could insert PHI nodes when uses aren't
4015 // dominated by single calls.
4016
4017 #include "llvm/Analysis/Dominators.h"
4018 #include "llvm/IR/InlineAsm.h"
4019 #include "llvm/IR/Operator.h"
4020
4021 STATISTIC(NumStoreStrongs, "Number objc_storeStrong calls formed");
4022
4023 namespace {
4024   /// \brief Late ARC optimizations
4025   ///
4026   /// These change the IR in a way that makes it difficult to be analyzed by
4027   /// ObjCARCOpt, so it's run late.
4028   class ObjCARCContract : public FunctionPass {
4029     bool Changed;
4030     AliasAnalysis *AA;
4031     DominatorTree *DT;
4032     ProvenanceAnalysis PA;
4033
4034     /// A flag indicating whether this optimization pass should run.
4035     bool Run;
4036
4037     /// Declarations for ObjC runtime functions, for use in creating calls to
4038     /// them. These are initialized lazily to avoid cluttering up the Module
4039     /// with unused declarations.
4040
4041     /// Declaration for objc_storeStrong().
4042     Constant *StoreStrongCallee;
4043     /// Declaration for objc_retainAutorelease().
4044     Constant *RetainAutoreleaseCallee;
4045     /// Declaration for objc_retainAutoreleaseReturnValue().
4046     Constant *RetainAutoreleaseRVCallee;
4047
4048     /// The inline asm string to insert between calls and RetainRV calls to make
4049     /// the optimization work on targets which need it.
4050     const MDString *RetainRVMarker;
4051
4052     /// The set of inserted objc_storeStrong calls. If at the end of walking the
4053     /// function we have found no alloca instructions, these calls can be marked
4054     /// "tail".
4055     SmallPtrSet<CallInst *, 8> StoreStrongCalls;
4056
4057     Constant *getStoreStrongCallee(Module *M);
4058     Constant *getRetainAutoreleaseCallee(Module *M);
4059     Constant *getRetainAutoreleaseRVCallee(Module *M);
4060
4061     bool ContractAutorelease(Function &F, Instruction *Autorelease,
4062                              InstructionClass Class,
4063                              SmallPtrSet<Instruction *, 4>
4064                                &DependingInstructions,
4065                              SmallPtrSet<const BasicBlock *, 4>
4066                                &Visited);
4067
4068     void ContractRelease(Instruction *Release,
4069                          inst_iterator &Iter);
4070
4071     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const;
4072     virtual bool doInitialization(Module &M);
4073     virtual bool runOnFunction(Function &F);
4074
4075   public:
4076     static char ID;
4077     ObjCARCContract() : FunctionPass(ID) {
4078       initializeObjCARCContractPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
4079     }
4080   };
4081 }
4082
4083 char ObjCARCContract::ID = 0;
4084 INITIALIZE_PASS_BEGIN(ObjCARCContract,
4085                       "objc-arc-contract", "ObjC ARC contraction", false, false)
4086 INITIALIZE_AG_DEPENDENCY(AliasAnalysis)
4087 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(DominatorTree)
4088 INITIALIZE_PASS_END(ObjCARCContract,
4089                     "objc-arc-contract", "ObjC ARC contraction", false, false)
4090
4091 Pass *llvm::createObjCARCContractPass() {
4092   return new ObjCARCContract();
4093 }
4094
4095 void ObjCARCContract::getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
4096   AU.addRequired<AliasAnalysis>();
4097   AU.addRequired<DominatorTree>();
4098   AU.setPreservesCFG();
4099 }
4100
4101 Constant *ObjCARCContract::getStoreStrongCallee(Module *M) {
4102   if (!StoreStrongCallee) {
4103     LLVMContext &C = M->getContext();
4104     Type *I8X = PointerType::getUnqual(Type::getInt8Ty(C));
4105     Type *I8XX = PointerType::getUnqual(I8X);
4106     Type *Params[] = { I8XX, I8X };
4107
4108     AttributeSet Attr = AttributeSet()
4109       .addAttribute(M->getContext(), AttributeSet::FunctionIndex,
4110                     Attribute::NoUnwind)
4111       .addAttribute(M->getContext(), 1, Attribute::NoCapture);
4112
4113     StoreStrongCallee =
4114       M->getOrInsertFunction(
4115         "objc_storeStrong",
4116         FunctionType::get(Type::getVoidTy(C), Params, /*isVarArg=*/false),
4117         Attr);
4118   }
4119   return StoreStrongCallee;
4120 }
4121
4122 Constant *ObjCARCContract::getRetainAutoreleaseCallee(Module *M) {
4123   if (!RetainAutoreleaseCallee) {
4124     LLVMContext &C = M->getContext();
4125     Type *I8X = PointerType::getUnqual(Type::getInt8Ty(C));
4126     Type *Params[] = { I8X };
4127     FunctionType *FTy = FunctionType::get(I8X, Params, /*isVarArg=*/false);
4128     AttributeSet Attribute =
4129       AttributeSet().addAttribute(M->getContext(), AttributeSet::FunctionIndex,
4130                                   Attribute::NoUnwind);
4131     RetainAutoreleaseCallee =
4132       M->getOrInsertFunction("objc_retainAutorelease", FTy, Attribute);
4133   }
4134   return RetainAutoreleaseCallee;
4135 }
4136
4137 Constant *ObjCARCContract::getRetainAutoreleaseRVCallee(Module *M) {
4138   if (!RetainAutoreleaseRVCallee) {
4139     LLVMContext &C = M->getContext();
4140     Type *I8X = PointerType::getUnqual(Type::getInt8Ty(C));
4141     Type *Params[] = { I8X };
4142     FunctionType *FTy = FunctionType::get(I8X, Params, /*isVarArg=*/false);
4143     AttributeSet Attribute =
4144       AttributeSet().addAttribute(M->getContext(), AttributeSet::FunctionIndex,
4145                                   Attribute::NoUnwind);
4146     RetainAutoreleaseRVCallee =
4147       M->getOrInsertFunction("objc_retainAutoreleaseReturnValue", FTy,
4148                              Attribute);
4149   }
4150   return RetainAutoreleaseRVCallee;
4151 }
4152
4153 /// Merge an autorelease with a retain into a fused call.
4154 bool
4155 ObjCARCContract::ContractAutorelease(Function &F, Instruction *Autorelease,
4156                                      InstructionClass Class,
4157                                      SmallPtrSet<Instruction *, 4>
4158                                        &DependingInstructions,
4159                                      SmallPtrSet<const BasicBlock *, 4>
4160                                        &Visited) {
4161   const Value *Arg = GetObjCArg(Autorelease);
4162
4163   // Check that there are no instructions between the retain and the autorelease
4164   // (such as an autorelease_pop) which may change the count.
4165   CallInst *Retain = 0;
4166   if (Class == IC_AutoreleaseRV)
4167     FindDependencies(RetainAutoreleaseRVDep, Arg,
4168                      Autorelease->getParent(), Autorelease,
4169                      DependingInstructions, Visited, PA);
4170   else
4171     FindDependencies(RetainAutoreleaseDep, Arg,
4172                      Autorelease->getParent(), Autorelease,
4173                      DependingInstructions, Visited, PA);
4174
4175   Visited.clear();
4176   if (DependingInstructions.size() != 1) {
4177     DependingInstructions.clear();
4178     return false;
4179   }
4180
4181   Retain = dyn_cast_or_null<CallInst>(*DependingInstructions.begin());
4182   DependingInstructions.clear();
4183
4184   if (!Retain ||
4185       GetBasicInstructionClass(Retain) != IC_Retain ||
4186       GetObjCArg(Retain) != Arg)
4187     return false;
4188
4189   Changed = true;
4190   ++NumPeeps;
4191
4192   DEBUG(dbgs() << "ObjCARCContract::ContractAutorelease: Fusing "
4193                   "retain/autorelease. Erasing: " << *Autorelease << "\n"
4194                   "                                      Old Retain: "
4195                << *Retain << "\n");
4196
4197   if (Class == IC_AutoreleaseRV)
4198     Retain->setCalledFunction(getRetainAutoreleaseRVCallee(F.getParent()));
4199   else
4200     Retain->setCalledFunction(getRetainAutoreleaseCallee(F.getParent()));
4201
4202   DEBUG(dbgs() << "                                      New Retain: "
4203                << *Retain << "\n");
4204
4205   EraseInstruction(Autorelease);
4206   return true;
4207 }
4208
4209 /// Attempt to merge an objc_release with a store, load, and objc_retain to form
4210 /// an objc_storeStrong. This can be a little tricky because the instructions
4211 /// don't always appear in order, and there may be unrelated intervening
4212 /// instructions.
4213 void ObjCARCContract::ContractRelease(Instruction *Release,
4214                                       inst_iterator &Iter) {
4215   LoadInst *Load = dyn_cast<LoadInst>(GetObjCArg(Release));
4216   if (!Load || !Load->isSimple()) return;
4217
4218   // For now, require everything to be in one basic block.
4219   BasicBlock *BB = Release->getParent();
4220   if (Load->getParent() != BB) return;
4221
4222   // Walk down to find the store and the release, which may be in either order.
4223   BasicBlock::iterator I = Load, End = BB->end();
4224   ++I;
4225   AliasAnalysis::Location Loc = AA->getLocation(Load);
4226   StoreInst *Store = 0;
4227   bool SawRelease = false;
4228   for (; !Store || !SawRelease; ++I) {
4229     if (I == End)
4230       return;
4231
4232     Instruction *Inst = I;
4233     if (Inst == Release) {
4234       SawRelease = true;
4235       continue;
4236     }
4237
4238     InstructionClass Class = GetBasicInstructionClass(Inst);
4239
4240     // Unrelated retains are harmless.
4241     if (IsRetain(Class))
4242       continue;
4243
4244     if (Store) {
4245       // The store is the point where we're going to put the objc_storeStrong,
4246       // so make sure there are no uses after it.
4247       if (CanUse(Inst, Load, PA, Class))
4248         return;
4249     } else if (AA->getModRefInfo(Inst, Loc) & AliasAnalysis::Mod) {
4250       // We are moving the load down to the store, so check for anything
4251       // else which writes to the memory between the load and the store.
4252       Store = dyn_cast<StoreInst>(Inst);
4253       if (!Store || !Store->isSimple()) return;
4254       if (Store->getPointerOperand() != Loc.Ptr) return;
4255     }
4256   }
4257
4258   Value *New = StripPointerCastsAndObjCCalls(Store->getValueOperand());
4259
4260   // Walk up to find the retain.
4261   I = Store;
4262   BasicBlock::iterator Begin = BB->begin();
4263   while (I != Begin && GetBasicInstructionClass(I) != IC_Retain)
4264     --I;
4265   Instruction *Retain = I;
4266   if (GetBasicInstructionClass(Retain) != IC_Retain) return;
4267   if (GetObjCArg(Retain) != New) return;
4268
4269   Changed = true;
4270   ++NumStoreStrongs;
4271
4272   LLVMContext &C = Release->getContext();
4273   Type *I8X = PointerType::getUnqual(Type::getInt8Ty(C));
4274   Type *I8XX = PointerType::getUnqual(I8X);
4275
4276   Value *Args[] = { Load->getPointerOperand(), New };
4277   if (Args[0]->getType() != I8XX)
4278     Args[0] = new BitCastInst(Args[0], I8XX, "", Store);
4279   if (Args[1]->getType() != I8X)
4280     Args[1] = new BitCastInst(Args[1], I8X, "", Store);
4281   CallInst *StoreStrong =
4282     CallInst::Create(getStoreStrongCallee(BB->getParent()->getParent()),
4283                      Args, "", Store);
4284   StoreStrong->setDoesNotThrow();
4285   StoreStrong->setDebugLoc(Store->getDebugLoc());
4286
4287   // We can't set the tail flag yet, because we haven't yet determined
4288   // whether there are any escaping allocas. Remember this call, so that
4289   // we can set the tail flag once we know it's safe.
4290   StoreStrongCalls.insert(StoreStrong);
4291
4292   if (&*Iter == Store) ++Iter;
4293   Store->eraseFromParent();
4294   Release->eraseFromParent();
4295   EraseInstruction(Retain);
4296   if (Load->use_empty())
4297     Load->eraseFromParent();
4298 }
4299
4300 bool ObjCARCContract::doInitialization(Module &M) {
4301   // If nothing in the Module uses ARC, don't do anything.
4302   Run = ModuleHasARC(M);
4303   if (!Run)
4304     return false;
4305
4306   // These are initialized lazily.
4307   StoreStrongCallee = 0;
4308   RetainAutoreleaseCallee = 0;
4309   RetainAutoreleaseRVCallee = 0;
4310
4311   // Initialize RetainRVMarker.
4312   RetainRVMarker = 0;
4313   if (NamedMDNode *NMD =
4314         M.getNamedMetadata("clang.arc.retainAutoreleasedReturnValueMarker"))
4315     if (NMD->getNumOperands() == 1) {
4316       const MDNode *N = NMD->getOperand(0);
4317       if (N->getNumOperands() == 1)
4318         if (const MDString *S = dyn_cast<MDString>(N->getOperand(0)))
4319           RetainRVMarker = S;
4320     }
4321
4322   return false;
4323 }
4324
4325 bool ObjCARCContract::runOnFunction(Function &F) {
4326   if (!EnableARCOpts)
4327     return false;
4328
4329   // If nothing in the Module uses ARC, don't do anything.
4330   if (!Run)
4331     return false;
4332
4333   Changed = false;
4334   AA = &getAnalysis<AliasAnalysis>();
4335   DT = &getAnalysis<DominatorTree>();
4336
4337   PA.setAA(&getAnalysis<AliasAnalysis>());
4338
4339   // Track whether it's ok to mark objc_storeStrong calls with the "tail"
4340   // keyword. Be conservative if the function has variadic arguments.
4341   // It seems that functions which "return twice" are also unsafe for the
4342   // "tail" argument, because they are setjmp, which could need to
4343   // return to an earlier stack state.
4344   bool TailOkForStoreStrongs = !F.isVarArg() &&
4345                                !F.callsFunctionThatReturnsTwice();
4346
4347   // For ObjC library calls which return their argument, replace uses of the
4348   // argument with uses of the call return value, if it dominates the use. This
4349   // reduces register pressure.
4350   SmallPtrSet<Instruction *, 4> DependingInstructions;
4351   SmallPtrSet<const BasicBlock *, 4> Visited;
4352   for (inst_iterator I = inst_begin(&F), E = inst_end(&F); I != E; ) {
4353     Instruction *Inst = &*I++;
4354
4355     DEBUG(dbgs() << "ObjCARCContract: Visiting: " << *Inst << "\n");
4356
4357     // Only these library routines return their argument. In particular,
4358     // objc_retainBlock does not necessarily return its argument.
4359     InstructionClass Class = GetBasicInstructionClass(Inst);
4360     switch (Class) {
4361     case IC_Retain:
4362     case IC_FusedRetainAutorelease:
4363     case IC_FusedRetainAutoreleaseRV:
4364       break;
4365     case IC_Autorelease:
4366     case IC_AutoreleaseRV:
4367       if (ContractAutorelease(F, Inst, Class, DependingInstructions, Visited))
4368         continue;
4369       break;
4370     case IC_RetainRV: {
4371       // If we're compiling for a target which needs a special inline-asm
4372       // marker to do the retainAutoreleasedReturnValue optimization,
4373       // insert it now.
4374       if (!RetainRVMarker)
4375         break;
4376       BasicBlock::iterator BBI = Inst;
4377       BasicBlock *InstParent = Inst->getParent();
4378
4379       // Step up to see if the call immediately precedes the RetainRV call.
4380       // If it's an invoke, we have to cross a block boundary. And we have
4381       // to carefully dodge no-op instructions.
4382       do {
4383         if (&*BBI == InstParent->begin()) {
4384           BasicBlock *Pred = InstParent->getSinglePredecessor();
4385           if (!Pred)
4386             goto decline_rv_optimization;
4387           BBI = Pred->getTerminator();
4388           break;
4389         }
4390         --BBI;
4391       } while (isNoopInstruction(BBI));
4392
4393       if (&*BBI == GetObjCArg(Inst)) {
4394         DEBUG(dbgs() << "ObjCARCContract: Adding inline asm marker for "
4395                         "retainAutoreleasedReturnValue optimization.\n");
4396         Changed = true;
4397         InlineAsm *IA =
4398           InlineAsm::get(FunctionType::get(Type::getVoidTy(Inst->getContext()),
4399                                            /*isVarArg=*/false),
4400                          RetainRVMarker->getString(),
4401                          /*Constraints=*/"", /*hasSideEffects=*/true);
4402         CallInst::Create(IA, "", Inst);
4403       }
4404     decline_rv_optimization:
4405       break;
4406     }
4407     case IC_InitWeak: {
4408       // objc_initWeak(p, null) => *p = null
4409       CallInst *CI = cast<CallInst>(Inst);
4410       if (isNullOrUndef(CI->getArgOperand(1))) {
4411         Value *Null =
4412           ConstantPointerNull::get(cast<PointerType>(CI->getType()));
4413         Changed = true;
4414         new StoreInst(Null, CI->getArgOperand(0), CI);
4415
4416         DEBUG(dbgs() << "OBJCARCContract: Old = " << *CI << "\n"
4417                      << "                 New = " << *Null << "\n");
4418
4419         CI->replaceAllUsesWith(Null);
4420         CI->eraseFromParent();
4421       }
4422       continue;
4423     }
4424     case IC_Release:
4425       ContractRelease(Inst, I);
4426       continue;
4427     case IC_User:
4428       // Be conservative if the function has any alloca instructions.
4429       // Technically we only care about escaping alloca instructions,
4430       // but this is sufficient to handle some interesting cases.
4431       if (isa<AllocaInst>(Inst))
4432         TailOkForStoreStrongs = false;
4433       continue;
4434     default:
4435       continue;
4436     }
4437
4438     DEBUG(dbgs() << "ObjCARCContract: Finished List.\n\n");
4439
4440     // Don't use GetObjCArg because we don't want to look through bitcasts
4441     // and such; to do the replacement, the argument must have type i8*.
4442     const Value *Arg = cast<CallInst>(Inst)->getArgOperand(0);
4443     for (;;) {
4444       // If we're compiling bugpointed code, don't get in trouble.
4445       if (!isa<Instruction>(Arg) && !isa<Argument>(Arg))
4446         break;
4447       // Look through the uses of the pointer.
4448       for (Value::const_use_iterator UI = Arg->use_begin(), UE = Arg->use_end();
4449            UI != UE; ) {
4450         Use &U = UI.getUse();
4451         unsigned OperandNo = UI.getOperandNo();
4452         ++UI; // Increment UI now, because we may unlink its element.
4453
4454         // If the call's return value dominates a use of the call's argument
4455         // value, rewrite the use to use the return value. We check for
4456         // reachability here because an unreachable call is considered to
4457         // trivially dominate itself, which would lead us to rewriting its
4458         // argument in terms of its return value, which would lead to
4459         // infinite loops in GetObjCArg.
4460         if (DT->isReachableFromEntry(U) && DT->dominates(Inst, U)) {
4461           Changed = true;
4462           Instruction *Replacement = Inst;
4463           Type *UseTy = U.get()->getType();
4464           if (PHINode *PHI = dyn_cast<PHINode>(U.getUser())) {
4465             // For PHI nodes, insert the bitcast in the predecessor block.
4466             unsigned ValNo = PHINode::getIncomingValueNumForOperand(OperandNo);
4467             BasicBlock *BB = PHI->getIncomingBlock(ValNo);
4468             if (Replacement->getType() != UseTy)
4469               Replacement = new BitCastInst(Replacement, UseTy, "",
4470                                             &BB->back());
4471             // While we're here, rewrite all edges for this PHI, rather
4472             // than just one use at a time, to minimize the number of
4473             // bitcasts we emit.
4474             for (unsigned i = 0, e = PHI->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
4475               if (PHI->getIncomingBlock(i) == BB) {
4476                 // Keep the UI iterator valid.
4477                 if (&PHI->getOperandUse(
4478                       PHINode::getOperandNumForIncomingValue(i)) ==
4479                     &UI.getUse())
4480                   ++UI;
4481                 PHI->setIncomingValue(i, Replacement);
4482               }
4483           } else {
4484             if (Replacement->getType() != UseTy)
4485               Replacement = new BitCastInst(Replacement, UseTy, "",
4486                                             cast<Instruction>(U.getUser()));
4487             U.set(Replacement);
4488           }
4489         }
4490       }
4491
4492       // If Arg is a no-op casted pointer, strip one level of casts and iterate.
4493       if (const BitCastInst *BI = dyn_cast<BitCastInst>(Arg))
4494         Arg = BI->getOperand(0);
4495       else if (isa<GEPOperator>(Arg) &&
4496                cast<GEPOperator>(Arg)->hasAllZeroIndices())
4497         Arg = cast<GEPOperator>(Arg)->getPointerOperand();
4498       else if (isa<GlobalAlias>(Arg) &&
4499                !cast<GlobalAlias>(Arg)->mayBeOverridden())
4500         Arg = cast<GlobalAlias>(Arg)->getAliasee();
4501       else
4502         break;
4503     }
4504   }
4505
4506   // If this function has no escaping allocas or suspicious vararg usage,
4507   // objc_storeStrong calls can be marked with the "tail" keyword.
4508   if (TailOkForStoreStrongs)
4509     for (SmallPtrSet<CallInst *, 8>::iterator I = StoreStrongCalls.begin(),
4510          E = StoreStrongCalls.end(); I != E; ++I)
4511       (*I)->setTailCall();
4512   StoreStrongCalls.clear();
4513
4514   return Changed;
4515 }
4516
4517 /// @}
4518 ///