lib/Transforms/IPO/FunctionAttrs.cpp

   1 //===- FunctionAttrs.cpp - Pass which marks functions readnone or readonly ===//
   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 a simple interprocedural pass which walks the
  11 // call-graph, looking for functions which do not access or only read
  12 // non-local memory, and marking them readnone/readonly.  In addition,
  13 // it marks function arguments (of pointer type) 'nocapture' if a call
  14 // to the function does not create any copies of the pointer value that
  15 // outlive the call.  This more or less means that the pointer is only
  16 // dereferenced, and not returned from the function or stored in a global.
  17 // This pass is implemented as a bottom-up traversal of the call-graph.
  18 //
  19 //===----------------------------------------------------------------------===//
  20
  21 #define DEBUG_TYPE "functionattrs"
  22 #include "llvm/Transforms/IPO.h"
  23 #include "llvm/CallGraphSCCPass.h"
  24 #include "llvm/GlobalVariable.h"
  25 #include "llvm/IntrinsicInst.h"
  26 #include "llvm/Analysis/AliasAnalysis.h"
  27 #include "llvm/Analysis/CallGraph.h"
  28 #include "llvm/Analysis/CaptureTracking.h"
  29 #include "llvm/Analysis/MallocHelper.h"
  30 #include "llvm/ADT/SmallSet.h"
  31 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
  32 #include "llvm/ADT/UniqueVector.h"
  33 #include "llvm/Support/Compiler.h"
  34 #include "llvm/Support/InstIterator.h"
  35 using namespace llvm;
  36
  37 STATISTIC(NumReadNone, "Number of functions marked readnone");
  38 STATISTIC(NumReadOnly, "Number of functions marked readonly");
  39 STATISTIC(NumNoCapture, "Number of arguments marked nocapture");
  40 STATISTIC(NumNoAlias, "Number of function returns marked noalias");
  41
  42 namespace {
  43   struct VISIBILITY_HIDDEN FunctionAttrs : public CallGraphSCCPass {
  44     static char ID; // Pass identification, replacement for typeid
  45     FunctionAttrs() : CallGraphSCCPass(&ID) {}
  46
  47     // runOnSCC - Analyze the SCC, performing the transformation if possible.
  48     bool runOnSCC(std::vector<CallGraphNode *> &SCC);
  49
  50     // AddReadAttrs - Deduce readonly/readnone attributes for the SCC.
  51     bool AddReadAttrs(const std::vector<CallGraphNode *> &SCC);
  52
  53     // AddNoCaptureAttrs - Deduce nocapture attributes for the SCC.
  54     bool AddNoCaptureAttrs(const std::vector<CallGraphNode *> &SCC);
  55
  56     // IsFunctionMallocLike - Does this function allocate new memory?
  57     bool IsFunctionMallocLike(Function *F,
  58                               SmallPtrSet<Function*, 8> &) const;
  59
  60     // AddNoAliasAttrs - Deduce noalias attributes for the SCC.
  61     bool AddNoAliasAttrs(const std::vector<CallGraphNode *> &SCC);
  62
  63     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
  64       AU.setPreservesCFG();
  65       CallGraphSCCPass::getAnalysisUsage(AU);
  66     }
  67
  68     bool PointsToLocalMemory(Value *V);
  69   };
  70 }
  71
  72 char FunctionAttrs::ID = 0;
  73 static RegisterPass<FunctionAttrs>
  74 X("functionattrs", "Deduce function attributes");
  75
  76 Pass *llvm::createFunctionAttrsPass() { return new FunctionAttrs(); }
  77
  78
  79 /// PointsToLocalMemory - Returns whether the given pointer value points to
  80 /// memory that is local to the function.  Global constants are considered
  81 /// local to all functions.
  82 bool FunctionAttrs::PointsToLocalMemory(Value *V) {
  83   V = V->getUnderlyingObject();
  84   // An alloca instruction defines local memory.
  85   if (isa<AllocaInst>(V))
  86     return true;
  87   // A global constant counts as local memory for our purposes.
  88   if (GlobalVariable *GV = dyn_cast<GlobalVariable>(V))
  89     return GV->isConstant();
  90   // Could look through phi nodes and selects here, but it doesn't seem
  91   // to be useful in practice.
  92   return false;
  93 }
  94
  95 /// AddReadAttrs - Deduce readonly/readnone attributes for the SCC.
  96 bool FunctionAttrs::AddReadAttrs(const std::vector<CallGraphNode *> &SCC) {
  97   SmallPtrSet<Function*, 8> SCCNodes;
  98
  99   // Fill SCCNodes with the elements of the SCC.  Used for quickly
 100   // looking up whether a given CallGraphNode is in this SCC.
 101   for (unsigned i = 0, e = SCC.size(); i != e; ++i)
 102     SCCNodes.insert(SCC[i]->getFunction());
 103
 104   // Check if any of the functions in the SCC read or write memory.  If they
 105   // write memory then they can't be marked readnone or readonly.
 106   bool ReadsMemory = false;
 107   for (unsigned i = 0, e = SCC.size(); i != e; ++i) {
 108     Function *F = SCC[i]->getFunction();
 109
 110     if (F == 0)
 111       // External node - may write memory.  Just give up.
 112       return false;
 113
 114     if (F->doesNotAccessMemory())
 115       // Already perfect!
 116       continue;
 117
 118     // Definitions with weak linkage may be overridden at linktime with
 119     // something that writes memory, so treat them like declarations.
 120     if (F->isDeclaration() || F->mayBeOverridden()) {
 121       if (!F->onlyReadsMemory())
 122         // May write memory.  Just give up.
 123         return false;
 124
 125       ReadsMemory = true;
 126       continue;
 127     }
 128
 129     // Scan the function body for instructions that may read or write memory.
 130     for (inst_iterator II = inst_begin(F), E = inst_end(F); II != E; ++II) {
 131       Instruction *I = &*II;
 132
 133       // Some instructions can be ignored even if they read or write memory.
 134       // Detect these now, skipping to the next instruction if one is found.
 135       CallSite CS = CallSite::get(I);
 136       if (CS.getInstruction() && CS.getCalledFunction()) {
 137         // Ignore calls to functions in the same SCC.
 138         if (SCCNodes.count(CS.getCalledFunction()))
 139           continue;
 140       } else if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I)) {
 141         // Ignore loads from local memory.
 142         if (PointsToLocalMemory(LI->getPointerOperand()))
 143           continue;
 144       } else if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(I)) {
 145         // Ignore stores to local memory.
 146         if (PointsToLocalMemory(SI->getPointerOperand()))
 147           continue;
 148       }
 149
 150       // Any remaining instructions need to be taken seriously!  Check if they
 151       // read or write memory.
 152       if (I->mayWriteToMemory())
 153         // Writes memory.  Just give up.
 154         return false;
 155
 156       if (isMalloc(I))
 157         // malloc claims not to write memory!  PR3754.
 158         return false;
 159
 160       // If this instruction may read memory, remember that.
 161       ReadsMemory |= I->mayReadFromMemory();
 162     }
 163   }
 164
 165   // Success!  Functions in this SCC do not access memory, or only read memory.
 166   // Give them the appropriate attribute.
 167   bool MadeChange = false;
 168   for (unsigned i = 0, e = SCC.size(); i != e; ++i) {
 169     Function *F = SCC[i]->getFunction();
 170
 171     if (F->doesNotAccessMemory())
 172       // Already perfect!
 173       continue;
 174
 175     if (F->onlyReadsMemory() && ReadsMemory)
 176       // No change.
 177       continue;
 178
 179     MadeChange = true;
 180
 181     // Clear out any existing attributes.
 182     F->removeAttribute(~0, Attribute::ReadOnly | Attribute::ReadNone);
 183
 184     // Add in the new attribute.
 185     F->addAttribute(~0, ReadsMemory? Attribute::ReadOnly : Attribute::ReadNone);
 186
 187     if (ReadsMemory)
 188       ++NumReadOnly;
 189     else
 190       ++NumReadNone;
 191   }
 192
 193   return MadeChange;
 194 }
 195
 196 /// AddNoCaptureAttrs - Deduce nocapture attributes for the SCC.
 197 bool FunctionAttrs::AddNoCaptureAttrs(const std::vector<CallGraphNode *> &SCC) {
 198   bool Changed = false;
 199
 200   // Check each function in turn, determining which pointer arguments are not
 201   // captured.
 202   for (unsigned i = 0, e = SCC.size(); i != e; ++i) {
 203     Function *F = SCC[i]->getFunction();
 204
 205     if (F == 0)
 206       // External node - skip it;
 207       continue;
 208
 209     // Definitions with weak linkage may be overridden at linktime with
 210     // something that writes memory, so treat them like declarations.
 211     if (F->isDeclaration() || F->mayBeOverridden())
 212       continue;
 213
 214     for (Function::arg_iterator A = F->arg_begin(), E = F->arg_end(); A!=E; ++A)
 215       if (isa<PointerType>(A->getType()) && !A->hasNoCaptureAttr() &&
 216           !PointerMayBeCaptured(A, true)) {
 217         A->addAttr(Attribute::NoCapture);
 218         ++NumNoCapture;
 219         Changed = true;
 220       }
 221   }
 222
 223   return Changed;
 224 }
 225
 226 /// IsFunctionMallocLike - A function is malloc-like if it returns either null
 227 /// or a pointer that doesn't alias any other pointer visible to the caller.
 228 bool FunctionAttrs::IsFunctionMallocLike(Function *F,
 229                               SmallPtrSet<Function*, 8> &SCCNodes) const {
 230   UniqueVector<Value *> FlowsToReturn;
 231   for (Function::iterator I = F->begin(), E = F->end(); I != E; ++I)
 232     if (ReturnInst *Ret = dyn_cast<ReturnInst>(I->getTerminator()))
 233       FlowsToReturn.insert(Ret->getReturnValue());
 234
 235   for (unsigned i = 0; i != FlowsToReturn.size(); ++i) {
 236     Value *RetVal = FlowsToReturn[i+1];   // UniqueVector[0] is reserved.
 237
 238     if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(RetVal)) {
 239       if (!C->isNullValue() && !isa<UndefValue>(C))
 240         return false;
 241
 242       continue;
 243     }
 244
 245     if (isa<Argument>(RetVal))
 246       return false;
 247
 248     if (Instruction *RVI = dyn_cast<Instruction>(RetVal))
 249       switch (RVI->getOpcode()) {
 250         // Extend the analysis by looking upwards.
 251         case Instruction::BitCast:
 252         case Instruction::GetElementPtr:
 253           FlowsToReturn.insert(RVI->getOperand(0));
 254           continue;
 255         case Instruction::Select: {
 256           SelectInst *SI = cast<SelectInst>(RVI);
 257           FlowsToReturn.insert(SI->getTrueValue());
 258           FlowsToReturn.insert(SI->getFalseValue());
 259           continue;
 260         }
 261         case Instruction::PHI: {
 262           PHINode *PN = cast<PHINode>(RVI);
 263           for (int i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
 264             FlowsToReturn.insert(PN->getIncomingValue(i));
 265           continue;
 266         }
 267
 268         // Check whether the pointer came from an allocation.
 269         case Instruction::Alloca:
 270           break;
 271         case Instruction::Call:
 272         case Instruction::Invoke: {
 273           CallSite CS(RVI);
 274           if (CS.paramHasAttr(0, Attribute::NoAlias))
 275             break;
 276           if (CS.getCalledFunction() &&
 277               SCCNodes.count(CS.getCalledFunction()))
 278             break;
 279         } // fall-through
 280         default:
 281           return false;  // Did not come from an allocation.
 282       }
 283
 284     if (PointerMayBeCaptured(RetVal, false))
 285       return false;
 286   }
 287
 288   return true;
 289 }
 290
 291 /// AddNoAliasAttrs - Deduce noalias attributes for the SCC.
 292 bool FunctionAttrs::AddNoAliasAttrs(const std::vector<CallGraphNode *> &SCC) {
 293   SmallPtrSet<Function*, 8> SCCNodes;
 294
 295   // Fill SCCNodes with the elements of the SCC.  Used for quickly
 296   // looking up whether a given CallGraphNode is in this SCC.
 297   for (unsigned i = 0, e = SCC.size(); i != e; ++i)
 298     SCCNodes.insert(SCC[i]->getFunction());
 299
 300   // Check each function in turn, determining which functions return noalias
 301   // pointers.
 302   for (unsigned i = 0, e = SCC.size(); i != e; ++i) {
 303     Function *F = SCC[i]->getFunction();
 304
 305     if (F == 0)
 306       // External node - skip it;
 307       return false;
 308
 309     // Already noalias.
 310     if (F->doesNotAlias(0))
 311       continue;
 312
 313     // Definitions with weak linkage may be overridden at linktime, so
 314     // treat them like declarations.
 315     if (F->isDeclaration() || F->mayBeOverridden())
 316       return false;
 317
 318     // We annotate noalias return values, which are only applicable to
 319     // pointer types.
 320     if (!isa<PointerType>(F->getReturnType()))
 321       continue;
 322
 323     if (!IsFunctionMallocLike(F, SCCNodes))
 324       return false;
 325   }
 326
 327   bool MadeChange = false;
 328   for (unsigned i = 0, e = SCC.size(); i != e; ++i) {
 329     Function *F = SCC[i]->getFunction();
 330     if (F->doesNotAlias(0) || !isa<PointerType>(F->getReturnType()))
 331       continue;
 332
 333     F->setDoesNotAlias(0);
 334     ++NumNoAlias;
 335     MadeChange = true;
 336   }
 337
 338   return MadeChange;
 339 }
 340
 341 bool FunctionAttrs::runOnSCC(std::vector<CallGraphNode *> &SCC) {
 342   bool Changed = AddReadAttrs(SCC);
 343   Changed |= AddNoCaptureAttrs(SCC);
 344   Changed |= AddNoAliasAttrs(SCC);
 345   return Changed;
 346 }