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