Move per-function inline threshold calculation to a method.
[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(200), cl::ZeroOrMore,
42         cl::desc("Control the amount of inlining to perform (default = 200)"));
43
44 Inliner::Inliner(void *ID) 
45   : CallGraphSCCPass(ID), InlineThreshold(InlineLimit) {}
46
47 Inliner::Inliner(void *ID, int Threshold) 
48   : CallGraphSCCPass(ID), InlineThreshold(Threshold) {}
49
50 /// getAnalysisUsage - For this class, we declare that we require and preserve
51 /// the call graph.  If the derived class implements this method, it should
52 /// always explicitly call the implementation here.
53 void Inliner::getAnalysisUsage(AnalysisUsage &Info) const {
54   CallGraphSCCPass::getAnalysisUsage(Info);
55 }
56
57
58 typedef DenseMap<const ArrayType*, std::vector<AllocaInst*> >
59 InlinedArrayAllocasTy;
60
61 /// InlineCallIfPossible - If it is possible to inline the specified call site,
62 /// do so and update the CallGraph for this operation.
63 ///
64 /// This function also does some basic book-keeping to update the IR.  The
65 /// InlinedArrayAllocas map keeps track of any allocas that are already
66 /// available from other  functions inlined into the caller.  If we are able to
67 /// inline this call site we attempt to reuse already available allocas or add
68 /// any new allocas to the set if not possible.
69 static bool InlineCallIfPossible(CallSite CS, CallGraph &CG,
70                                  const TargetData *TD,
71                                  InlinedArrayAllocasTy &InlinedArrayAllocas) {
72   Function *Callee = CS.getCalledFunction();
73   Function *Caller = CS.getCaller();
74
75   // Try to inline the function.  Get the list of static allocas that were
76   // inlined.
77   SmallVector<AllocaInst*, 16> StaticAllocas;
78   if (!InlineFunction(CS, &CG, TD, &StaticAllocas))
79     return false;
80
81   // If the inlined function had a higher stack protection level than the
82   // calling function, then bump up the caller's stack protection level.
83   if (Callee->hasFnAttr(Attribute::StackProtectReq))
84     Caller->addFnAttr(Attribute::StackProtectReq);
85   else if (Callee->hasFnAttr(Attribute::StackProtect) &&
86            !Caller->hasFnAttr(Attribute::StackProtectReq))
87     Caller->addFnAttr(Attribute::StackProtect);
88
89   
90   // Look at all of the allocas that we inlined through this call site.  If we
91   // have already inlined other allocas through other calls into this function,
92   // then we know that they have disjoint lifetimes and that we can merge them.
93   //
94   // There are many heuristics possible for merging these allocas, and the
95   // different options have different tradeoffs.  One thing that we *really*
96   // don't want to hurt is SRoA: once inlining happens, often allocas are no
97   // longer address taken and so they can be promoted.
98   //
99   // Our "solution" for that is to only merge allocas whose outermost type is an
100   // array type.  These are usually not promoted because someone is using a
101   // variable index into them.  These are also often the most important ones to
102   // merge.
103   //
104   // A better solution would be to have real memory lifetime markers in the IR
105   // and not have the inliner do any merging of allocas at all.  This would
106   // allow the backend to do proper stack slot coloring of all allocas that
107   // *actually make it to the backend*, which is really what we want.
108   //
109   // Because we don't have this information, we do this simple and useful hack.
110   //
111   SmallPtrSet<AllocaInst*, 16> UsedAllocas;
112   
113   // Loop over all the allocas we have so far and see if they can be merged with
114   // a previously inlined alloca.  If not, remember that we had it.
115   for (unsigned AllocaNo = 0, e = StaticAllocas.size();
116        AllocaNo != e; ++AllocaNo) {
117     AllocaInst *AI = StaticAllocas[AllocaNo];
118     
119     // Don't bother trying to merge array allocations (they will usually be
120     // canonicalized to be an allocation *of* an array), or allocations whose
121     // type is not itself an array (because we're afraid of pessimizing SRoA).
122     const ArrayType *ATy = dyn_cast<ArrayType>(AI->getAllocatedType());
123     if (ATy == 0 || AI->isArrayAllocation())
124       continue;
125     
126     // Get the list of all available allocas for this array type.
127     std::vector<AllocaInst*> &AllocasForType = InlinedArrayAllocas[ATy];
128     
129     // Loop over the allocas in AllocasForType to see if we can reuse one.  Note
130     // that we have to be careful not to reuse the same "available" alloca for
131     // multiple different allocas that we just inlined, we use the 'UsedAllocas'
132     // set to keep track of which "available" allocas are being used by this
133     // function.  Also, AllocasForType can be empty of course!
134     bool MergedAwayAlloca = false;
135     for (unsigned i = 0, e = AllocasForType.size(); i != e; ++i) {
136       AllocaInst *AvailableAlloca = AllocasForType[i];
137       
138       // The available alloca has to be in the right function, not in some other
139       // function in this SCC.
140       if (AvailableAlloca->getParent() != AI->getParent())
141         continue;
142       
143       // If the inlined function already uses this alloca then we can't reuse
144       // it.
145       if (!UsedAllocas.insert(AvailableAlloca))
146         continue;
147       
148       // Otherwise, we *can* reuse it, RAUW AI into AvailableAlloca and declare
149       // success!
150       DEBUG(dbgs() << "    ***MERGED ALLOCA: " << *AI);
151       
152       AI->replaceAllUsesWith(AvailableAlloca);
153       AI->eraseFromParent();
154       MergedAwayAlloca = true;
155       ++NumMergedAllocas;
156       break;
157     }
158
159     // If we already nuked the alloca, we're done with it.
160     if (MergedAwayAlloca)
161       continue;
162
163     // If we were unable to merge away the alloca either because there are no
164     // allocas of the right type available or because we reused them all
165     // already, remember that this alloca came from an inlined function and mark
166     // it used so we don't reuse it for other allocas from this inline
167     // operation.
168     AllocasForType.push_back(AI);
169     UsedAllocas.insert(AI);
170   }
171   
172   return true;
173 }
174
175 unsigned Inliner::getInlineThreshold(Function* Caller) const {
176   if (Caller && !Caller->isDeclaration() &&
177       Caller->hasFnAttr(Attribute::OptimizeForSize) &&
178       InlineLimit.getNumOccurrences() == 0)
179     return 50;
180   else
181     return InlineThreshold;
182 }
183
184 /// shouldInline - Return true if the inliner should attempt to inline
185 /// at the given CallSite.
186 bool Inliner::shouldInline(CallSite CS) {
187   InlineCost IC = getInlineCost(CS);
188   
189   if (IC.isAlways()) {
190     DEBUG(dbgs() << "    Inlining: cost=always"
191           << ", Call: " << *CS.getInstruction() << "\n");
192     return true;
193   }
194   
195   if (IC.isNever()) {
196     DEBUG(dbgs() << "    NOT Inlining: cost=never"
197           << ", Call: " << *CS.getInstruction() << "\n");
198     return false;
199   }
200   
201   int Cost = IC.getValue();
202   Function *Caller = CS.getCaller();
203   int CurrentThreshold = getInlineThreshold(Caller);
204   float FudgeFactor = getInlineFudgeFactor(CS);
205   if (Cost >= (int)(CurrentThreshold * FudgeFactor)) {
206     DEBUG(dbgs() << "    NOT Inlining: cost=" << Cost
207           << ", Call: " << *CS.getInstruction() << "\n");
208     return false;
209   }
210   
211   // Try to detect the case where the current inlining candidate caller
212   // (call it B) is a static function and is an inlining candidate elsewhere,
213   // and the current candidate callee (call it C) is large enough that
214   // inlining it into B would make B too big to inline later.  In these
215   // circumstances it may be best not to inline C into B, but to inline B
216   // into its callers.
217   if (Caller->hasLocalLinkage()) {
218     int TotalSecondaryCost = 0;
219     bool outerCallsFound = false;
220     bool allOuterCallsWillBeInlined = true;
221     bool someOuterCallWouldNotBeInlined = false;
222     for (Value::use_iterator I = Caller->use_begin(), E =Caller->use_end(); 
223          I != E; ++I) {
224       CallSite CS2 = CallSite::get(*I);
225
226       // If this isn't a call to Caller (it could be some other sort
227       // of reference) skip it.
228       if (CS2.getInstruction() == 0 || CS2.getCalledFunction() != Caller)
229         continue;
230
231       InlineCost IC2 = getInlineCost(CS2);
232       if (IC2.isNever())
233         allOuterCallsWillBeInlined = false;
234       if (IC2.isAlways() || IC2.isNever())
235         continue;
236
237       outerCallsFound = true;
238       int Cost2 = IC2.getValue();
239       Function *Caller2 = CS2.getCaller();
240       int CurrentThreshold2 = getInlineThreshold(Caller2);
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(dbgs() << "    NOT Inlining: " << *CS.getInstruction() << 
265            " Cost = " << Cost << 
266            ", outer Cost = " << TotalSecondaryCost << '\n');
267       return false;
268     }
269   }
270
271   DEBUG(dbgs() << "    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(dbgs() << "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(dbgs() << " " << (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(dbgs() << ": " << 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 *Caller = CS.getCaller();
340       Function *Callee = CS.getCalledFunction();
341
342       // If this call site is dead and it is to a readonly function, we should
343       // just delete the call instead of trying to inline it, regardless of
344       // size.  This happens because IPSCCP propagates the result out of the
345       // call and then we're left with the dead call.
346       if (isInstructionTriviallyDead(CS.getInstruction())) {
347         DEBUG(dbgs() << "    -> Deleting dead call: "
348                      << *CS.getInstruction() << "\n");
349         // Update the call graph by deleting the edge from Callee to Caller.
350         CG[Caller]->removeCallEdgeFor(CS);
351         CS.getInstruction()->eraseFromParent();
352         ++NumCallsDeleted;
353       } else {
354         // We can only inline direct calls to non-declarations.
355         if (Callee == 0 || Callee->isDeclaration()) continue;
356       
357         // If the policy determines that we should inline this function,
358         // try to do so.
359         if (!shouldInline(CS))
360           continue;
361
362         // Attempt to inline the function...
363         if (!InlineCallIfPossible(CS, CG, TD, InlinedArrayAllocas))
364           continue;
365         ++NumInlined;
366       }
367       
368       // If we inlined or deleted the last possible call site to the function,
369       // delete the function body now.
370       if (Callee && Callee->use_empty() && Callee->hasLocalLinkage() &&
371           // TODO: Can remove if in SCC now.
372           !SCCFunctions.count(Callee) &&
373           
374           // The function may be apparently dead, but if there are indirect
375           // callgraph references to the node, we cannot delete it yet, this
376           // could invalidate the CGSCC iterator.
377           CG[Callee]->getNumReferences() == 0) {
378         DEBUG(dbgs() << "    -> Deleting dead function: "
379               << Callee->getName() << "\n");
380         CallGraphNode *CalleeNode = CG[Callee];
381         
382         // Remove any call graph edges from the callee to its callees.
383         CalleeNode->removeAllCalledFunctions();
384         
385         resetCachedCostInfo(Callee);
386         
387         // Removing the node for callee from the call graph and delete it.
388         delete CG.removeFunctionFromModule(CalleeNode);
389         ++NumDeleted;
390       }
391       
392       // Remove any cached cost info for this caller, as inlining the
393       // callee has increased the size of the caller (which may be the
394       // same as the callee).
395       resetCachedCostInfo(Caller);
396
397       // Remove this call site from the list.  If possible, use 
398       // swap/pop_back for efficiency, but do not use it if doing so would
399       // move a call site to a function in this SCC before the
400       // 'FirstCallInSCC' barrier.
401       if (SCC.size() == 1) {
402         std::swap(CallSites[CSi], CallSites.back());
403         CallSites.pop_back();
404       } else {
405         CallSites.erase(CallSites.begin()+CSi);
406       }
407       --CSi;
408
409       Changed = true;
410       LocalChange = true;
411     }
412   } while (LocalChange);
413
414   return Changed;
415 }
416
417 // doFinalization - Remove now-dead linkonce functions at the end of
418 // processing to avoid breaking the SCC traversal.
419 bool Inliner::doFinalization(CallGraph &CG) {
420   return removeDeadFunctions(CG);
421 }
422
423 /// removeDeadFunctions - Remove dead functions that are not included in
424 /// DNR (Do Not Remove) list.
425 bool Inliner::removeDeadFunctions(CallGraph &CG, 
426                                   SmallPtrSet<const Function *, 16> *DNR) {
427   SmallPtrSet<CallGraphNode*, 16> FunctionsToRemove;
428
429   // Scan for all of the functions, looking for ones that should now be removed
430   // from the program.  Insert the dead ones in the FunctionsToRemove set.
431   for (CallGraph::iterator I = CG.begin(), E = CG.end(); I != E; ++I) {
432     CallGraphNode *CGN = I->second;
433     if (CGN->getFunction() == 0)
434       continue;
435     
436     Function *F = CGN->getFunction();
437     
438     // If the only remaining users of the function are dead constants, remove
439     // them.
440     F->removeDeadConstantUsers();
441
442     if (DNR && DNR->count(F))
443       continue;
444     if (!F->hasLinkOnceLinkage() && !F->hasLocalLinkage() &&
445         !F->hasAvailableExternallyLinkage())
446       continue;
447     if (!F->use_empty())
448       continue;
449     
450     // Remove any call graph edges from the function to its callees.
451     CGN->removeAllCalledFunctions();
452
453     // Remove any edges from the external node to the function's call graph
454     // node.  These edges might have been made irrelegant due to
455     // optimization of the program.
456     CG.getExternalCallingNode()->removeAnyCallEdgeTo(CGN);
457
458     // Removing the node for callee from the call graph and delete it.
459     FunctionsToRemove.insert(CGN);
460   }
461
462   // Now that we know which functions to delete, do so.  We didn't want to do
463   // this inline, because that would invalidate our CallGraph::iterator
464   // objects. :(
465   //
466   // Note that it doesn't matter that we are iterating over a non-stable set
467   // here to do this, it doesn't matter which order the functions are deleted
468   // in.
469   bool Changed = false;
470   for (SmallPtrSet<CallGraphNode*, 16>::iterator I = FunctionsToRemove.begin(),
471        E = FunctionsToRemove.end(); I != E; ++I) {
472     resetCachedCostInfo((*I)->getFunction());
473     delete CG.removeFunctionFromModule(*I);
474     ++NumDeleted;
475     Changed = true;
476   }
477
478   return Changed;
479 }