When a function takes a variable number of pointer arguments, with a zero
[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, (Type *)0);
208   // void __llvm_sjljeh_destroy_setjmpmap(void**)
209   DestroySJMap = M.getOrInsertFunction("__llvm_sjljeh_destroy_setjmpmap",
210                                        Type::VoidTy, SBPPTy, (Type *)0);
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, (Type *)0);
216
217   // void __llvm_sjljeh_throw_longjmp(int*, int)
218   ThrowLongJmp = M.getOrInsertFunction("__llvm_sjljeh_throw_longjmp",
219                                        Type::VoidTy, SBPTy, Type::IntTy,
220                                        (Type *)0);
221
222   // unsigned __llvm_sjljeh_try_catching_longjmp_exception(void **)
223   TryCatchLJ =
224     M.getOrInsertFunction("__llvm_sjljeh_try_catching_longjmp_exception",
225                           Type::UIntTy, SBPPTy, (Type *)0);
226
227   // bool __llvm_sjljeh_is_longjmp_exception()
228   IsLJException = M.getOrInsertFunction("__llvm_sjljeh_is_longjmp_exception",
229                                         Type::BoolTy, (Type *)0);
230
231   // int __llvm_sjljeh_get_longjmp_value()
232   GetLJValue = M.getOrInsertFunction("__llvm_sjljeh_get_longjmp_value",
233                                      Type::IntTy, (Type *)0);
234   return true;
235 }
236
237 // IsTransformableFunction - Return true if the function name isn't one
238 // of the ones we don't want transformed. Currently, don't transform any
239 // "llvm.{setjmp,longjmp}" functions and none of the setjmp/longjmp error
240 // handling functions (beginning with __llvm_sjljeh_...they don't throw
241 // exceptions).
242 bool LowerSetJmp::IsTransformableFunction(const std::string& Name) {
243   std::string SJLJEh("__llvm_sjljeh");
244
245   if (Name.size() > SJLJEh.size())
246     return std::string(Name.begin(), Name.begin() + SJLJEh.size()) != SJLJEh;
247
248   return true;
249 }
250
251 // TransformLongJmpCall - Transform a longjmp call into a call to the
252 // internal __llvm_sjljeh_throw_longjmp function. It then takes care of
253 // throwing the exception for us.
254 void LowerSetJmp::TransformLongJmpCall(CallInst* Inst)
255 {
256   const Type* SBPTy = PointerType::get(Type::SByteTy);
257
258   // Create the call to "__llvm_sjljeh_throw_longjmp". This takes the
259   // same parameters as "longjmp", except that the buffer is cast to a
260   // char*. It returns "void", so it doesn't need to replace any of
261   // Inst's uses and doesn't get a name.
262   CastInst* CI = new CastInst(Inst->getOperand(1), SBPTy, "LJBuf", Inst);
263   new CallInst(ThrowLongJmp, make_vector<Value*>(CI, Inst->getOperand(2), 0),
264                "", Inst);
265
266   SwitchValuePair& SVP = SwitchValMap[Inst->getParent()->getParent()];
267
268   // If the function has a setjmp call in it (they are transformed first)
269   // we should branch to the basic block that determines if this longjmp
270   // is applicable here. Otherwise, issue an unwind.
271   if (SVP.first)
272     new BranchInst(SVP.first->getParent(), Inst);
273   else
274     new UnwindInst(Inst);
275
276   // Remove all insts after the branch/unwind inst.  Go from back to front to
277   // avoid replaceAllUsesWith if possible.
278   BasicBlock *BB = Inst->getParent();
279   Instruction *Removed;
280   do {
281     Removed = &BB->back();
282     // If the removed instructions have any users, replace them now.
283     if (!Removed->use_empty())
284       Removed->replaceAllUsesWith(UndefValue::get(Removed->getType()));
285     Removed->eraseFromParent();
286   } while (Removed != Inst);
287
288   ++LongJmpsTransformed;
289 }
290
291 // GetSetJmpMap - Retrieve (create and initialize, if necessary) the
292 // setjmp map. This map is going to hold information about which setjmps
293 // were called (each setjmp gets its own number) and with which buffer it
294 // was called. There can be only one!
295 AllocaInst* LowerSetJmp::GetSetJmpMap(Function* Func)
296 {
297   if (SJMap[Func]) return SJMap[Func];
298
299   // Insert the setjmp map initialization before the first instruction in
300   // the function.
301   Instruction* Inst = Func->getEntryBlock().begin();
302   assert(Inst && "Couldn't find even ONE instruction in entry block!");
303
304   // Fill in the alloca and call to initialize the SJ map.
305   const Type *SBPTy = PointerType::get(Type::SByteTy);
306   AllocaInst* Map = new AllocaInst(SBPTy, 0, "SJMap", Inst);
307   new CallInst(InitSJMap, make_vector<Value*>(Map, 0), "", Inst);
308   return SJMap[Func] = Map;
309 }
310
311 // GetRethrowBB - Only one rethrow basic block is needed per function.
312 // If this is a longjmp exception but not handled in this block, this BB
313 // performs the rethrow.
314 BasicBlock* LowerSetJmp::GetRethrowBB(Function* Func)
315 {
316   if (RethrowBBMap[Func]) return RethrowBBMap[Func];
317
318   // The basic block we're going to jump to if we need to rethrow the
319   // exception.
320   BasicBlock* Rethrow = new BasicBlock("RethrowExcept", Func);
321
322   // Fill in the "Rethrow" BB with a call to rethrow the exception. This
323   // is the last instruction in the BB since at this point the runtime
324   // should exit this function and go to the next function.
325   new UnwindInst(Rethrow);
326   return RethrowBBMap[Func] = Rethrow;
327 }
328
329 // GetSJSwitch - Return the switch statement that controls which handler
330 // (if any) gets called and the value returned to that handler.
331 LowerSetJmp::SwitchValuePair LowerSetJmp::GetSJSwitch(Function* Func,
332                                                       BasicBlock* Rethrow)
333 {
334   if (SwitchValMap[Func].first) return SwitchValMap[Func];
335
336   BasicBlock* LongJmpPre = new BasicBlock("LongJmpBlkPre", Func);
337   BasicBlock::InstListType& LongJmpPreIL = LongJmpPre->getInstList();
338
339   // Keep track of the preliminary basic block for some of the other
340   // transformations.
341   PrelimBBMap[Func] = LongJmpPre;
342
343   // Grab the exception.
344   CallInst* Cond = new
345     CallInst(IsLJException, std::vector<Value*>(), "IsLJExcept");
346   LongJmpPreIL.push_back(Cond);
347
348   // The "decision basic block" gets the number associated with the
349   // setjmp call returning to switch on and the value returned by
350   // longjmp.
351   BasicBlock* DecisionBB = new BasicBlock("LJDecisionBB", Func);
352   BasicBlock::InstListType& DecisionBBIL = DecisionBB->getInstList();
353
354   new BranchInst(DecisionBB, Rethrow, Cond, LongJmpPre);
355
356   // Fill in the "decision" basic block.
357   CallInst* LJVal = new CallInst(GetLJValue, std::vector<Value*>(), "LJVal");
358   DecisionBBIL.push_back(LJVal);
359   CallInst* SJNum = new
360     CallInst(TryCatchLJ, make_vector<Value*>(GetSetJmpMap(Func), 0), "SJNum");
361   DecisionBBIL.push_back(SJNum);
362
363   SwitchInst* SI = new SwitchInst(SJNum, Rethrow, 0, DecisionBB);
364   return SwitchValMap[Func] = SwitchValuePair(SI, LJVal);
365 }
366
367 // TransformSetJmpCall - The setjmp call is a bit trickier to transform.
368 // We're going to convert all setjmp calls to nops. Then all "call" and
369 // "invoke" instructions in the function are converted to "invoke" where
370 // the "except" branch is used when returning from a longjmp call.
371 void LowerSetJmp::TransformSetJmpCall(CallInst* Inst)
372 {
373   BasicBlock* ABlock = Inst->getParent();
374   Function* Func = ABlock->getParent();
375
376   // Add this setjmp to the setjmp map.
377   const Type* SBPTy = PointerType::get(Type::SByteTy);
378   CastInst* BufPtr = new CastInst(Inst->getOperand(1), SBPTy, "SBJmpBuf", Inst);
379   new CallInst(AddSJToMap,
380                make_vector<Value*>(GetSetJmpMap(Func), BufPtr,
381                                    ConstantUInt::get(Type::UIntTy,
382                                                      SetJmpIDMap[Func]++), 0),
383                "", Inst);
384
385   // We are guaranteed that there are no values live across basic blocks
386   // (because we are "not in SSA form" yet), but there can still be values live
387   // in basic blocks.  Because of this, splitting the setjmp block can cause
388   // values above the setjmp to not dominate uses which are after the setjmp
389   // call.  For all of these occasions, we must spill the value to the stack.
390   //
391   std::set<Instruction*> InstrsAfterCall;
392
393   // The call is probably very close to the end of the basic block, for the
394   // common usage pattern of: 'if (setjmp(...))', so keep track of the
395   // instructions after the call.
396   for (BasicBlock::iterator I = ++BasicBlock::iterator(Inst), E = ABlock->end();
397        I != E; ++I)
398     InstrsAfterCall.insert(I);
399
400   for (BasicBlock::iterator II = ABlock->begin();
401        II != BasicBlock::iterator(Inst); ++II)
402     // Loop over all of the uses of instruction.  If any of them are after the
403     // call, "spill" the value to the stack.
404     for (Value::use_iterator UI = II->use_begin(), E = II->use_end();
405          UI != E; ++UI)
406       if (cast<Instruction>(*UI)->getParent() != ABlock ||
407           InstrsAfterCall.count(cast<Instruction>(*UI))) {
408         DemoteRegToStack(*II);
409         break;
410       }
411   InstrsAfterCall.clear();
412
413   // Change the setjmp call into a branch statement. We'll remove the
414   // setjmp call in a little bit. No worries.
415   BasicBlock* SetJmpContBlock = ABlock->splitBasicBlock(Inst);
416   assert(SetJmpContBlock && "Couldn't split setjmp BB!!");
417
418   SetJmpContBlock->setName(ABlock->getName()+"SetJmpCont");
419
420   // Add the SetJmpContBlock to the set of blocks reachable from a setjmp.
421   DFSBlocks.insert(SetJmpContBlock);
422
423   // This PHI node will be in the new block created from the
424   // splitBasicBlock call.
425   PHINode* PHI = new PHINode(Type::IntTy, "SetJmpReturn", Inst);
426
427   // Coming from a call to setjmp, the return is 0.
428   PHI->addIncoming(ConstantInt::getNullValue(Type::IntTy), ABlock);
429
430   // Add the case for this setjmp's number...
431   SwitchValuePair SVP = GetSJSwitch(Func, GetRethrowBB(Func));
432   SVP.first->addCase(ConstantUInt::get(Type::UIntTy, SetJmpIDMap[Func] - 1),
433                      SetJmpContBlock);
434
435   // Value coming from the handling of the exception.
436   PHI->addIncoming(SVP.second, SVP.second->getParent());
437
438   // Replace all uses of this instruction with the PHI node created by
439   // the eradication of setjmp.
440   Inst->replaceAllUsesWith(PHI);
441   Inst->getParent()->getInstList().erase(Inst);
442
443   ++SetJmpsTransformed;
444 }
445
446 // visitCallInst - This converts all LLVM call instructions into invoke
447 // instructions. The except part of the invoke goes to the "LongJmpBlkPre"
448 // that grabs the exception and proceeds to determine if it's a longjmp
449 // exception or not.
450 void LowerSetJmp::visitCallInst(CallInst& CI)
451 {
452   if (CI.getCalledFunction())
453     if (!IsTransformableFunction(CI.getCalledFunction()->getName()) ||
454         CI.getCalledFunction()->isIntrinsic()) return;
455
456   BasicBlock* OldBB = CI.getParent();
457
458   // If not reachable from a setjmp call, don't transform.
459   if (!DFSBlocks.count(OldBB)) return;
460
461   BasicBlock* NewBB = OldBB->splitBasicBlock(CI);
462   assert(NewBB && "Couldn't split BB of \"call\" instruction!!");
463   DFSBlocks.insert(NewBB);
464   NewBB->setName("Call2Invoke");
465
466   Function* Func = OldBB->getParent();
467
468   // Construct the new "invoke" instruction.
469   TerminatorInst* Term = OldBB->getTerminator();
470   std::vector<Value*> Params(CI.op_begin() + 1, CI.op_end());
471   InvokeInst* II = new
472     InvokeInst(CI.getCalledValue(), NewBB, PrelimBBMap[Func],
473                Params, CI.getName(), Term);
474
475   // Replace the old call inst with the invoke inst and remove the call.
476   CI.replaceAllUsesWith(II);
477   CI.getParent()->getInstList().erase(&CI);
478
479   // The old terminator is useless now that we have the invoke inst.
480   Term->getParent()->getInstList().erase(Term);
481   ++CallsTransformed;
482 }
483
484 // visitInvokeInst - Converting the "invoke" instruction is fairly
485 // straight-forward. The old exception part is replaced by a query asking
486 // if this is a longjmp exception. If it is, then it goes to the longjmp
487 // exception blocks. Otherwise, control is passed the old exception.
488 void LowerSetJmp::visitInvokeInst(InvokeInst& II)
489 {
490   if (II.getCalledFunction())
491     if (!IsTransformableFunction(II.getCalledFunction()->getName()) ||
492         II.getCalledFunction()->isIntrinsic()) return;
493
494   BasicBlock* BB = II.getParent();
495
496   // If not reachable from a setjmp call, don't transform.
497   if (!DFSBlocks.count(BB)) return;
498
499   BasicBlock* NormalBB = II.getNormalDest();
500   BasicBlock* ExceptBB = II.getUnwindDest();
501
502   Function* Func = BB->getParent();
503   BasicBlock* NewExceptBB = new BasicBlock("InvokeExcept", Func);
504   BasicBlock::InstListType& InstList = NewExceptBB->getInstList();
505
506   // If this is a longjmp exception, then branch to the preliminary BB of
507   // the longjmp exception handling. Otherwise, go to the old exception.
508   CallInst* IsLJExcept = new
509     CallInst(IsLJException, std::vector<Value*>(), "IsLJExcept");
510   InstList.push_back(IsLJExcept);
511
512   new BranchInst(PrelimBBMap[Func], ExceptBB, IsLJExcept, NewExceptBB);
513
514   II.setUnwindDest(NewExceptBB);
515   ++InvokesTransformed;
516 }
517
518 // visitReturnInst - We want to destroy the setjmp map upon exit from the
519 // function.
520 void LowerSetJmp::visitReturnInst(ReturnInst &RI) {
521   Function* Func = RI.getParent()->getParent();
522   new CallInst(DestroySJMap, make_vector<Value*>(GetSetJmpMap(Func), 0),
523                "", &RI);
524 }
525
526 // visitUnwindInst - We want to destroy the setjmp map upon exit from the
527 // function.
528 void LowerSetJmp::visitUnwindInst(UnwindInst &UI) {
529   Function* Func = UI.getParent()->getParent();
530   new CallInst(DestroySJMap, make_vector<Value*>(GetSetJmpMap(Func), 0),
531                "", &UI);
532 }
533
534 ModulePass *llvm::createLowerSetJmpPass() {
535   return new LowerSetJmp();
536 }
537