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, CodeMetrics &Metrics) {
  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) || isa<SwitchInst>(*UI)) {
  29       // We will be able to eliminate all but one of the successors.
  30       const TerminatorInst &TI = cast<TerminatorInst>(**UI);
  31       const unsigned NumSucc = TI.getNumSuccessors();
  32       unsigned Instrs = 0;
  33       for (unsigned I = 0; I != NumSucc; ++I)
  34         Instrs += Metrics.NumBBInsts[TI.getSuccessor(I)];
  35       // We don't know which blocks will be eliminated, so use the average size.
  36       Reduction += InlineConstants::InstrCost*Instrs*(NumSucc-1)/NumSucc;
  37     } else if (CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(*UI)) {
  38       // Turning an indirect call into a direct call is a BIG win
  39       if (CI->getCalledValue() == V)
  40         Reduction += InlineConstants::IndirectCallBonus;
  41     } else if (InvokeInst *II = dyn_cast<InvokeInst>(*UI)) {
  42       // Turning an indirect call into a direct call is a BIG win
  43       if (II->getCalledValue() == V)
  44         Reduction += InlineConstants::IndirectCallBonus;
  45     } else {
  46       // Figure out if this instruction will be removed due to simple constant
  47       // propagation.
  48       Instruction &Inst = cast<Instruction>(**UI);
  49
  50       // We can't constant propagate instructions which have effects or
  51       // read memory.
  52       //
  53       // FIXME: It would be nice to capture the fact that a load from a
  54       // pointer-to-constant-global is actually a *really* good thing to zap.
  55       // Unfortunately, we don't know the pointer that may get propagated here,
  56       // so we can't make this decision.
  57       if (Inst.mayReadFromMemory() || Inst.mayHaveSideEffects() ||
  58           isa<AllocaInst>(Inst))
  59         continue;
  60
  61       bool AllOperandsConstant = true;
  62       for (unsigned i = 0, e = Inst.getNumOperands(); i != e; ++i)
  63         if (!isa<Constant>(Inst.getOperand(i)) && Inst.getOperand(i) != V) {
  64           AllOperandsConstant = false;
  65           break;
  66         }
  67
  68       if (AllOperandsConstant) {
  69         // We will get to remove this instruction...
  70         Reduction += InlineConstants::InstrCost;
  71
  72         // And any other instructions that use it which become constants
  73         // themselves.
  74         Reduction += CountCodeReductionForConstant(&Inst, Metrics);
  75       }
  76     }
  77
  78   return Reduction;
  79 }
  80
  81 // CountCodeReductionForAlloca - Figure out an approximation of how much smaller
  82 // the function will be if it is inlined into a context where an argument
  83 // becomes an alloca.
  84 //
  85 unsigned InlineCostAnalyzer::FunctionInfo::
  86          CountCodeReductionForAlloca(Value *V) {
  87   if (!V->getType()->isPointerTy()) return 0;  // Not a pointer
  88   unsigned Reduction = 0;
  89   for (Value::use_iterator UI = V->use_begin(), E = V->use_end(); UI != E;++UI){
  90     Instruction *I = cast<Instruction>(*UI);
  91     if (isa<LoadInst>(I) || isa<StoreInst>(I))
  92       Reduction += InlineConstants::InstrCost;
  93     else if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(I)) {
  94       // If the GEP has variable indices, we won't be able to do much with it.
  95       if (GEP->hasAllConstantIndices())
  96         Reduction += CountCodeReductionForAlloca(GEP);
  97     } else if (BitCastInst *BCI = dyn_cast<BitCastInst>(I)) {
  98       // Track pointer through bitcasts.
  99       Reduction += CountCodeReductionForAlloca(BCI);
 100     } else {
 101       // If there is some other strange instruction, we're not going to be able
 102       // to do much if we inline this.
 103       return 0;
 104     }
 105   }
 106
 107   return Reduction;
 108 }
 109
 110 // callIsSmall - If a call is likely to lower to a single target instruction, or
 111 // is otherwise deemed small return true.
 112 // TODO: Perhaps calls like memcpy, strcpy, etc?
 113 static bool callIsSmall(const Function *F) {
 114   if (!F) return false;
 115
 116   if (F->hasLocalLinkage()) return false;
 117
 118   if (!F->hasName()) return false;
 119
 120   StringRef Name = F->getName();
 121
 122   // These will all likely lower to a single selection DAG node.
 123   if (Name == "copysign" || Name == "copysignf" ||
 124       Name == "fabs" || Name == "fabsf" || Name == "fabsl" ||
 125       Name == "sin" || Name == "sinf" || Name == "sinl" ||
 126       Name == "cos" || Name == "cosf" || Name == "cosl" ||
 127       Name == "sqrt" || Name == "sqrtf" || Name == "sqrtl" )
 128     return true;
 129
 130   // These are all likely to be optimized into something smaller.
 131   if (Name == "pow" || Name == "powf" || Name == "powl" ||
 132       Name == "exp2" || Name == "exp2l" || Name == "exp2f" ||
 133       Name == "floor" || Name == "floorf" || Name == "ceil" ||
 134       Name == "round" || Name == "ffs" || Name == "ffsl" ||
 135       Name == "abs" || Name == "labs" || Name == "llabs")
 136     return true;
 137
 138   return false;
 139 }
 140
 141 /// analyzeBasicBlock - Fill in the current structure with information gleaned
 142 /// from the specified block.
 143 void CodeMetrics::analyzeBasicBlock(const BasicBlock *BB) {
 144   ++NumBlocks;
 145   unsigned NumInstsInThisBB = 0;
 146   for (BasicBlock::const_iterator II = BB->begin(), E = BB->end();
 147        II != E; ++II) {
 148     if (isa<PHINode>(II)) continue;           // PHI nodes don't count.
 149
 150     // Special handling for calls.
 151     if (isa<CallInst>(II) || isa<InvokeInst>(II)) {
 152       if (isa<DbgInfoIntrinsic>(II))
 153         continue;  // Debug intrinsics don't count as size.
 154
 155       CallSite CS = CallSite::get(const_cast<Instruction*>(&*II));
 156
 157       // If this function contains a call to setjmp or _setjmp, never inline
 158       // it.  This is a hack because we depend on the user marking their local
 159       // variables as volatile if they are live across a setjmp call, and they
 160       // probably won't do this in callers.
 161       if (Function *F = CS.getCalledFunction())
 162         if (F->isDeclaration() &&
 163             (F->getName() == "setjmp" || F->getName() == "_setjmp"))
 164           NeverInline = true;
 165
 166       if (!isa<IntrinsicInst>(II) && !callIsSmall(CS.getCalledFunction())) {
 167         // Each argument to a call takes on average one instruction to set up.
 168         NumInsts += CS.arg_size();
 169         ++NumCalls;
 170       }
 171     }
 172
 173     if (const AllocaInst *AI = dyn_cast<AllocaInst>(II)) {
 174       if (!AI->isStaticAlloca())
 175         this->usesDynamicAlloca = true;
 176     }
 177
 178     if (isa<ExtractElementInst>(II) || II->getType()->isVectorTy())
 179       ++NumVectorInsts;
 180
 181     if (const CastInst *CI = dyn_cast<CastInst>(II)) {
 182       // Noop casts, including ptr <-> int,  don't count.
 183       if (CI->isLosslessCast() || isa<IntToPtrInst>(CI) ||
 184           isa<PtrToIntInst>(CI))
 185         continue;
 186       // Result of a cmp instruction is often extended (to be used by other
 187       // cmp instructions, logical or return instructions). These are usually
 188       // nop on most sane targets.
 189       if (isa<CmpInst>(CI->getOperand(0)))
 190         continue;
 191     } else if (const GetElementPtrInst *GEPI = dyn_cast<GetElementPtrInst>(II)){
 192       // If a GEP has all constant indices, it will probably be folded with
 193       // a load/store.
 194       if (GEPI->hasAllConstantIndices())
 195         continue;
 196     }
 197
 198     ++NumInsts;
 199     ++NumInstsInThisBB;
 200   }
 201
 202   if (isa<ReturnInst>(BB->getTerminator()))
 203     ++NumRets;
 204
 205   // We never want to inline functions that contain an indirectbr.  This is
 206   // incorrect because all the blockaddress's (in static global initializers
 207   // for example) would be referring to the original function, and this indirect
 208   // jump would jump from the inlined copy of the function into the original
 209   // function which is extremely undefined behavior.
 210   if (isa<IndirectBrInst>(BB->getTerminator()))
 211     NeverInline = true;
 212
 213   // Remember NumInsts for this BB.
 214   NumBBInsts[BB] = NumInstsInThisBB;
 215 }
 216
 217 /// analyzeFunction - Fill in the current structure with information gleaned
 218 /// from the specified function.
 219 void CodeMetrics::analyzeFunction(Function *F) {
 220   // Look at the size of the callee.
 221   for (Function::const_iterator BB = F->begin(), E = F->end(); BB != E; ++BB)
 222     analyzeBasicBlock(&*BB);
 223 }
 224
 225 /// analyzeFunction - Fill in the current structure with information gleaned
 226 /// from the specified function.
 227 void InlineCostAnalyzer::FunctionInfo::analyzeFunction(Function *F) {
 228   Metrics.analyzeFunction(F);
 229
 230   // A function with exactly one return has it removed during the inlining
 231   // process (see InlineFunction), so don't count it.
 232   // FIXME: This knowledge should really be encoded outside of FunctionInfo.
 233   if (Metrics.NumRets==1)
 234     --Metrics.NumInsts;
 235
 236   // Don't bother calculating argument weights if we are never going to inline
 237   // the function anyway.
 238   if (Metrics.NeverInline)
 239     return;
 240
 241   // Check out all of the arguments to the function, figuring out how much
 242   // code can be eliminated if one of the arguments is a constant.
 243   ArgumentWeights.reserve(F->arg_size());
 244   for (Function::arg_iterator I = F->arg_begin(), E = F->arg_end(); I != E; ++I)
 245     ArgumentWeights.
 246       push_back(ArgInfo(CountCodeReductionForConstant(I, Metrics),
 247                         CountCodeReductionForAlloca(I)));
 248 }
 249
 250 // getInlineCost - The heuristic used to determine if we should inline the
 251 // function call or not.
 252 //
 253 InlineCost InlineCostAnalyzer::getInlineCost(CallSite CS,
 254                                SmallPtrSet<const Function *, 16> &NeverInline) {
 255   Instruction *TheCall = CS.getInstruction();
 256   Function *Callee = CS.getCalledFunction();
 257   Function *Caller = TheCall->getParent()->getParent();
 258
 259   // Don't inline functions which can be redefined at link-time to mean
 260   // something else.  Don't inline functions marked noinline.
 261   if (Callee->mayBeOverridden() ||
 262       Callee->hasFnAttr(Attribute::NoInline) || NeverInline.count(Callee))
 263     return llvm::InlineCost::getNever();
 264
 265   // InlineCost - This value measures how good of an inline candidate this call
 266   // site is to inline.  A lower inline cost make is more likely for the call to
 267   // be inlined.  This value may go negative.
 268   //
 269   int InlineCost = 0;
 270
 271   // If there is only one call of the function, and it has internal linkage,
 272   // make it almost guaranteed to be inlined.
 273   //
 274   if (Callee->hasLocalLinkage() && Callee->hasOneUse())
 275     InlineCost += InlineConstants::LastCallToStaticBonus;
 276
 277   // If this function uses the coldcc calling convention, prefer not to inline
 278   // it.
 279   if (Callee->getCallingConv() == CallingConv::Cold)
 280     InlineCost += InlineConstants::ColdccPenalty;
 281
 282   // If the instruction after the call, or if the normal destination of the
 283   // invoke is an unreachable instruction, the function is noreturn.  As such,
 284   // there is little point in inlining this.
 285   if (InvokeInst *II = dyn_cast<InvokeInst>(TheCall)) {
 286     if (isa<UnreachableInst>(II->getNormalDest()->begin()))
 287       InlineCost += InlineConstants::NoreturnPenalty;
 288   } else if (isa<UnreachableInst>(++BasicBlock::iterator(TheCall)))
 289     InlineCost += InlineConstants::NoreturnPenalty;
 290
 291   // Get information about the callee...
 292   FunctionInfo &CalleeFI = CachedFunctionInfo[Callee];
 293
 294   // If we haven't calculated this information yet, do so now.
 295   if (CalleeFI.Metrics.NumBlocks == 0)
 296     CalleeFI.analyzeFunction(Callee);
 297
 298   // If we should never inline this, return a huge cost.
 299   if (CalleeFI.Metrics.NeverInline)
 300     return InlineCost::getNever();
 301
 302   // FIXME: It would be nice to kill off CalleeFI.NeverInline. Then we
 303   // could move this up and avoid computing the FunctionInfo for
 304   // things we are going to just return always inline for. This
 305   // requires handling setjmp somewhere else, however.
 306   if (!Callee->isDeclaration() && Callee->hasFnAttr(Attribute::AlwaysInline))
 307     return InlineCost::getAlways();
 308
 309   if (CalleeFI.Metrics.usesDynamicAlloca) {
 310     // Get infomation about the caller...
 311     FunctionInfo &CallerFI = CachedFunctionInfo[Caller];
 312
 313     // If we haven't calculated this information yet, do so now.
 314     if (CallerFI.Metrics.NumBlocks == 0)
 315       CallerFI.analyzeFunction(Caller);
 316
 317     // Don't inline a callee with dynamic alloca into a caller without them.
 318     // Functions containing dynamic alloca's are inefficient in various ways;
 319     // don't create more inefficiency.
 320     if (!CallerFI.Metrics.usesDynamicAlloca)
 321       return InlineCost::getNever();
 322   }
 323
 324   // Add to the inline quality for properties that make the call valuable to
 325   // inline.  This includes factors that indicate that the result of inlining
 326   // the function will be optimizable.  Currently this just looks at arguments
 327   // passed into the function.
 328   //
 329   unsigned ArgNo = 0;
 330   for (CallSite::arg_iterator I = CS.arg_begin(), E = CS.arg_end();
 331        I != E; ++I, ++ArgNo) {
 332     // Each argument passed in has a cost at both the caller and the callee
 333     // sides.  Measurements show that each argument costs about the same as an
 334     // instruction.
 335     InlineCost -= InlineConstants::InstrCost;
 336
 337     // If an alloca is passed in, inlining this function is likely to allow
 338     // significant future optimization possibilities (like scalar promotion, and
 339     // scalarization), so encourage the inlining of the function.
 340     //
 341     if (isa<AllocaInst>(I)) {
 342       if (ArgNo < CalleeFI.ArgumentWeights.size())
 343         InlineCost -= CalleeFI.ArgumentWeights[ArgNo].AllocaWeight;
 344
 345       // If this is a constant being passed into the function, use the argument
 346       // weights calculated for the callee to determine how much will be folded
 347       // away with this information.
 348     } else if (isa<Constant>(I)) {
 349       if (ArgNo < CalleeFI.ArgumentWeights.size())
 350         InlineCost -= CalleeFI.ArgumentWeights[ArgNo].ConstantWeight;
 351     }
 352   }
 353
 354   // Now that we have considered all of the factors that make the call site more
 355   // likely to be inlined, look at factors that make us not want to inline it.
 356
 357   // Calls usually take a long time, so they make the inlining gain smaller.
 358   InlineCost += CalleeFI.Metrics.NumCalls * InlineConstants::CallPenalty;
 359
 360   // Look at the size of the callee. Each instruction counts as 5.
 361   InlineCost += CalleeFI.Metrics.NumInsts*InlineConstants::InstrCost;
 362
 363   return llvm::InlineCost::get(InlineCost);
 364 }
 365
 366 // getInlineFudgeFactor - Return a > 1.0 factor if the inliner should use a
 367 // higher threshold to determine if the function call should be inlined.
 368 float InlineCostAnalyzer::getInlineFudgeFactor(CallSite CS) {
 369   Function *Callee = CS.getCalledFunction();
 370
 371   // Get information about the callee...
 372   FunctionInfo &CalleeFI = CachedFunctionInfo[Callee];
 373
 374   // If we haven't calculated this information yet, do so now.
 375   if (CalleeFI.Metrics.NumBlocks == 0)
 376     CalleeFI.analyzeFunction(Callee);
 377
 378   float Factor = 1.0f;
 379   // Single BB functions are often written to be inlined.
 380   if (CalleeFI.Metrics.NumBlocks == 1)
 381     Factor += 0.5f;
 382
 383   // Be more aggressive if the function contains a good chunk (if it mades up
 384   // at least 10% of the instructions) of vector instructions.
 385   if (CalleeFI.Metrics.NumVectorInsts > CalleeFI.Metrics.NumInsts/2)
 386     Factor += 2.0f;
 387   else if (CalleeFI.Metrics.NumVectorInsts > CalleeFI.Metrics.NumInsts/10)
 388     Factor += 1.5f;
 389   return Factor;
 390 }
 391
 392 /// growCachedCostInfo - update the cached cost info for Caller after Callee has
 393 /// been inlined.
 394 void
 395 InlineCostAnalyzer::growCachedCostInfo(Function* Caller, Function* Callee) {
 396   FunctionInfo &CallerFI = CachedFunctionInfo[Caller];
 397
 398   // For small functions we prefer to recalculate the cost for better accuracy.
 399   if (CallerFI.Metrics.NumBlocks < 10 || CallerFI.Metrics.NumInsts < 1000) {
 400     resetCachedCostInfo(Caller);
 401     return;
 402   }
 403
 404   // For large functions, we can save a lot of computation time by skipping
 405   // recalculations.
 406   if (CallerFI.Metrics.NumCalls > 0)
 407     --CallerFI.Metrics.NumCalls;
 408
 409   if (Callee) {
 410     FunctionInfo &CalleeFI = CachedFunctionInfo[Callee];
 411     if (!CalleeFI.Metrics.NumBlocks) {
 412       resetCachedCostInfo(Caller);
 413       return;
 414     }
 415     CallerFI.Metrics.NeverInline |= CalleeFI.Metrics.NeverInline;
 416     CallerFI.Metrics.usesDynamicAlloca |= CalleeFI.Metrics.usesDynamicAlloca;
 417
 418     CallerFI.Metrics.NumInsts += CalleeFI.Metrics.NumInsts;
 419     CallerFI.Metrics.NumBlocks += CalleeFI.Metrics.NumBlocks;
 420     CallerFI.Metrics.NumCalls += CalleeFI.Metrics.NumCalls;
 421     CallerFI.Metrics.NumVectorInsts += CalleeFI.Metrics.NumVectorInsts;
 422     CallerFI.Metrics.NumRets += CalleeFI.Metrics.NumRets;
 423
 424     // analyzeBasicBlock counts each function argument as an inst.
 425     if (CallerFI.Metrics.NumInsts >= Callee->arg_size())
 426       CallerFI.Metrics.NumInsts -= Callee->arg_size();
 427     else
 428       CallerFI.Metrics.NumInsts = 0;
 429   }
 430   // We are not updating the argumentweights. We have already determined that
 431   // Caller is a fairly large function, so we accept the loss of precision.
 432 }