lib/Analysis/InlineCost.cpp

   1 //===- InlineCost.cpp - Cost analysis for inliner -------------------------===//
   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 //
  10 // This file implements inline cost analysis.
  11 //
  12 //===----------------------------------------------------------------------===//
  13
  14 #include "llvm/Analysis/InlineCost.h"
  15 #include "llvm/Support/CallSite.h"
  16 #include "llvm/CallingConv.h"
  17 #include "llvm/IntrinsicInst.h"
  18 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
  19 using namespace llvm;
  20
  21 // CountCodeReductionForConstant - Figure out an approximation for how many
  22 // instructions will be constant folded if the specified value is constant.
  23 //
  24 unsigned InlineCostAnalyzer::FunctionInfo::
  25          CountCodeReductionForConstant(Value *V) {
  26   unsigned Reduction = 0;
  27   for (Value::use_iterator UI = V->use_begin(), E = V->use_end(); UI != E; ++UI)
  28     if (isa<BranchInst>(*UI))
  29       Reduction += 40;          // Eliminating a conditional branch is a big win
  30     else if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(*UI))
  31       // Eliminating a switch is a big win, proportional to the number of edges
  32       // deleted.
  33       Reduction += (SI->getNumSuccessors()-1) * 40;
  34     else if (isa<IndirectBrInst>(*UI))
  35       // Eliminating an indirect branch is a big win.
  36       Reduction += 200;
  37     else if (CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(*UI)) {
  38       // Turning an indirect call into a direct call is a BIG win
  39       Reduction += CI->getCalledValue() == V ? 500 : 0;
  40     } else if (InvokeInst *II = dyn_cast<InvokeInst>(*UI)) {
  41       // Turning an indirect call into a direct call is a BIG win
  42       Reduction += II->getCalledValue() == V ? 500 : 0;
  43     } else {
  44       // Figure out if this instruction will be removed due to simple constant
  45       // propagation.
  46       Instruction &Inst = cast<Instruction>(**UI);
  47
  48       // We can't constant propagate instructions which have effects or
  49       // read memory.
  50       //
  51       // FIXME: It would be nice to capture the fact that a load from a
  52       // pointer-to-constant-global is actually a *really* good thing to zap.
  53       // Unfortunately, we don't know the pointer that may get propagated here,
  54       // so we can't make this decision.
  55       if (Inst.mayReadFromMemory() || Inst.mayHaveSideEffects() ||
  56           isa<AllocaInst>(Inst))
  57         continue;
  58
  59       bool AllOperandsConstant = true;
  60       for (unsigned i = 0, e = Inst.getNumOperands(); i != e; ++i)
  61         if (!isa<Constant>(Inst.getOperand(i)) && Inst.getOperand(i) != V) {
  62           AllOperandsConstant = false;
  63           break;
  64         }
  65
  66       if (AllOperandsConstant) {
  67         // We will get to remove this instruction...
  68         Reduction += 7;
  69
  70         // And any other instructions that use it which become constants
  71         // themselves.
  72         Reduction += CountCodeReductionForConstant(&Inst);
  73       }
  74     }
  75
  76   return Reduction;
  77 }
  78
  79 // CountCodeReductionForAlloca - Figure out an approximation of how much smaller
  80 // the function will be if it is inlined into a context where an argument
  81 // becomes an alloca.
  82 //
  83 unsigned InlineCostAnalyzer::FunctionInfo::
  84          CountCodeReductionForAlloca(Value *V) {
  85   if (!isa<PointerType>(V->getType())) return 0;  // Not a pointer
  86   unsigned Reduction = 0;
  87   for (Value::use_iterator UI = V->use_begin(), E = V->use_end(); UI != E;++UI){
  88     Instruction *I = cast<Instruction>(*UI);
  89     if (isa<LoadInst>(I) || isa<StoreInst>(I))
  90       Reduction += 10;
  91     else if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(I)) {
  92       // If the GEP has variable indices, we won't be able to do much with it.
  93       if (!GEP->hasAllConstantIndices())
  94         Reduction += CountCodeReductionForAlloca(GEP)+15;
  95     } else {
  96       // If there is some other strange instruction, we're not going to be able
  97       // to do much if we inline this.
  98       return 0;
  99     }
 100   }
 101
 102   return Reduction;
 103 }
 104
 105 /// analyzeBasicBlock - Fill in the current structure with information gleaned
 106 /// from the specified block.
 107 void CodeMetrics::analyzeBasicBlock(const BasicBlock *BB) {
 108   ++NumBlocks;
 109
 110   for (BasicBlock::const_iterator II = BB->begin(), E = BB->end();
 111        II != E; ++II) {
 112     if (isa<PHINode>(II)) continue;           // PHI nodes don't count.
 113
 114     // Special handling for calls.
 115     if (isa<CallInst>(II) || isa<InvokeInst>(II)) {
 116       if (isa<DbgInfoIntrinsic>(II))
 117         continue;  // Debug intrinsics don't count as size.
 118
 119       CallSite CS = CallSite::get(const_cast<Instruction*>(&*II));
 120
 121       // If this function contains a call to setjmp or _setjmp, never inline
 122       // it.  This is a hack because we depend on the user marking their local
 123       // variables as volatile if they are live across a setjmp call, and they
 124       // probably won't do this in callers.
 125       if (Function *F = CS.getCalledFunction())
 126         if (F->isDeclaration() &&
 127             (F->getName() == "setjmp" || F->getName() == "_setjmp"))
 128           NeverInline = true;
 129
 130       // Calls often compile into many machine instructions.  Bump up their
 131       // cost to reflect this.
 132       if (!isa<IntrinsicInst>(II))
 133         NumInsts += InlineConstants::CallPenalty;
 134     }
 135
 136     if (const AllocaInst *AI = dyn_cast<AllocaInst>(II)) {
 137       if (!AI->isStaticAlloca())
 138         this->usesDynamicAlloca = true;
 139     }
 140
 141     if (isa<ExtractElementInst>(II) || isa<VectorType>(II->getType()))
 142       ++NumVectorInsts;
 143
 144     // Noop casts, including ptr <-> int,  don't count.
 145     if (const CastInst *CI = dyn_cast<CastInst>(II)) {
 146       if (CI->isLosslessCast() || isa<IntToPtrInst>(CI) ||
 147           isa<PtrToIntInst>(CI))
 148         continue;
 149     } else if (const GetElementPtrInst *GEPI =
 150                dyn_cast<GetElementPtrInst>(II)) {
 151       // If a GEP has all constant indices, it will probably be folded with
 152       // a load/store.
 153       if (GEPI->hasAllConstantIndices())
 154         continue;
 155     }
 156
 157     if (isa<ReturnInst>(II))
 158       ++NumRets;
 159
 160     ++NumInsts;
 161   }
 162 }
 163
 164 /// analyzeFunction - Fill in the current structure with information gleaned
 165 /// from the specified function.
 166 void CodeMetrics::analyzeFunction(Function *F) {
 167   // Look at the size of the callee.
 168   for (Function::const_iterator BB = F->begin(), E = F->end(); BB != E; ++BB)
 169     analyzeBasicBlock(&*BB);
 170 }
 171
 172 /// analyzeFunction - Fill in the current structure with information gleaned
 173 /// from the specified function.
 174 void InlineCostAnalyzer::FunctionInfo::analyzeFunction(Function *F) {
 175   Metrics.analyzeFunction(F);
 176
 177   // A function with exactly one return has it removed during the inlining
 178   // process (see InlineFunction), so don't count it.
 179   // FIXME: This knowledge should really be encoded outside of FunctionInfo.
 180   if (Metrics.NumRets==1)
 181     --Metrics.NumInsts;
 182
 183   // Check out all of the arguments to the function, figuring out how much
 184   // code can be eliminated if one of the arguments is a constant.
 185   for (Function::arg_iterator I = F->arg_begin(), E = F->arg_end(); I != E; ++I)
 186     ArgumentWeights.push_back(ArgInfo(CountCodeReductionForConstant(I),
 187                                       CountCodeReductionForAlloca(I)));
 188 }
 189
 190 // getInlineCost - The heuristic used to determine if we should inline the
 191 // function call or not.
 192 //
 193 InlineCost InlineCostAnalyzer::getInlineCost(CallSite CS,
 194                                SmallPtrSet<const Function *, 16> &NeverInline) {
 195   Instruction *TheCall = CS.getInstruction();
 196   Function *Callee = CS.getCalledFunction();
 197   Function *Caller = TheCall->getParent()->getParent();
 198
 199   // Don't inline functions which can be redefined at link-time to mean
 200   // something else.  Don't inline functions marked noinline.
 201   if (Callee->mayBeOverridden() ||
 202       Callee->hasFnAttr(Attribute::NoInline) || NeverInline.count(Callee))
 203     return llvm::InlineCost::getNever();
 204
 205   // InlineCost - This value measures how good of an inline candidate this call
 206   // site is to inline.  A lower inline cost make is more likely for the call to
 207   // be inlined.  This value may go negative.
 208   //
 209   int InlineCost = 0;
 210
 211   // If there is only one call of the function, and it has internal linkage,
 212   // make it almost guaranteed to be inlined.
 213   //
 214   if (Callee->hasLocalLinkage() && Callee->hasOneUse())
 215     InlineCost += InlineConstants::LastCallToStaticBonus;
 216
 217   // If this function uses the coldcc calling convention, prefer not to inline
 218   // it.
 219   if (Callee->getCallingConv() == CallingConv::Cold)
 220     InlineCost += InlineConstants::ColdccPenalty;
 221
 222   // If the instruction after the call, or if the normal destination of the
 223   // invoke is an unreachable instruction, the function is noreturn.  As such,
 224   // there is little point in inlining this.
 225   if (InvokeInst *II = dyn_cast<InvokeInst>(TheCall)) {
 226     if (isa<UnreachableInst>(II->getNormalDest()->begin()))
 227       InlineCost += InlineConstants::NoreturnPenalty;
 228   } else if (isa<UnreachableInst>(++BasicBlock::iterator(TheCall)))
 229     InlineCost += InlineConstants::NoreturnPenalty;
 230
 231   // Get information about the callee...
 232   FunctionInfo &CalleeFI = CachedFunctionInfo[Callee];
 233
 234   // If we haven't calculated this information yet, do so now.
 235   if (CalleeFI.Metrics.NumBlocks == 0)
 236     CalleeFI.analyzeFunction(Callee);
 237
 238   // If we should never inline this, return a huge cost.
 239   if (CalleeFI.Metrics.NeverInline)
 240     return InlineCost::getNever();
 241
 242   // FIXME: It would be nice to kill off CalleeFI.NeverInline. Then we
 243   // could move this up and avoid computing the FunctionInfo for
 244   // things we are going to just return always inline for. This
 245   // requires handling setjmp somewhere else, however.
 246   if (!Callee->isDeclaration() && Callee->hasFnAttr(Attribute::AlwaysInline))
 247     return InlineCost::getAlways();
 248
 249   if (CalleeFI.Metrics.usesDynamicAlloca) {
 250     // Get infomation about the caller...
 251     FunctionInfo &CallerFI = CachedFunctionInfo[Caller];
 252
 253     // If we haven't calculated this information yet, do so now.
 254     if (CallerFI.Metrics.NumBlocks == 0)
 255       CallerFI.analyzeFunction(Caller);
 256
 257     // Don't inline a callee with dynamic alloca into a caller without them.
 258     // Functions containing dynamic alloca's are inefficient in various ways;
 259     // don't create more inefficiency.
 260     if (!CallerFI.Metrics.usesDynamicAlloca)
 261       return InlineCost::getNever();
 262   }
 263
 264   // Add to the inline quality for properties that make the call valuable to
 265   // inline.  This includes factors that indicate that the result of inlining
 266   // the function will be optimizable.  Currently this just looks at arguments
 267   // passed into the function.
 268   //
 269   unsigned ArgNo = 0;
 270   for (CallSite::arg_iterator I = CS.arg_begin(), E = CS.arg_end();
 271        I != E; ++I, ++ArgNo) {
 272     // Each argument passed in has a cost at both the caller and the callee
 273     // sides.  This favors functions that take many arguments over functions
 274     // that take few arguments.
 275     InlineCost -= 20;
 276
 277     // If this is a function being passed in, it is very likely that we will be
 278     // able to turn an indirect function call into a direct function call.
 279     if (isa<Function>(I))
 280       InlineCost -= 100;
 281
 282     // If an alloca is passed in, inlining this function is likely to allow
 283     // significant future optimization possibilities (like scalar promotion, and
 284     // scalarization), so encourage the inlining of the function.
 285     //
 286     else if (isa<AllocaInst>(I)) {
 287       if (ArgNo < CalleeFI.ArgumentWeights.size())
 288         InlineCost -= CalleeFI.ArgumentWeights[ArgNo].AllocaWeight;
 289
 290       // If this is a constant being passed into the function, use the argument
 291       // weights calculated for the callee to determine how much will be folded
 292       // away with this information.
 293     } else if (isa<Constant>(I)) {
 294       if (ArgNo < CalleeFI.ArgumentWeights.size())
 295         InlineCost -= CalleeFI.ArgumentWeights[ArgNo].ConstantWeight;
 296     }
 297   }
 298
 299   // Now that we have considered all of the factors that make the call site more
 300   // likely to be inlined, look at factors that make us not want to inline it.
 301
 302   // Don't inline into something too big, which would make it bigger.
 303   // "size" here is the number of basic blocks, not instructions.
 304   //
 305   InlineCost += Caller->size()/15;
 306
 307   // Look at the size of the callee. Each instruction counts as 5.
 308   InlineCost += CalleeFI.Metrics.NumInsts*5;
 309
 310   return llvm::InlineCost::get(InlineCost);
 311 }
 312
 313 // getInlineFudgeFactor - Return a > 1.0 factor if the inliner should use a
 314 // higher threshold to determine if the function call should be inlined.
 315 float InlineCostAnalyzer::getInlineFudgeFactor(CallSite CS) {
 316   Function *Callee = CS.getCalledFunction();
 317
 318   // Get information about the callee...
 319   FunctionInfo &CalleeFI = CachedFunctionInfo[Callee];
 320
 321   // If we haven't calculated this information yet, do so now.
 322   if (CalleeFI.Metrics.NumBlocks == 0)
 323     CalleeFI.analyzeFunction(Callee);
 324
 325   float Factor = 1.0f;
 326   // Single BB functions are often written to be inlined.
 327   if (CalleeFI.Metrics.NumBlocks == 1)
 328     Factor += 0.5f;
 329
 330   // Be more aggressive if the function contains a good chunk (if it mades up
 331   // at least 10% of the instructions) of vector instructions.
 332   if (CalleeFI.Metrics.NumVectorInsts > CalleeFI.Metrics.NumInsts/2)
 333     Factor += 2.0f;
 334   else if (CalleeFI.Metrics.NumVectorInsts > CalleeFI.Metrics.NumInsts/10)
 335     Factor += 1.5f;
 336   return Factor;
 337 }