Improve tail call elimination to handle the switch statement.
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / Scalar / TailRecursionElimination.cpp
index 14c4d8bdc7478593473ee3ec092cd30d6e9d48bd..4119cb9db41c5279b34529469f1aee232df7b56c 100644 (file)
@@ -2,8 +2,8 @@
 //
 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
 //
-// This file was developed by the LLVM research group and is distributed under
-// the University of Illinois Open Source License. See LICENSE.TXT for details.
+// This file is distributed under the University of Illinois Open Source
+// License. See LICENSE.TXT for details.
 //
 //===----------------------------------------------------------------------===//
 //
@@ -25,7 +25,7 @@
 //     unlikely, that the return returns something else (like constant 0), and
 //     can still be TRE'd.  It can be TRE'd if ALL OTHER return instructions in
 //     the function return the exact same value.
-//  4. If it can prove that callees do not access theier caller stack frame,
+//  4. If it can prove that callees do not access their caller stack frame,
 //     they are marked as eligible for tail call elimination (by the code
 //     generator).
 //
 //
 //===----------------------------------------------------------------------===//
 
+#define DEBUG_TYPE "tailcallelim"
 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
+#include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
 #include "llvm/Constants.h"
 #include "llvm/DerivedTypes.h"
 #include "llvm/Function.h"
 #include "llvm/Instructions.h"
 #include "llvm/Pass.h"
+#include "llvm/Analysis/CaptureTracking.h"
 #include "llvm/Support/CFG.h"
 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
 using namespace llvm;
 
-namespace {
-  Statistic<> NumEliminated("tailcallelim", "Number of tail calls removed");
-  Statistic<> NumAccumAdded("tailcallelim","Number of accumulators introduced");
+STATISTIC(NumEliminated, "Number of tail calls removed");
+STATISTIC(NumAccumAdded, "Number of accumulators introduced");
 
+namespace {
   struct TailCallElim : public FunctionPass {
+    static char ID; // Pass identification, replacement for typeid
+    TailCallElim() : FunctionPass(&ID) {}
+
     virtual bool runOnFunction(Function &F);
 
   private:
     bool ProcessReturningBlock(ReturnInst *RI, BasicBlock *&OldEntry,
                                bool &TailCallsAreMarkedTail,
-                               std::vector<PHINode*> &ArgumentPHIs,
+                               SmallVector<PHINode*, 8> &ArgumentPHIs,
                                bool CannotTailCallElimCallsMarkedTail);
     bool CanMoveAboveCall(Instruction *I, CallInst *CI);
     Value *CanTransformAccumulatorRecursion(Instruction *I, CallInst *CI);
   };
-  RegisterPass<TailCallElim> X("tailcallelim", "Tail Call Elimination");
 }
 
+char TailCallElim::ID = 0;
+static RegisterPass<TailCallElim> X("tailcallelim", "Tail Call Elimination");
+
 // Public interface to the TailCallElimination pass
 FunctionPass *llvm::createTailCallEliminationPass() {
   return new TailCallElim();
 }
 
-
 /// AllocaMightEscapeToCalls - Return true if this alloca may be accessed by
 /// callees of this function.  We only do very simple analysis right now, this
 /// could be expanded in the future to use mod/ref information for particular
@@ -93,7 +100,7 @@ static bool AllocaMightEscapeToCalls(AllocaInst *AI) {
   return true;
 }
 
-/// FunctionContainsAllocas - Scan the specified basic block for alloca
+/// CheckForEscapingAllocas - Scan the specified basic block for alloca
 /// instructions.  If it contains any that might be accessed by calls, return
 /// true.
 static bool CheckForEscapingAllocas(BasicBlock *BB,
@@ -106,7 +113,7 @@ static bool CheckForEscapingAllocas(BasicBlock *BB,
       // If this alloca is in the body of the function, or if it is a variable
       // sized allocation, we cannot tail call eliminate calls marked 'tail'
       // with this mechanism.
-      if (BB != &BB->getParent()->front() ||
+      if (BB != &BB->getParent()->getEntryBlock() ||
           !isa<ConstantInt>(AI->getArraySize()))
         CannotTCETailMarkedCall = true;
     }
@@ -120,7 +127,7 @@ bool TailCallElim::runOnFunction(Function &F) {
 
   BasicBlock *OldEntry = 0;
   bool TailCallsAreMarkedTail = false;
-  std::vector<PHINode*> ArgumentPHIs;
+  SmallVector<PHINode*, 8> ArgumentPHIs;
   bool MadeChange = false;
 
   bool FunctionContainsEscapingAllocas = false;
@@ -147,7 +154,6 @@ bool TailCallElim::runOnFunction(Function &F) {
   /// happen.  This bug is PR962.
   if (FunctionContainsEscapingAllocas)
     return false;
-  
 
   // Second pass, change any tail calls to loops.
   for (Function::iterator BB = F.begin(), E = F.end(); BB != E; ++BB)
@@ -161,7 +167,6 @@ bool TailCallElim::runOnFunction(Function &F) {
   // occurs when a function passes an argument straight through to its tail
   // call.
   if (!ArgumentPHIs.empty()) {
-    unsigned NumIncoming = ArgumentPHIs[0]->getNumIncomingValues();
     for (unsigned i = 0, e = ArgumentPHIs.size(); i != e; ++i) {
       PHINode *PN = ArgumentPHIs[i];
 
@@ -179,8 +184,10 @@ bool TailCallElim::runOnFunction(Function &F) {
   if (!FunctionContainsEscapingAllocas)
     for (Function::iterator BB = F.begin(), E = F.end(); BB != E; ++BB)
       for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(), E = BB->end(); I != E; ++I)
-        if (CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(I))
+        if (CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(I)) {
           CI->setTailCall();
+          MadeChange = true;
+        }
 
   return MadeChange;
 }
@@ -193,8 +200,21 @@ bool TailCallElim::runOnFunction(Function &F) {
 bool TailCallElim::CanMoveAboveCall(Instruction *I, CallInst *CI) {
   // FIXME: We can move load/store/call/free instructions above the call if the
   // call does not mod/ref the memory location being processed.
-  if (I->mayWriteToMemory() || isa<LoadInst>(I))
+  if (I->mayHaveSideEffects())  // This also handles volatile loads.
     return false;
+  
+  if (LoadInst *L = dyn_cast<LoadInst>(I)) {
+    // Loads may always be moved above calls without side effects.
+    if (CI->mayHaveSideEffects()) {
+      // Non-volatile loads may be moved above a call with side effects if it
+      // does not write to memory and the load provably won't trap.
+      // FIXME: Writes to memory only matter if they may alias the pointer
+      // being loaded from.
+      if (CI->mayWriteToMemory() ||
+          !isSafeToLoadUnconditionally(L->getPointerOperand(), L))
+        return false;
+    }
+  }
 
   // Otherwise, if this is a side-effect free instruction, check to make sure
   // that it does not use the return value of the call.  If it doesn't use the
@@ -214,7 +234,7 @@ bool TailCallElim::CanMoveAboveCall(Instruction *I, CallInst *CI) {
 // We currently handle static constants and arguments that are not modified as
 // part of the recursion.
 //
-static bool isDynamicConstant(Value *V, CallInst *CI) {
+static bool isDynamicConstant(Value *V, CallInst *CI, ReturnInst *RI) {
   if (isa<Constant>(V)) return true; // Static constants are always dyn consts
 
   // Check to see if this is an immutable argument, if so, the value
@@ -232,6 +252,15 @@ static bool isDynamicConstant(Value *V, CallInst *CI) {
     if (CI->getOperand(ArgNo+1) == Arg)
       return true;
   }
+
+  // Switch cases are always constant integers. If the value is being switched
+  // on and the return is only reachable from one of its cases, it's
+  // effectively constant.
+  if (BasicBlock *UniquePred = RI->getParent()->getUniquePredecessor())
+    if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(UniquePred->getTerminator()))
+      if (SI->getCondition() == V)
+        return SI->getDefaultDest() != RI->getParent();
+
   // Not a constant or immutable argument, we can't safely transform.
   return false;
 }
@@ -253,7 +282,7 @@ static Value *getCommonReturnValue(ReturnInst *TheRI, CallInst *CI) {
         // evaluatable at the start of the initial invocation of the function,
         // instead of at the end of the evaluation.
         //
-        if (!isDynamicConstant(RetOp, CI))
+        if (!isDynamicConstant(RetOp, CI, RI))
           return 0;
 
         if (ReturnedValue && RetOp != ReturnedValue)
@@ -274,8 +303,8 @@ Value *TailCallElim::CanTransformAccumulatorRecursion(Instruction *I,
          "Associative operations should have 2 args!");
 
   // Exactly one operand should be the result of the call instruction...
-  if (I->getOperand(0) == CI && I->getOperand(1) == CI ||
-      I->getOperand(0) != CI && I->getOperand(1) != CI)
+  if ((I->getOperand(0) == CI && I->getOperand(1) == CI) ||
+      (I->getOperand(0) != CI && I->getOperand(1) != CI))
     return 0;
 
   // The only user of this instruction we allow is a single return instruction.
@@ -290,13 +319,22 @@ Value *TailCallElim::CanTransformAccumulatorRecursion(Instruction *I,
 
 bool TailCallElim::ProcessReturningBlock(ReturnInst *Ret, BasicBlock *&OldEntry,
                                          bool &TailCallsAreMarkedTail,
-                                         std::vector<PHINode*> &ArgumentPHIs,
+                                         SmallVector<PHINode*, 8> &ArgumentPHIs,
                                        bool CannotTailCallElimCallsMarkedTail) {
   BasicBlock *BB = Ret->getParent();
   Function *F = BB->getParent();
 
   if (&BB->front() == Ret) // Make sure there is something before the ret...
     return false;
+  
+  // If the return is in the entry block, then making this transformation would
+  // turn infinite recursion into an infinite loop.  This transformation is ok
+  // in theory, but breaks some code like:
+  //   double fabs(double f) { return __builtin_fabs(f); } // a 'fabs' call
+  // disable this xform in this case, because the code generator will lower the
+  // call to fabs into inline code.
+  if (BB == &F->getEntryBlock())
+    return false;
 
   // Scan backwards from the return, checking to see if there is a tail call in
   // this block.  If so, set CI to it.
@@ -349,7 +387,7 @@ bool TailCallElim::ProcessReturningBlock(ReturnInst *Ret, BasicBlock *&OldEntry,
   // of the call and return void, ignore the value of the call and return a
   // constant, return the value returned by the tail call, or that are being
   // accumulator recursion variable eliminated.
-  if (Ret->getNumOperands() != 0 && Ret->getReturnValue() != CI &&
+  if (Ret->getNumOperands() == 1 && Ret->getReturnValue() != CI &&
       !isa<UndefValue>(Ret->getReturnValue()) &&
       AccumulatorRecursionEliminationInitVal == 0 &&
       !getCommonReturnValue(Ret, CI))
@@ -359,9 +397,10 @@ bool TailCallElim::ProcessReturningBlock(ReturnInst *Ret, BasicBlock *&OldEntry,
   // create the new entry block, allowing us to branch back to the old entry.
   if (OldEntry == 0) {
     OldEntry = &F->getEntryBlock();
-    std::string OldName = OldEntry->getName(); OldEntry->setName("tailrecurse");
-    BasicBlock *NewEntry = new BasicBlock(OldName, F, OldEntry);
-    new BranchInst(OldEntry, NewEntry);
+    BasicBlock *NewEntry = BasicBlock::Create(F->getContext(), "", F, OldEntry);
+    NewEntry->takeName(OldEntry);
+    OldEntry->setName("tailrecurse");
+    BranchInst::Create(OldEntry, NewEntry);
 
     // If this tail call is marked 'tail' and if there are any allocas in the
     // entry block, move them up to the new entry block.
@@ -381,7 +420,8 @@ bool TailCallElim::ProcessReturningBlock(ReturnInst *Ret, BasicBlock *&OldEntry,
     Instruction *InsertPos = OldEntry->begin();
     for (Function::arg_iterator I = F->arg_begin(), E = F->arg_end();
          I != E; ++I) {
-      PHINode *PN = new PHINode(I->getType(), I->getName()+".tr", InsertPos);
+      PHINode *PN = PHINode::Create(I->getType(),
+                                    I->getName() + ".tr", InsertPos);
       I->replaceAllUsesWith(PN); // Everyone use the PHI node now!
       PN->addIncoming(I, NewEntry);
       ArgumentPHIs.push_back(PN);
@@ -411,8 +451,8 @@ bool TailCallElim::ProcessReturningBlock(ReturnInst *Ret, BasicBlock *&OldEntry,
   if (AccumulatorRecursionEliminationInitVal) {
     Instruction *AccRecInstr = AccumulatorRecursionInstr;
     // Start by inserting a new PHI node for the accumulator.
-    PHINode *AccPN = new PHINode(AccRecInstr->getType(), "accumulator.tr",
-                                 OldEntry->begin());
+    PHINode *AccPN = PHINode::Create(AccRecInstr->getType(), "accumulator.tr",
+                                     OldEntry->begin());
 
     // Loop over all of the predecessors of the tail recursion block.  For the
     // real entry into the function we seed the PHI with the initial value,
@@ -448,7 +488,7 @@ bool TailCallElim::ProcessReturningBlock(ReturnInst *Ret, BasicBlock *&OldEntry,
 
   // Now that all of the PHI nodes are in place, remove the call and
   // ret instructions, replacing them with an unconditional branch.
-  new BranchInst(OldEntry, Ret);
+  BranchInst::Create(OldEntry, Ret);
   BB->getInstList().erase(Ret);  // Remove return.
   BB->getInstList().erase(CI);   // Remove call.
   ++NumEliminated;