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/Support/CallSite.h"
  23 #include "llvm/Target/TargetData.h"
  24 #include "llvm/Transforms/IPO/InlinerPass.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 *Caller = CS.getCaller();
 193   if (Caller && !Caller->isDeclaration() &&
 194       Caller->hasFnAttr(Attribute::OptimizeForSize) &&
 195       InlineLimit.getNumOccurrences() == 0 &&
 196       InlineThreshold != 50)
 197     CurrentThreshold = 50;
 198
 199   float FudgeFactor = getInlineFudgeFactor(CS);
 200   if (Cost >= (int)(CurrentThreshold * FudgeFactor)) {
 201     DEBUG(errs() << "    NOT Inlining: cost=" << Cost
 202           << ", Call: " << *CS.getInstruction() << "\n");
 203     return false;
 204   }
 205
 206   // Try to detect the case where the current inlining candidate caller
 207   // (call it B) is a static function and is an inlining candidate elsewhere,
 208   // and the current candidate callee (call it C) is large enough that
 209   // inlining it into B would make B too big to inline later.  In these
 210   // circumstances it may be best not to inline C into B, but to inline B
 211   // into its callers.
 212   if (Caller->hasLocalLinkage()) {
 213     int TotalSecondaryCost = 0;
 214     bool outerCallsFound = false;
 215     bool allOuterCallsWillBeInlined = true;
 216     bool someOuterCallWouldNotBeInlined = false;
 217     for (Value::use_iterator I = Caller->use_begin(), E =Caller->use_end();
 218          I != E; ++I) {
 219       CallSite CS2 = CallSite::get(*I);
 220
 221       // If this isn't a call to Caller (it could be some other sort
 222       // of reference) skip it.
 223       if (CS2.getInstruction() == 0 || CS2.getCalledFunction() != Caller)
 224         continue;
 225
 226       InlineCost IC2 = getInlineCost(CS2);
 227       if (IC2.isNever())
 228         allOuterCallsWillBeInlined = false;
 229       if (IC2.isAlways() || IC2.isNever())
 230         continue;
 231
 232       outerCallsFound = true;
 233       int Cost2 = IC2.getValue();
 234       int CurrentThreshold2 = InlineThreshold;
 235       Function *Caller2 = CS2.getCaller();
 236       if (Caller2 && !Caller2->isDeclaration() &&
 237           Caller2->hasFnAttr(Attribute::OptimizeForSize) &&
 238           InlineThreshold != 50)
 239         CurrentThreshold2 = 50;
 240
 241       float FudgeFactor2 = getInlineFudgeFactor(CS2);
 242
 243       if (Cost2 >= (int)(CurrentThreshold2 * FudgeFactor2))
 244         allOuterCallsWillBeInlined = false;
 245
 246       // See if we have this case.  We subtract off the penalty
 247       // for the call instruction, which we would be deleting.
 248       if (Cost2 < (int)(CurrentThreshold2 * FudgeFactor2) &&
 249           Cost2 + Cost - (InlineConstants::CallPenalty + 1) >=
 250                 (int)(CurrentThreshold2 * FudgeFactor2)) {
 251         someOuterCallWouldNotBeInlined = true;
 252         TotalSecondaryCost += Cost2;
 253       }
 254     }
 255     // If all outer calls to Caller would get inlined, the cost for the last
 256     // one is set very low by getInlineCost, in anticipation that Caller will
 257     // be removed entirely.  We did not account for this above unless there
 258     // is only one caller of Caller.
 259     if (allOuterCallsWillBeInlined && Caller->use_begin() != Caller->use_end())
 260       TotalSecondaryCost += InlineConstants::LastCallToStaticBonus;
 261
 262     if (outerCallsFound && someOuterCallWouldNotBeInlined &&
 263         TotalSecondaryCost < Cost) {
 264       DEBUG(errs() << "    NOT Inlining: " << *CS.getInstruction() <<
 265            " Cost = " << Cost <<
 266            ", outer Cost = " << TotalSecondaryCost << '\n');
 267       return false;
 268     }
 269   }
 270
 271   DEBUG(errs() << "    Inlining: cost=" << Cost
 272         << ", Call: " << *CS.getInstruction() << '\n');
 273   return true;
 274 }
 275
 276 bool Inliner::runOnSCC(std::vector<CallGraphNode*> &SCC) {
 277   CallGraph &CG = getAnalysis<CallGraph>();
 278   const TargetData *TD = getAnalysisIfAvailable<TargetData>();
 279
 280   SmallPtrSet<Function*, 8> SCCFunctions;
 281   DEBUG(errs() << "Inliner visiting SCC:");
 282   for (unsigned i = 0, e = SCC.size(); i != e; ++i) {
 283     Function *F = SCC[i]->getFunction();
 284     if (F) SCCFunctions.insert(F);
 285     DEBUG(errs() << " " << (F ? F->getName() : "INDIRECTNODE"));
 286   }
 287
 288   // Scan through and identify all call sites ahead of time so that we only
 289   // inline call sites in the original functions, not call sites that result
 290   // from inlining other functions.
 291   SmallVector<CallSite, 16> CallSites;
 292
 293   for (unsigned i = 0, e = SCC.size(); i != e; ++i) {
 294     Function *F = SCC[i]->getFunction();
 295     if (!F) continue;
 296
 297     for (Function::iterator BB = F->begin(), E = F->end(); BB != E; ++BB)
 298       for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(), E = BB->end(); I != E; ++I) {
 299         CallSite CS = CallSite::get(I);
 300         // If this isn't a call, or it is a call to an intrinsic, it can
 301         // never be inlined.
 302         if (CS.getInstruction() == 0 || isa<IntrinsicInst>(I))
 303           continue;
 304
 305         // If this is a direct call to an external function, we can never inline
 306         // it.  If it is an indirect call, inlining may resolve it to be a
 307         // direct call, so we keep it.
 308         if (CS.getCalledFunction() && CS.getCalledFunction()->isDeclaration())
 309           continue;
 310
 311         CallSites.push_back(CS);
 312       }
 313   }
 314
 315   DEBUG(errs() << ": " << CallSites.size() << " call sites.\n");
 316
 317   // Now that we have all of the call sites, move the ones to functions in the
 318   // current SCC to the end of the list.
 319   unsigned FirstCallInSCC = CallSites.size();
 320   for (unsigned i = 0; i < FirstCallInSCC; ++i)
 321     if (Function *F = CallSites[i].getCalledFunction())
 322       if (SCCFunctions.count(F))
 323         std::swap(CallSites[i--], CallSites[--FirstCallInSCC]);
 324
 325
 326   InlinedArrayAllocasTy InlinedArrayAllocas;
 327
 328   // Now that we have all of the call sites, loop over them and inline them if
 329   // it looks profitable to do so.
 330   bool Changed = false;
 331   bool LocalChange;
 332   do {
 333     LocalChange = false;
 334     // Iterate over the outer loop because inlining functions can cause indirect
 335     // calls to become direct calls.
 336     for (unsigned CSi = 0; CSi != CallSites.size(); ++CSi) {
 337       CallSite CS = CallSites[CSi];
 338
 339       Function *Callee = CS.getCalledFunction();
 340       // We can only inline direct calls to non-declarations.
 341       if (Callee == 0 || Callee->isDeclaration()) continue;
 342
 343       // If the policy determines that we should inline this function,
 344       // try to do so.
 345       if (!shouldInline(CS))
 346         continue;
 347
 348       Function *Caller = CS.getCaller();
 349       // Attempt to inline the function...
 350       if (!InlineCallIfPossible(CS, CG, TD, InlinedArrayAllocas))
 351         continue;
 352
 353       // If we inlined the last possible call site to the function, delete the
 354       // function body now.
 355       if (Callee->use_empty() && Callee->hasLocalLinkage() &&
 356           // TODO: Can remove if in SCC now.
 357           !SCCFunctions.count(Callee) &&
 358
 359           // The function may be apparently dead, but if there are indirect
 360           // callgraph references to the node, we cannot delete it yet, this
 361           // could invalidate the CGSCC iterator.
 362           CG[Callee]->getNumReferences() == 0) {
 363         DEBUG(errs() << "    -> Deleting dead function: "
 364               << Callee->getName() << "\n");
 365         CallGraphNode *CalleeNode = CG[Callee];
 366
 367         // Remove any call graph edges from the callee to its callees.
 368         CalleeNode->removeAllCalledFunctions();
 369
 370         resetCachedCostInfo(Callee);
 371
 372         // Removing the node for callee from the call graph and delete it.
 373         delete CG.removeFunctionFromModule(CalleeNode);
 374         ++NumDeleted;
 375       }
 376
 377       // Remove any cached cost info for this caller, as inlining the
 378       // callee has increased the size of the caller (which may be the
 379       // same as the callee).
 380       resetCachedCostInfo(Caller);
 381
 382       // Remove this call site from the list.  If possible, use
 383       // swap/pop_back for efficiency, but do not use it if doing so would
 384       // move a call site to a function in this SCC before the
 385       // 'FirstCallInSCC' barrier.
 386       if (SCC.size() == 1) {
 387         std::swap(CallSites[CSi], CallSites.back());
 388         CallSites.pop_back();
 389       } else {
 390         CallSites.erase(CallSites.begin()+CSi);
 391       }
 392       --CSi;
 393
 394       ++NumInlined;
 395       Changed = true;
 396       LocalChange = true;
 397     }
 398   } while (LocalChange);
 399
 400   return Changed;
 401 }
 402
 403 // doFinalization - Remove now-dead linkonce functions at the end of
 404 // processing to avoid breaking the SCC traversal.
 405 bool Inliner::doFinalization(CallGraph &CG) {
 406   return removeDeadFunctions(CG);
 407 }
 408
 409 /// removeDeadFunctions - Remove dead functions that are not included in
 410 /// DNR (Do Not Remove) list.
 411 bool Inliner::removeDeadFunctions(CallGraph &CG,
 412                                   SmallPtrSet<const Function *, 16> *DNR) {
 413   SmallPtrSet<CallGraphNode*, 16> FunctionsToRemove;
 414
 415   // Scan for all of the functions, looking for ones that should now be removed
 416   // from the program.  Insert the dead ones in the FunctionsToRemove set.
 417   for (CallGraph::iterator I = CG.begin(), E = CG.end(); I != E; ++I) {
 418     CallGraphNode *CGN = I->second;
 419     if (CGN->getFunction() == 0)
 420       continue;
 421
 422     Function *F = CGN->getFunction();
 423
 424     // If the only remaining users of the function are dead constants, remove
 425     // them.
 426     F->removeDeadConstantUsers();
 427
 428     if (DNR && DNR->count(F))
 429       continue;
 430     if (!F->hasLinkOnceLinkage() && !F->hasLocalLinkage() &&
 431         !F->hasAvailableExternallyLinkage())
 432       continue;
 433     if (!F->use_empty())
 434       continue;
 435
 436     // Remove any call graph edges from the function to its callees.
 437     CGN->removeAllCalledFunctions();
 438
 439     // Remove any edges from the external node to the function's call graph
 440     // node.  These edges might have been made irrelegant due to
 441     // optimization of the program.
 442     CG.getExternalCallingNode()->removeAnyCallEdgeTo(CGN);
 443
 444     // Removing the node for callee from the call graph and delete it.
 445     FunctionsToRemove.insert(CGN);
 446   }
 447
 448   // Now that we know which functions to delete, do so.  We didn't want to do
 449   // this inline, because that would invalidate our CallGraph::iterator
 450   // objects. :(
 451   //
 452   // Note that it doesn't matter that we are iterating over a non-stable set
 453   // here to do this, it doesn't matter which order the functions are deleted
 454   // in.
 455   bool Changed = false;
 456   for (SmallPtrSet<CallGraphNode*, 16>::iterator I = FunctionsToRemove.begin(),
 457        E = FunctionsToRemove.end(); I != E; ++I) {
 458     resetCachedCostInfo((*I)->getFunction());
 459     delete CG.removeFunctionFromModule(*I);
 460     ++NumDeleted;
 461     Changed = true;
 462   }
 463
 464   return Changed;
 465 }