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