c040025115bdb5e0a9f5f09e2cd2faefade9e708
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / IPO / LowerSetJmp.cpp
1 //===- LowerSetJmp.cpp - Code pertaining to lowering set/long jumps -------===//
2 //
3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
4 //
5 // This file was developed by the LLVM research group and is distributed under
6 // the University of Illinois Open Source License. See LICENSE.TXT for details.
7 //
8 //===----------------------------------------------------------------------===//
9 //
10 //  This file implements the lowering of setjmp and longjmp to use the
11 //  LLVM invoke and unwind instructions as necessary.
12 //
13 //  Lowering of longjmp is fairly trivial. We replace the call with a
14 //  call to the LLVM library function "__llvm_sjljeh_throw_longjmp()".
15 //  This unwinds the stack for us calling all of the destructors for
16 //  objects allocated on the stack.
17 //
18 //  At a setjmp call, the basic block is split and the setjmp removed.
19 //  The calls in a function that have a setjmp are converted to invoke
20 //  where the except part checks to see if it's a longjmp exception and,
21 //  if so, if it's handled in the function. If it is, then it gets the
22 //  value returned by the longjmp and goes to where the basic block was
23 //  split. Invoke instructions are handled in a similar fashion with the
24 //  original except block being executed if it isn't a longjmp except
25 //  that is handled by that function.
26 //
27 //===----------------------------------------------------------------------===//
28
29 //===----------------------------------------------------------------------===//
30 // FIXME: This pass doesn't deal with PHI statements just yet. That is,
31 // we expect this to occur before SSAification is done. This would seem
32 // to make sense, but in general, it might be a good idea to make this
33 // pass invokable via the "opt" command at will.
34 //===----------------------------------------------------------------------===//
35
36 #include "llvm/Transforms/IPO.h"
37 #include "llvm/Constants.h"
38 #include "llvm/DerivedTypes.h"
39 #include "llvm/Instructions.h"
40 #include "llvm/Intrinsics.h"
41 #include "llvm/Module.h"
42 #include "llvm/Pass.h"
43 #include "llvm/Support/CFG.h"
44 #include "llvm/Support/InstVisitor.h"
45 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
46 #include "llvm/ADT/DepthFirstIterator.h"
47 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
48 #include "llvm/ADT/StringExtras.h"
49 #include "llvm/ADT/VectorExtras.h"
50 using namespace llvm;
51
52 namespace {
53   Statistic<> LongJmpsTransformed("lowersetjmp",
54                                   "Number of longjmps transformed");
55   Statistic<> SetJmpsTransformed("lowersetjmp",
56                                  "Number of setjmps transformed");
57   Statistic<> CallsTransformed("lowersetjmp",
58                                "Number of calls invokified");
59   Statistic<> InvokesTransformed("lowersetjmp",
60                                  "Number of invokes modified");
61
62   //===--------------------------------------------------------------------===//
63   // LowerSetJmp pass implementation.
64   class LowerSetJmp : public ModulePass,
65                       public InstVisitor<LowerSetJmp> {
66     // LLVM library functions...
67     Function* InitSJMap;        // __llvm_sjljeh_init_setjmpmap
68     Function* DestroySJMap;     // __llvm_sjljeh_destroy_setjmpmap
69     Function* AddSJToMap;       // __llvm_sjljeh_add_setjmp_to_map
70     Function* ThrowLongJmp;     // __llvm_sjljeh_throw_longjmp
71     Function* TryCatchLJ;       // __llvm_sjljeh_try_catching_longjmp_exception
72     Function* IsLJException;    // __llvm_sjljeh_is_longjmp_exception
73     Function* GetLJValue;       // __llvm_sjljeh_get_longjmp_value
74
75     typedef std::pair<SwitchInst*, CallInst*> SwitchValuePair;
76
77     // Keep track of those basic blocks reachable via a depth-first search of
78     // the CFG from a setjmp call. We only need to transform those "call" and
79     // "invoke" instructions that are reachable from the setjmp call site.
80     std::set<BasicBlock*> DFSBlocks;
81
82     // The setjmp map is going to hold information about which setjmps
83     // were called (each setjmp gets its own number) and with which
84     // buffer it was called.
85     std::map<Function*, AllocaInst*>            SJMap;
86
87     // The rethrow basic block map holds the basic block to branch to if
88     // the exception isn't handled in the current function and needs to
89     // be rethrown.
90     std::map<const Function*, BasicBlock*>      RethrowBBMap;
91
92     // The preliminary basic block map holds a basic block that grabs the
93     // exception and determines if it's handled by the current function.
94     std::map<const Function*, BasicBlock*>      PrelimBBMap;
95
96     // The switch/value map holds a switch inst/call inst pair. The
97     // switch inst controls which handler (if any) gets called and the
98     // value is the value returned to that handler by the call to
99     // __llvm_sjljeh_get_longjmp_value.
100     std::map<const Function*, SwitchValuePair>  SwitchValMap;
101
102     // A map of which setjmps we've seen so far in a function.
103     std::map<const Function*, unsigned>         SetJmpIDMap;
104
105     AllocaInst*     GetSetJmpMap(Function* Func);
106     BasicBlock*     GetRethrowBB(Function* Func);
107     SwitchValuePair GetSJSwitch(Function* Func, BasicBlock* Rethrow);
108
109     void TransformLongJmpCall(CallInst* Inst);
110     void TransformSetJmpCall(CallInst* Inst);
111
112     bool IsTransformableFunction(const std::string& Name);
113   public:
114     void visitCallInst(CallInst& CI);
115     void visitInvokeInst(InvokeInst& II);
116     void visitReturnInst(ReturnInst& RI);
117     void visitUnwindInst(UnwindInst& UI);
118
119     bool runOnModule(Module& M);
120     bool doInitialization(Module& M);
121   };
122
123   RegisterOpt<LowerSetJmp> X("lowersetjmp", "Lower Set Jump");
124 } // end anonymous namespace
125
126 // run - Run the transformation on the program. We grab the function
127 // prototypes for longjmp and setjmp. If they are used in the program,
128 // then we can go directly to the places they're at and transform them.
129 bool LowerSetJmp::runOnModule(Module& M) {
130   bool Changed = false;
131
132   // These are what the functions are called.
133   Function* SetJmp = M.getNamedFunction("llvm.setjmp");
134   Function* LongJmp = M.getNamedFunction("llvm.longjmp");
135
136   // This program doesn't have longjmp and setjmp calls.
137   if ((!LongJmp || LongJmp->use_empty()) &&
138         (!SetJmp || SetJmp->use_empty())) return false;
139
140   // Initialize some values and functions we'll need to transform the
141   // setjmp/longjmp functions.
142   doInitialization(M);
143
144   if (SetJmp) {
145     for (Value::use_iterator B = SetJmp->use_begin(), E = SetJmp->use_end();
146          B != E; ++B) {
147       BasicBlock* BB = cast<Instruction>(*B)->getParent();
148       for (df_ext_iterator<BasicBlock*> I = df_ext_begin(BB, DFSBlocks),
149              E = df_ext_end(BB, DFSBlocks); I != E; ++I)
150         /* empty */;
151     }
152
153     while (!SetJmp->use_empty()) {
154       assert(isa<CallInst>(SetJmp->use_back()) &&
155              "User of setjmp intrinsic not a call?");
156       TransformSetJmpCall(cast<CallInst>(SetJmp->use_back()));
157       Changed = true;
158     }
159   }
160
161   if (LongJmp)
162     while (!LongJmp->use_empty()) {
163       assert(isa<CallInst>(LongJmp->use_back()) &&
164              "User of longjmp intrinsic not a call?");
165       TransformLongJmpCall(cast<CallInst>(LongJmp->use_back()));
166       Changed = true;
167     }
168
169   // Now go through the affected functions and convert calls and invokes
170   // to new invokes...
171   for (std::map<Function*, AllocaInst*>::iterator
172       B = SJMap.begin(), E = SJMap.end(); B != E; ++B) {
173     Function* F = B->first;
174     for (Function::iterator BB = F->begin(), BE = F->end(); BB != BE; ++BB)
175       for (BasicBlock::iterator IB = BB->begin(), IE = BB->end(); IB != IE; ) {
176         visit(*IB++);
177         if (IB != BB->end() && IB->getParent() != BB)
178           break;  // The next instruction got moved to a different block!
179       }
180   }
181
182   DFSBlocks.clear();
183   SJMap.clear();
184   RethrowBBMap.clear();
185   PrelimBBMap.clear();
186   SwitchValMap.clear();
187   SetJmpIDMap.clear();
188
189   return Changed;
190 }
191
192 // doInitialization - For the lower long/setjmp pass, this ensures that a
193 // module contains a declaration for the intrisic functions we are going
194 // to call to convert longjmp and setjmp calls.
195 //
196 // This function is always successful, unless it isn't.
197 bool LowerSetJmp::doInitialization(Module& M)
198 {
199   const Type *SBPTy = PointerType::get(Type::SByteTy);
200   const Type *SBPPTy = PointerType::get(SBPTy);
201
202   // N.B. See llvm/runtime/GCCLibraries/libexception/SJLJ-Exception.h for
203   // a description of the following library functions.
204
205   // void __llvm_sjljeh_init_setjmpmap(void**)
206   InitSJMap = M.getOrInsertFunction("__llvm_sjljeh_init_setjmpmap",
207                                     Type::VoidTy, SBPPTy, NULL);
208   // void __llvm_sjljeh_destroy_setjmpmap(void**)
209   DestroySJMap = M.getOrInsertFunction("__llvm_sjljeh_destroy_setjmpmap",
210                                        Type::VoidTy, SBPPTy, NULL);
211
212   // void __llvm_sjljeh_add_setjmp_to_map(void**, void*, unsigned)
213   AddSJToMap = M.getOrInsertFunction("__llvm_sjljeh_add_setjmp_to_map",
214                                      Type::VoidTy, SBPPTy, SBPTy,
215                                      Type::UIntTy, NULL);
216
217   // void __llvm_sjljeh_throw_longjmp(int*, int)
218   ThrowLongJmp = M.getOrInsertFunction("__llvm_sjljeh_throw_longjmp",
219                                        Type::VoidTy, SBPTy, Type::IntTy, NULL);
220
221   // unsigned __llvm_sjljeh_try_catching_longjmp_exception(void **)
222   TryCatchLJ =
223     M.getOrInsertFunction("__llvm_sjljeh_try_catching_longjmp_exception",
224                           Type::UIntTy, SBPPTy, NULL);
225
226   // bool __llvm_sjljeh_is_longjmp_exception()
227   IsLJException = M.getOrInsertFunction("__llvm_sjljeh_is_longjmp_exception",
228                                         Type::BoolTy, NULL);
229
230   // int __llvm_sjljeh_get_longjmp_value()
231   GetLJValue = M.getOrInsertFunction("__llvm_sjljeh_get_longjmp_value",
232                                      Type::IntTy, NULL);
233   return true;
234 }
235
236 // IsTransformableFunction - Return true if the function name isn't one
237 // of the ones we don't want transformed. Currently, don't transform any
238 // "llvm.{setjmp,longjmp}" functions and none of the setjmp/longjmp error
239 // handling functions (beginning with __llvm_sjljeh_...they don't throw
240 // exceptions).
241 bool LowerSetJmp::IsTransformableFunction(const std::string& Name) {
242   std::string SJLJEh("__llvm_sjljeh");
243
244   if (Name.size() > SJLJEh.size())
245     return std::string(Name.begin(), Name.begin() + SJLJEh.size()) != SJLJEh;
246
247   return true;
248 }
249
250 // TransformLongJmpCall - Transform a longjmp call into a call to the
251 // internal __llvm_sjljeh_throw_longjmp function. It then takes care of
252 // throwing the exception for us.
253 void LowerSetJmp::TransformLongJmpCall(CallInst* Inst)
254 {
255   const Type* SBPTy = PointerType::get(Type::SByteTy);
256
257   // Create the call to "__llvm_sjljeh_throw_longjmp". This takes the
258   // same parameters as "longjmp", except that the buffer is cast to a
259   // char*. It returns "void", so it doesn't need to replace any of
260   // Inst's uses and doesn't get a name.
261   CastInst* CI = new CastInst(Inst->getOperand(1), SBPTy, "LJBuf", Inst);
262   new CallInst(ThrowLongJmp, make_vector<Value*>(CI, Inst->getOperand(2), 0),
263                "", Inst);
264
265   SwitchValuePair& SVP = SwitchValMap[Inst->getParent()->getParent()];
266
267   // If the function has a setjmp call in it (they are transformed first)
268   // we should branch to the basic block that determines if this longjmp
269   // is applicable here. Otherwise, issue an unwind.
270   if (SVP.first)
271     new BranchInst(SVP.first->getParent(), Inst);
272   else
273     new UnwindInst(Inst);
274
275   // Remove all insts after the branch/unwind inst.  Go from back to front to
276   // avoid replaceAllUsesWith if possible.
277   BasicBlock *BB = Inst->getParent();
278   Instruction *Removed;
279   do {
280     Removed = &BB->back();
281     // If the removed instructions have any users, replace them now.
282     if (!Removed->use_empty())
283       Removed->replaceAllUsesWith(UndefValue::get(Removed->getType()));
284     Removed->eraseFromParent();
285   } while (Removed != Inst);
286
287   ++LongJmpsTransformed;
288 }
289
290 // GetSetJmpMap - Retrieve (create and initialize, if necessary) the
291 // setjmp map. This map is going to hold information about which setjmps
292 // were called (each setjmp gets its own number) and with which buffer it
293 // was called. There can be only one!
294 AllocaInst* LowerSetJmp::GetSetJmpMap(Function* Func)
295 {
296   if (SJMap[Func]) return SJMap[Func];
297
298   // Insert the setjmp map initialization before the first instruction in
299   // the function.
300   Instruction* Inst = Func->getEntryBlock().begin();
301   assert(Inst && "Couldn't find even ONE instruction in entry block!");
302
303   // Fill in the alloca and call to initialize the SJ map.
304   const Type *SBPTy = PointerType::get(Type::SByteTy);
305   AllocaInst* Map = new AllocaInst(SBPTy, 0, "SJMap", Inst);
306   new CallInst(InitSJMap, make_vector<Value*>(Map, 0), "", Inst);
307   return SJMap[Func] = Map;
308 }
309
310 // GetRethrowBB - Only one rethrow basic block is needed per function.
311 // If this is a longjmp exception but not handled in this block, this BB
312 // performs the rethrow.
313 BasicBlock* LowerSetJmp::GetRethrowBB(Function* Func)
314 {
315   if (RethrowBBMap[Func]) return RethrowBBMap[Func];
316
317   // The basic block we're going to jump to if we need to rethrow the
318   // exception.
319   BasicBlock* Rethrow = new BasicBlock("RethrowExcept", Func);
320
321   // Fill in the "Rethrow" BB with a call to rethrow the exception. This
322   // is the last instruction in the BB since at this point the runtime
323   // should exit this function and go to the next function.
324   new UnwindInst(Rethrow);
325   return RethrowBBMap[Func] = Rethrow;
326 }
327
328 // GetSJSwitch - Return the switch statement that controls which handler
329 // (if any) gets called and the value returned to that handler.
330 LowerSetJmp::SwitchValuePair LowerSetJmp::GetSJSwitch(Function* Func,
331                                                       BasicBlock* Rethrow)
332 {
333   if (SwitchValMap[Func].first) return SwitchValMap[Func];
334
335   BasicBlock* LongJmpPre = new BasicBlock("LongJmpBlkPre", Func);
336   BasicBlock::InstListType& LongJmpPreIL = LongJmpPre->getInstList();
337
338   // Keep track of the preliminary basic block for some of the other
339   // transformations.
340   PrelimBBMap[Func] = LongJmpPre;
341
342   // Grab the exception.
343   CallInst* Cond = new
344     CallInst(IsLJException, std::vector<Value*>(), "IsLJExcept");
345   LongJmpPreIL.push_back(Cond);
346
347   // The "decision basic block" gets the number associated with the
348   // setjmp call returning to switch on and the value returned by
349   // longjmp.
350   BasicBlock* DecisionBB = new BasicBlock("LJDecisionBB", Func);
351   BasicBlock::InstListType& DecisionBBIL = DecisionBB->getInstList();
352
353   new BranchInst(DecisionBB, Rethrow, Cond, LongJmpPre);
354
355   // Fill in the "decision" basic block.
356   CallInst* LJVal = new CallInst(GetLJValue, std::vector<Value*>(), "LJVal");
357   DecisionBBIL.push_back(LJVal);
358   CallInst* SJNum = new
359     CallInst(TryCatchLJ, make_vector<Value*>(GetSetJmpMap(Func), 0), "SJNum");
360   DecisionBBIL.push_back(SJNum);
361
362   SwitchInst* SI = new SwitchInst(SJNum, Rethrow, 0, DecisionBB);
363   return SwitchValMap[Func] = SwitchValuePair(SI, LJVal);
364 }
365
366 // TransformSetJmpCall - The setjmp call is a bit trickier to transform.
367 // We're going to convert all setjmp calls to nops. Then all "call" and
368 // "invoke" instructions in the function are converted to "invoke" where
369 // the "except" branch is used when returning from a longjmp call.
370 void LowerSetJmp::TransformSetJmpCall(CallInst* Inst)
371 {
372   BasicBlock* ABlock = Inst->getParent();
373   Function* Func = ABlock->getParent();
374
375   // Add this setjmp to the setjmp map.
376   const Type* SBPTy = PointerType::get(Type::SByteTy);
377   CastInst* BufPtr = new CastInst(Inst->getOperand(1), SBPTy, "SBJmpBuf", Inst);
378   new CallInst(AddSJToMap,
379                make_vector<Value*>(GetSetJmpMap(Func), BufPtr,
380                                    ConstantUInt::get(Type::UIntTy,
381                                                      SetJmpIDMap[Func]++), 0),
382                "", Inst);
383
384   // We are guaranteed that there are no values live across basic blocks
385   // (because we are "not in SSA form" yet), but there can still be values live
386   // in basic blocks.  Because of this, splitting the setjmp block can cause
387   // values above the setjmp to not dominate uses which are after the setjmp
388   // call.  For all of these occasions, we must spill the value to the stack.
389   //
390   std::set<Instruction*> InstrsAfterCall;
391
392   // The call is probably very close to the end of the basic block, for the
393   // common usage pattern of: 'if (setjmp(...))', so keep track of the
394   // instructions after the call.
395   for (BasicBlock::iterator I = ++BasicBlock::iterator(Inst), E = ABlock->end();
396        I != E; ++I)
397     InstrsAfterCall.insert(I);
398
399   for (BasicBlock::iterator II = ABlock->begin();
400        II != BasicBlock::iterator(Inst); ++II)
401     // Loop over all of the uses of instruction.  If any of them are after the
402     // call, "spill" the value to the stack.
403     for (Value::use_iterator UI = II->use_begin(), E = II->use_end();
404          UI != E; ++UI)
405       if (cast<Instruction>(*UI)->getParent() != ABlock ||
406           InstrsAfterCall.count(cast<Instruction>(*UI))) {
407         DemoteRegToStack(*II);
408         break;
409       }
410   InstrsAfterCall.clear();
411
412   // Change the setjmp call into a branch statement. We'll remove the
413   // setjmp call in a little bit. No worries.
414   BasicBlock* SetJmpContBlock = ABlock->splitBasicBlock(Inst);
415   assert(SetJmpContBlock && "Couldn't split setjmp BB!!");
416
417   SetJmpContBlock->setName(ABlock->getName()+"SetJmpCont");
418
419   // Add the SetJmpContBlock to the set of blocks reachable from a setjmp.
420   DFSBlocks.insert(SetJmpContBlock);
421
422   // This PHI node will be in the new block created from the
423   // splitBasicBlock call.
424   PHINode* PHI = new PHINode(Type::IntTy, "SetJmpReturn", Inst);
425
426   // Coming from a call to setjmp, the return is 0.
427   PHI->addIncoming(ConstantInt::getNullValue(Type::IntTy), ABlock);
428
429   // Add the case for this setjmp's number...
430   SwitchValuePair SVP = GetSJSwitch(Func, GetRethrowBB(Func));
431   SVP.first->addCase(ConstantUInt::get(Type::UIntTy, SetJmpIDMap[Func] - 1),
432                      SetJmpContBlock);
433
434   // Value coming from the handling of the exception.
435   PHI->addIncoming(SVP.second, SVP.second->getParent());
436
437   // Replace all uses of this instruction with the PHI node created by
438   // the eradication of setjmp.
439   Inst->replaceAllUsesWith(PHI);
440   Inst->getParent()->getInstList().erase(Inst);
441
442   ++SetJmpsTransformed;
443 }
444
445 // visitCallInst - This converts all LLVM call instructions into invoke
446 // instructions. The except part of the invoke goes to the "LongJmpBlkPre"
447 // that grabs the exception and proceeds to determine if it's a longjmp
448 // exception or not.
449 void LowerSetJmp::visitCallInst(CallInst& CI)
450 {
451   if (CI.getCalledFunction())
452     if (!IsTransformableFunction(CI.getCalledFunction()->getName()) ||
453         CI.getCalledFunction()->isIntrinsic()) return;
454
455   BasicBlock* OldBB = CI.getParent();
456
457   // If not reachable from a setjmp call, don't transform.
458   if (!DFSBlocks.count(OldBB)) return;
459
460   BasicBlock* NewBB = OldBB->splitBasicBlock(CI);
461   assert(NewBB && "Couldn't split BB of \"call\" instruction!!");
462   DFSBlocks.insert(NewBB);
463   NewBB->setName("Call2Invoke");
464
465   Function* Func = OldBB->getParent();
466
467   // Construct the new "invoke" instruction.
468   TerminatorInst* Term = OldBB->getTerminator();
469   std::vector<Value*> Params(CI.op_begin() + 1, CI.op_end());
470   InvokeInst* II = new
471     InvokeInst(CI.getCalledValue(), NewBB, PrelimBBMap[Func],
472                Params, CI.getName(), Term);
473
474   // Replace the old call inst with the invoke inst and remove the call.
475   CI.replaceAllUsesWith(II);
476   CI.getParent()->getInstList().erase(&CI);
477
478   // The old terminator is useless now that we have the invoke inst.
479   Term->getParent()->getInstList().erase(Term);
480   ++CallsTransformed;
481 }
482
483 // visitInvokeInst - Converting the "invoke" instruction is fairly
484 // straight-forward. The old exception part is replaced by a query asking
485 // if this is a longjmp exception. If it is, then it goes to the longjmp
486 // exception blocks. Otherwise, control is passed the old exception.
487 void LowerSetJmp::visitInvokeInst(InvokeInst& II)
488 {
489   if (II.getCalledFunction())
490     if (!IsTransformableFunction(II.getCalledFunction()->getName()) ||
491         II.getCalledFunction()->isIntrinsic()) return;
492
493   BasicBlock* BB = II.getParent();
494
495   // If not reachable from a setjmp call, don't transform.
496   if (!DFSBlocks.count(BB)) return;
497
498   BasicBlock* NormalBB = II.getNormalDest();
499   BasicBlock* ExceptBB = II.getUnwindDest();
500
501   Function* Func = BB->getParent();
502   BasicBlock* NewExceptBB = new BasicBlock("InvokeExcept", Func);
503   BasicBlock::InstListType& InstList = NewExceptBB->getInstList();
504
505   // If this is a longjmp exception, then branch to the preliminary BB of
506   // the longjmp exception handling. Otherwise, go to the old exception.
507   CallInst* IsLJExcept = new
508     CallInst(IsLJException, std::vector<Value*>(), "IsLJExcept");
509   InstList.push_back(IsLJExcept);
510
511   new BranchInst(PrelimBBMap[Func], ExceptBB, IsLJExcept, NewExceptBB);
512
513   II.setUnwindDest(NewExceptBB);
514   ++InvokesTransformed;
515 }
516
517 // visitReturnInst - We want to destroy the setjmp map upon exit from the
518 // function.
519 void LowerSetJmp::visitReturnInst(ReturnInst &RI) {
520   Function* Func = RI.getParent()->getParent();
521   new CallInst(DestroySJMap, make_vector<Value*>(GetSetJmpMap(Func), 0),
522                "", &RI);
523 }
524
525 // visitUnwindInst - We want to destroy the setjmp map upon exit from the
526 // function.
527 void LowerSetJmp::visitUnwindInst(UnwindInst &UI) {
528   Function* Func = UI.getParent()->getParent();
529   new CallInst(DestroySJMap, make_vector<Value*>(GetSetJmpMap(Func), 0),
530                "", &UI);
531 }
532
533 ModulePass *llvm::createLowerSetJmpPass() {
534   return new LowerSetJmp();
535 }
536