Reintroduce the InlineHint function attribute.
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / IPO / Inliner.cpp
1 //===- Inliner.cpp - Code common to all inliners --------------------------===//
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 the mechanics required to implement inlining without
11 // missing any calls and updating the call graph.  The decisions of which calls
12 // are profitable to inline are implemented elsewhere.
13 //
14 //===----------------------------------------------------------------------===//
15
16 #define DEBUG_TYPE "inline"
17 #include "llvm/Module.h"
18 #include "llvm/Instructions.h"
19 #include "llvm/IntrinsicInst.h"
20 #include "llvm/Analysis/CallGraph.h"
21 #include "llvm/Analysis/InlineCost.h"
22 #include "llvm/Target/TargetData.h"
23 #include "llvm/Transforms/IPO/InlinerPass.h"
24 #include "llvm/Transforms/Utils/Cloning.h"
25 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
26 #include "llvm/Support/CallSite.h"
27 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
28 #include "llvm/Support/Debug.h"
29 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
30 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
31 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
32 #include <set>
33 using namespace llvm;
34
35 STATISTIC(NumInlined, "Number of functions inlined");
36 STATISTIC(NumCallsDeleted, "Number of call sites deleted, not inlined");
37 STATISTIC(NumDeleted, "Number of functions deleted because all callers found");
38 STATISTIC(NumMergedAllocas, "Number of allocas merged together");
39
40 static cl::opt<int>
41 InlineLimit("inline-threshold", cl::Hidden, cl::init(225), cl::ZeroOrMore,
42         cl::desc("Control the amount of inlining to perform (default = 225)"));
43
44 static cl::opt<bool>
45 RespectHint("respect-inlinehint", cl::Hidden,
46             cl::desc("Respect the inlinehint attribute"));
47
48 // Threshold to use when inlinehint is given.
49 const int HintThreshold = 300;
50
51 // Threshold to use when optsize is specified (and there is no -inline-limit).
52 const int OptSizeThreshold = 75;
53
54 Inliner::Inliner(void *ID) 
55   : CallGraphSCCPass(ID), InlineThreshold(InlineLimit) {}
56
57 Inliner::Inliner(void *ID, int Threshold) 
58   : CallGraphSCCPass(ID), InlineThreshold(Threshold) {}
59
60 /// getAnalysisUsage - For this class, we declare that we require and preserve
61 /// the call graph.  If the derived class implements this method, it should
62 /// always explicitly call the implementation here.
63 void Inliner::getAnalysisUsage(AnalysisUsage &Info) const {
64   CallGraphSCCPass::getAnalysisUsage(Info);
65 }
66
67
68 typedef DenseMap<const ArrayType*, std::vector<AllocaInst*> >
69 InlinedArrayAllocasTy;
70
71 /// InlineCallIfPossible - If it is possible to inline the specified call site,
72 /// do so and update the CallGraph for this operation.
73 ///
74 /// This function also does some basic book-keeping to update the IR.  The
75 /// InlinedArrayAllocas map keeps track of any allocas that are already
76 /// available from other  functions inlined into the caller.  If we are able to
77 /// inline this call site we attempt to reuse already available allocas or add
78 /// any new allocas to the set if not possible.
79 static bool InlineCallIfPossible(CallSite CS, CallGraph &CG,
80                                  const TargetData *TD,
81                                  InlinedArrayAllocasTy &InlinedArrayAllocas) {
82   Function *Callee = CS.getCalledFunction();
83   Function *Caller = CS.getCaller();
84
85   // Try to inline the function.  Get the list of static allocas that were
86   // inlined.
87   SmallVector<AllocaInst*, 16> StaticAllocas;
88   if (!InlineFunction(CS, &CG, TD, &StaticAllocas))
89     return false;
90
91   // If the inlined function had a higher stack protection level than the
92   // calling function, then bump up the caller's stack protection level.
93   if (Callee->hasFnAttr(Attribute::StackProtectReq))
94     Caller->addFnAttr(Attribute::StackProtectReq);
95   else if (Callee->hasFnAttr(Attribute::StackProtect) &&
96            !Caller->hasFnAttr(Attribute::StackProtectReq))
97     Caller->addFnAttr(Attribute::StackProtect);
98
99   
100   // Look at all of the allocas that we inlined through this call site.  If we
101   // have already inlined other allocas through other calls into this function,
102   // then we know that they have disjoint lifetimes and that we can merge them.
103   //
104   // There are many heuristics possible for merging these allocas, and the
105   // different options have different tradeoffs.  One thing that we *really*
106   // don't want to hurt is SRoA: once inlining happens, often allocas are no
107   // longer address taken and so they can be promoted.
108   //
109   // Our "solution" for that is to only merge allocas whose outermost type is an
110   // array type.  These are usually not promoted because someone is using a
111   // variable index into them.  These are also often the most important ones to
112   // merge.
113   //
114   // A better solution would be to have real memory lifetime markers in the IR
115   // and not have the inliner do any merging of allocas at all.  This would
116   // allow the backend to do proper stack slot coloring of all allocas that
117   // *actually make it to the backend*, which is really what we want.
118   //
119   // Because we don't have this information, we do this simple and useful hack.
120   //
121   SmallPtrSet<AllocaInst*, 16> UsedAllocas;
122   
123   // Loop over all the allocas we have so far and see if they can be merged with
124   // a previously inlined alloca.  If not, remember that we had it.
125   for (unsigned AllocaNo = 0, e = StaticAllocas.size();
126        AllocaNo != e; ++AllocaNo) {
127     AllocaInst *AI = StaticAllocas[AllocaNo];
128     
129     // Don't bother trying to merge array allocations (they will usually be
130     // canonicalized to be an allocation *of* an array), or allocations whose
131     // type is not itself an array (because we're afraid of pessimizing SRoA).
132     const ArrayType *ATy = dyn_cast<ArrayType>(AI->getAllocatedType());
133     if (ATy == 0 || AI->isArrayAllocation())
134       continue;
135     
136     // Get the list of all available allocas for this array type.
137     std::vector<AllocaInst*> &AllocasForType = InlinedArrayAllocas[ATy];
138     
139     // Loop over the allocas in AllocasForType to see if we can reuse one.  Note
140     // that we have to be careful not to reuse the same "available" alloca for
141     // multiple different allocas that we just inlined, we use the 'UsedAllocas'
142     // set to keep track of which "available" allocas are being used by this
143     // function.  Also, AllocasForType can be empty of course!
144     bool MergedAwayAlloca = false;
145     for (unsigned i = 0, e = AllocasForType.size(); i != e; ++i) {
146       AllocaInst *AvailableAlloca = AllocasForType[i];
147       
148       // The available alloca has to be in the right function, not in some other
149       // function in this SCC.
150       if (AvailableAlloca->getParent() != AI->getParent())
151         continue;
152       
153       // If the inlined function already uses this alloca then we can't reuse
154       // it.
155       if (!UsedAllocas.insert(AvailableAlloca))
156         continue;
157       
158       // Otherwise, we *can* reuse it, RAUW AI into AvailableAlloca and declare
159       // success!
160       DEBUG(dbgs() << "    ***MERGED ALLOCA: " << *AI);
161       
162       AI->replaceAllUsesWith(AvailableAlloca);
163       AI->eraseFromParent();
164       MergedAwayAlloca = true;
165       ++NumMergedAllocas;
166       break;
167     }
168
169     // If we already nuked the alloca, we're done with it.
170     if (MergedAwayAlloca)
171       continue;
172
173     // If we were unable to merge away the alloca either because there are no
174     // allocas of the right type available or because we reused them all
175     // already, remember that this alloca came from an inlined function and mark
176     // it used so we don't reuse it for other allocas from this inline
177     // operation.
178     AllocasForType.push_back(AI);
179     UsedAllocas.insert(AI);
180   }
181   
182   return true;
183 }
184
185 unsigned Inliner::getInlineThreshold(CallSite CS) const {
186   // Listen to inlinehint when -respect-inlinehint is given.
187   Function *Callee = CS.getCalledFunction();
188   if (RespectHint && Callee && !Callee->isDeclaration() &&
189       Callee->hasFnAttr(Attribute::InlineHint))
190     return HintThreshold;
191
192   // Listen to optsize when -inline-limit is not given.
193   Function *Caller = CS.getCaller();
194   if (Caller && !Caller->isDeclaration() &&
195       Caller->hasFnAttr(Attribute::OptimizeForSize) &&
196       InlineLimit.getNumOccurrences() == 0)
197       return OptSizeThreshold;
198
199   return InlineThreshold;
200 }
201
202 /// shouldInline - Return true if the inliner should attempt to inline
203 /// at the given CallSite.
204 bool Inliner::shouldInline(CallSite CS) {
205   InlineCost IC = getInlineCost(CS);
206   
207   if (IC.isAlways()) {
208     DEBUG(dbgs() << "    Inlining: cost=always"
209           << ", Call: " << *CS.getInstruction() << "\n");
210     return true;
211   }
212   
213   if (IC.isNever()) {
214     DEBUG(dbgs() << "    NOT Inlining: cost=never"
215           << ", Call: " << *CS.getInstruction() << "\n");
216     return false;
217   }
218   
219   int Cost = IC.getValue();
220   Function *Caller = CS.getCaller();
221   int CurrentThreshold = getInlineThreshold(CS);
222   float FudgeFactor = getInlineFudgeFactor(CS);
223   if (Cost >= (int)(CurrentThreshold * FudgeFactor)) {
224     DEBUG(dbgs() << "    NOT Inlining: cost=" << Cost
225           << ", Call: " << *CS.getInstruction() << "\n");
226     return false;
227   }
228   
229   // Try to detect the case where the current inlining candidate caller
230   // (call it B) is a static function and is an inlining candidate elsewhere,
231   // and the current candidate callee (call it C) is large enough that
232   // inlining it into B would make B too big to inline later.  In these
233   // circumstances it may be best not to inline C into B, but to inline B
234   // into its callers.
235   if (Caller->hasLocalLinkage()) {
236     int TotalSecondaryCost = 0;
237     bool outerCallsFound = false;
238     bool allOuterCallsWillBeInlined = true;
239     bool someOuterCallWouldNotBeInlined = false;
240     for (Value::use_iterator I = Caller->use_begin(), E =Caller->use_end(); 
241          I != E; ++I) {
242       CallSite CS2 = CallSite::get(*I);
243
244       // If this isn't a call to Caller (it could be some other sort
245       // of reference) skip it.
246       if (CS2.getInstruction() == 0 || CS2.getCalledFunction() != Caller)
247         continue;
248
249       InlineCost IC2 = getInlineCost(CS2);
250       if (IC2.isNever())
251         allOuterCallsWillBeInlined = false;
252       if (IC2.isAlways() || IC2.isNever())
253         continue;
254
255       outerCallsFound = true;
256       int Cost2 = IC2.getValue();
257       int CurrentThreshold2 = getInlineThreshold(CS2);
258       float FudgeFactor2 = getInlineFudgeFactor(CS2);
259
260       if (Cost2 >= (int)(CurrentThreshold2 * FudgeFactor2))
261         allOuterCallsWillBeInlined = false;
262
263       // See if we have this case.  We subtract off the penalty
264       // for the call instruction, which we would be deleting.
265       if (Cost2 < (int)(CurrentThreshold2 * FudgeFactor2) &&
266           Cost2 + Cost - (InlineConstants::CallPenalty + 1) >= 
267                 (int)(CurrentThreshold2 * FudgeFactor2)) {
268         someOuterCallWouldNotBeInlined = true;
269         TotalSecondaryCost += Cost2;
270       }
271     }
272     // If all outer calls to Caller would get inlined, the cost for the last
273     // one is set very low by getInlineCost, in anticipation that Caller will
274     // be removed entirely.  We did not account for this above unless there
275     // is only one caller of Caller.
276     if (allOuterCallsWillBeInlined && Caller->use_begin() != Caller->use_end())
277       TotalSecondaryCost += InlineConstants::LastCallToStaticBonus;
278
279     if (outerCallsFound && someOuterCallWouldNotBeInlined && 
280         TotalSecondaryCost < Cost) {
281       DEBUG(dbgs() << "    NOT Inlining: " << *CS.getInstruction() << 
282            " Cost = " << Cost << 
283            ", outer Cost = " << TotalSecondaryCost << '\n');
284       return false;
285     }
286   }
287
288   DEBUG(dbgs() << "    Inlining: cost=" << Cost
289         << ", Call: " << *CS.getInstruction() << '\n');
290   return true;
291 }
292
293 bool Inliner::runOnSCC(std::vector<CallGraphNode*> &SCC) {
294   CallGraph &CG = getAnalysis<CallGraph>();
295   const TargetData *TD = getAnalysisIfAvailable<TargetData>();
296
297   SmallPtrSet<Function*, 8> SCCFunctions;
298   DEBUG(dbgs() << "Inliner visiting SCC:");
299   for (unsigned i = 0, e = SCC.size(); i != e; ++i) {
300     Function *F = SCC[i]->getFunction();
301     if (F) SCCFunctions.insert(F);
302     DEBUG(dbgs() << " " << (F ? F->getName() : "INDIRECTNODE"));
303   }
304
305   // Scan through and identify all call sites ahead of time so that we only
306   // inline call sites in the original functions, not call sites that result
307   // from inlining other functions.
308   SmallVector<CallSite, 16> CallSites;
309
310   for (unsigned i = 0, e = SCC.size(); i != e; ++i) {
311     Function *F = SCC[i]->getFunction();
312     if (!F) continue;
313     
314     for (Function::iterator BB = F->begin(), E = F->end(); BB != E; ++BB)
315       for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(), E = BB->end(); I != E; ++I) {
316         CallSite CS = CallSite::get(I);
317         // If this isn't a call, or it is a call to an intrinsic, it can
318         // never be inlined.
319         if (CS.getInstruction() == 0 || isa<IntrinsicInst>(I))
320           continue;
321         
322         // If this is a direct call to an external function, we can never inline
323         // it.  If it is an indirect call, inlining may resolve it to be a
324         // direct call, so we keep it.
325         if (CS.getCalledFunction() && CS.getCalledFunction()->isDeclaration())
326           continue;
327         
328         CallSites.push_back(CS);
329       }
330   }
331
332   DEBUG(dbgs() << ": " << CallSites.size() << " call sites.\n");
333
334   // Now that we have all of the call sites, move the ones to functions in the
335   // current SCC to the end of the list.
336   unsigned FirstCallInSCC = CallSites.size();
337   for (unsigned i = 0; i < FirstCallInSCC; ++i)
338     if (Function *F = CallSites[i].getCalledFunction())
339       if (SCCFunctions.count(F))
340         std::swap(CallSites[i--], CallSites[--FirstCallInSCC]);
341
342   
343   InlinedArrayAllocasTy InlinedArrayAllocas;
344   
345   // Now that we have all of the call sites, loop over them and inline them if
346   // it looks profitable to do so.
347   bool Changed = false;
348   bool LocalChange;
349   do {
350     LocalChange = false;
351     // Iterate over the outer loop because inlining functions can cause indirect
352     // calls to become direct calls.
353     for (unsigned CSi = 0; CSi != CallSites.size(); ++CSi) {
354       CallSite CS = CallSites[CSi];
355       
356       Function *Caller = CS.getCaller();
357       Function *Callee = CS.getCalledFunction();
358
359       // If this call site is dead and it is to a readonly function, we should
360       // just delete the call instead of trying to inline it, regardless of
361       // size.  This happens because IPSCCP propagates the result out of the
362       // call and then we're left with the dead call.
363       if (isInstructionTriviallyDead(CS.getInstruction())) {
364         DEBUG(dbgs() << "    -> Deleting dead call: "
365                      << *CS.getInstruction() << "\n");
366         // Update the call graph by deleting the edge from Callee to Caller.
367         CG[Caller]->removeCallEdgeFor(CS);
368         CS.getInstruction()->eraseFromParent();
369         ++NumCallsDeleted;
370       } else {
371         // We can only inline direct calls to non-declarations.
372         if (Callee == 0 || Callee->isDeclaration()) continue;
373       
374         // If the policy determines that we should inline this function,
375         // try to do so.
376         if (!shouldInline(CS))
377           continue;
378
379         // Attempt to inline the function...
380         if (!InlineCallIfPossible(CS, CG, TD, InlinedArrayAllocas))
381           continue;
382         ++NumInlined;
383       }
384       
385       // If we inlined or deleted the last possible call site to the function,
386       // delete the function body now.
387       if (Callee && Callee->use_empty() && Callee->hasLocalLinkage() &&
388           // TODO: Can remove if in SCC now.
389           !SCCFunctions.count(Callee) &&
390           
391           // The function may be apparently dead, but if there are indirect
392           // callgraph references to the node, we cannot delete it yet, this
393           // could invalidate the CGSCC iterator.
394           CG[Callee]->getNumReferences() == 0) {
395         DEBUG(dbgs() << "    -> Deleting dead function: "
396               << Callee->getName() << "\n");
397         CallGraphNode *CalleeNode = CG[Callee];
398         
399         // Remove any call graph edges from the callee to its callees.
400         CalleeNode->removeAllCalledFunctions();
401         
402         resetCachedCostInfo(Callee);
403         
404         // Removing the node for callee from the call graph and delete it.
405         delete CG.removeFunctionFromModule(CalleeNode);
406         ++NumDeleted;
407       }
408       
409       // Remove any cached cost info for this caller, as inlining the
410       // callee has increased the size of the caller (which may be the
411       // same as the callee).
412       resetCachedCostInfo(Caller);
413
414       // Remove this call site from the list.  If possible, use 
415       // swap/pop_back for efficiency, but do not use it if doing so would
416       // move a call site to a function in this SCC before the
417       // 'FirstCallInSCC' barrier.
418       if (SCC.size() == 1) {
419         std::swap(CallSites[CSi], CallSites.back());
420         CallSites.pop_back();
421       } else {
422         CallSites.erase(CallSites.begin()+CSi);
423       }
424       --CSi;
425
426       Changed = true;
427       LocalChange = true;
428     }
429   } while (LocalChange);
430
431   return Changed;
432 }
433
434 // doFinalization - Remove now-dead linkonce functions at the end of
435 // processing to avoid breaking the SCC traversal.
436 bool Inliner::doFinalization(CallGraph &CG) {
437   return removeDeadFunctions(CG);
438 }
439
440 /// removeDeadFunctions - Remove dead functions that are not included in
441 /// DNR (Do Not Remove) list.
442 bool Inliner::removeDeadFunctions(CallGraph &CG, 
443                                   SmallPtrSet<const Function *, 16> *DNR) {
444   SmallPtrSet<CallGraphNode*, 16> FunctionsToRemove;
445
446   // Scan for all of the functions, looking for ones that should now be removed
447   // from the program.  Insert the dead ones in the FunctionsToRemove set.
448   for (CallGraph::iterator I = CG.begin(), E = CG.end(); I != E; ++I) {
449     CallGraphNode *CGN = I->second;
450     if (CGN->getFunction() == 0)
451       continue;
452     
453     Function *F = CGN->getFunction();
454     
455     // If the only remaining users of the function are dead constants, remove
456     // them.
457     F->removeDeadConstantUsers();
458
459     if (DNR && DNR->count(F))
460       continue;
461     if (!F->hasLinkOnceLinkage() && !F->hasLocalLinkage() &&
462         !F->hasAvailableExternallyLinkage())
463       continue;
464     if (!F->use_empty())
465       continue;
466     
467     // Remove any call graph edges from the function to its callees.
468     CGN->removeAllCalledFunctions();
469
470     // Remove any edges from the external node to the function's call graph
471     // node.  These edges might have been made irrelegant due to
472     // optimization of the program.
473     CG.getExternalCallingNode()->removeAnyCallEdgeTo(CGN);
474
475     // Removing the node for callee from the call graph and delete it.
476     FunctionsToRemove.insert(CGN);
477   }
478
479   // Now that we know which functions to delete, do so.  We didn't want to do
480   // this inline, because that would invalidate our CallGraph::iterator
481   // objects. :(
482   //
483   // Note that it doesn't matter that we are iterating over a non-stable set
484   // here to do this, it doesn't matter which order the functions are deleted
485   // in.
486   bool Changed = false;
487   for (SmallPtrSet<CallGraphNode*, 16>::iterator I = FunctionsToRemove.begin(),
488        E = FunctionsToRemove.end(); I != E; ++I) {
489     resetCachedCostInfo((*I)->getFunction());
490     delete CG.removeFunctionFromModule(*I);
491     ++NumDeleted;
492     Changed = true;
493   }
494
495   return Changed;
496 }