Eliminate use of ctors that take vectors.
[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 #define DEBUG_TYPE "lowersetjmp"
37 #include "llvm/Transforms/IPO.h"
38 #include "llvm/Constants.h"
39 #include "llvm/DerivedTypes.h"
40 #include "llvm/Instructions.h"
41 #include "llvm/Intrinsics.h"
42 #include "llvm/Module.h"
43 #include "llvm/Pass.h"
44 #include "llvm/Support/CFG.h"
45 #include "llvm/Support/Compiler.h"
46 #include "llvm/Support/InstVisitor.h"
47 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
48 #include "llvm/ADT/DepthFirstIterator.h"
49 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
50 #include "llvm/ADT/StringExtras.h"
51 #include "llvm/ADT/VectorExtras.h"
52 using namespace llvm;
53
54 STATISTIC(LongJmpsTransformed, "Number of longjmps transformed");
55 STATISTIC(SetJmpsTransformed , "Number of setjmps transformed");
56 STATISTIC(CallsTransformed   , "Number of calls invokified");
57 STATISTIC(InvokesTransformed , "Number of invokes modified");
58
59 namespace {
60   //===--------------------------------------------------------------------===//
61   // LowerSetJmp pass implementation.
62   class VISIBILITY_HIDDEN LowerSetJmp : public ModulePass,
63                       public InstVisitor<LowerSetJmp> {
64     // LLVM library functions...
65     Constant *InitSJMap;        // __llvm_sjljeh_init_setjmpmap
66     Constant *DestroySJMap;     // __llvm_sjljeh_destroy_setjmpmap
67     Constant *AddSJToMap;       // __llvm_sjljeh_add_setjmp_to_map
68     Constant *ThrowLongJmp;     // __llvm_sjljeh_throw_longjmp
69     Constant *TryCatchLJ;       // __llvm_sjljeh_try_catching_longjmp_exception
70     Constant *IsLJException;    // __llvm_sjljeh_is_longjmp_exception
71     Constant *GetLJValue;       // __llvm_sjljeh_get_longjmp_value
72
73     typedef std::pair<SwitchInst*, CallInst*> SwitchValuePair;
74
75     // Keep track of those basic blocks reachable via a depth-first search of
76     // the CFG from a setjmp call. We only need to transform those "call" and
77     // "invoke" instructions that are reachable from the setjmp call site.
78     std::set<BasicBlock*> DFSBlocks;
79
80     // The setjmp map is going to hold information about which setjmps
81     // were called (each setjmp gets its own number) and with which
82     // buffer it was called.
83     std::map<Function*, AllocaInst*>            SJMap;
84
85     // The rethrow basic block map holds the basic block to branch to if
86     // the exception isn't handled in the current function and needs to
87     // be rethrown.
88     std::map<const Function*, BasicBlock*>      RethrowBBMap;
89
90     // The preliminary basic block map holds a basic block that grabs the
91     // exception and determines if it's handled by the current function.
92     std::map<const Function*, BasicBlock*>      PrelimBBMap;
93
94     // The switch/value map holds a switch inst/call inst pair. The
95     // switch inst controls which handler (if any) gets called and the
96     // value is the value returned to that handler by the call to
97     // __llvm_sjljeh_get_longjmp_value.
98     std::map<const Function*, SwitchValuePair>  SwitchValMap;
99
100     // A map of which setjmps we've seen so far in a function.
101     std::map<const Function*, unsigned>         SetJmpIDMap;
102
103     AllocaInst*     GetSetJmpMap(Function* Func);
104     BasicBlock*     GetRethrowBB(Function* Func);
105     SwitchValuePair GetSJSwitch(Function* Func, BasicBlock* Rethrow);
106
107     void TransformLongJmpCall(CallInst* Inst);
108     void TransformSetJmpCall(CallInst* Inst);
109
110     bool IsTransformableFunction(const std::string& Name);
111   public:
112     void visitCallInst(CallInst& CI);
113     void visitInvokeInst(InvokeInst& II);
114     void visitReturnInst(ReturnInst& RI);
115     void visitUnwindInst(UnwindInst& UI);
116
117     bool runOnModule(Module& M);
118     bool doInitialization(Module& M);
119   };
120
121   RegisterPass<LowerSetJmp> X("lowersetjmp", "Lower Set Jump");
122 } // end anonymous namespace
123
124 // run - Run the transformation on the program. We grab the function
125 // prototypes for longjmp and setjmp. If they are used in the program,
126 // then we can go directly to the places they're at and transform them.
127 bool LowerSetJmp::runOnModule(Module& M) {
128   bool Changed = false;
129
130   // These are what the functions are called.
131   Function* SetJmp = M.getFunction("llvm.setjmp");
132   Function* LongJmp = M.getFunction("llvm.longjmp");
133
134   // This program doesn't have longjmp and setjmp calls.
135   if ((!LongJmp || LongJmp->use_empty()) &&
136         (!SetJmp || SetJmp->use_empty())) return false;
137
138   // Initialize some values and functions we'll need to transform the
139   // setjmp/longjmp functions.
140   doInitialization(M);
141
142   if (SetJmp) {
143     for (Value::use_iterator B = SetJmp->use_begin(), E = SetJmp->use_end();
144          B != E; ++B) {
145       BasicBlock* BB = cast<Instruction>(*B)->getParent();
146       for (df_ext_iterator<BasicBlock*> I = df_ext_begin(BB, DFSBlocks),
147              E = df_ext_end(BB, DFSBlocks); I != E; ++I)
148         /* empty */;
149     }
150
151     while (!SetJmp->use_empty()) {
152       assert(isa<CallInst>(SetJmp->use_back()) &&
153              "User of setjmp intrinsic not a call?");
154       TransformSetJmpCall(cast<CallInst>(SetJmp->use_back()));
155       Changed = true;
156     }
157   }
158
159   if (LongJmp)
160     while (!LongJmp->use_empty()) {
161       assert(isa<CallInst>(LongJmp->use_back()) &&
162              "User of longjmp intrinsic not a call?");
163       TransformLongJmpCall(cast<CallInst>(LongJmp->use_back()));
164       Changed = true;
165     }
166
167   // Now go through the affected functions and convert calls and invokes
168   // to new invokes...
169   for (std::map<Function*, AllocaInst*>::iterator
170       B = SJMap.begin(), E = SJMap.end(); B != E; ++B) {
171     Function* F = B->first;
172     for (Function::iterator BB = F->begin(), BE = F->end(); BB != BE; ++BB)
173       for (BasicBlock::iterator IB = BB->begin(), IE = BB->end(); IB != IE; ) {
174         visit(*IB++);
175         if (IB != BB->end() && IB->getParent() != BB)
176           break;  // The next instruction got moved to a different block!
177       }
178   }
179
180   DFSBlocks.clear();
181   SJMap.clear();
182   RethrowBBMap.clear();
183   PrelimBBMap.clear();
184   SwitchValMap.clear();
185   SetJmpIDMap.clear();
186
187   return Changed;
188 }
189
190 // doInitialization - For the lower long/setjmp pass, this ensures that a
191 // module contains a declaration for the intrisic functions we are going
192 // to call to convert longjmp and setjmp calls.
193 //
194 // This function is always successful, unless it isn't.
195 bool LowerSetJmp::doInitialization(Module& M)
196 {
197   const Type *SBPTy = PointerType::get(Type::Int8Ty);
198   const Type *SBPPTy = PointerType::get(SBPTy);
199
200   // N.B. See llvm/runtime/GCCLibraries/libexception/SJLJ-Exception.h for
201   // a description of the following library functions.
202
203   // void __llvm_sjljeh_init_setjmpmap(void**)
204   InitSJMap = M.getOrInsertFunction("__llvm_sjljeh_init_setjmpmap",
205                                     Type::VoidTy, SBPPTy, (Type *)0);
206   // void __llvm_sjljeh_destroy_setjmpmap(void**)
207   DestroySJMap = M.getOrInsertFunction("__llvm_sjljeh_destroy_setjmpmap",
208                                        Type::VoidTy, SBPPTy, (Type *)0);
209
210   // void __llvm_sjljeh_add_setjmp_to_map(void**, void*, unsigned)
211   AddSJToMap = M.getOrInsertFunction("__llvm_sjljeh_add_setjmp_to_map",
212                                      Type::VoidTy, SBPPTy, SBPTy,
213                                      Type::Int32Ty, (Type *)0);
214
215   // void __llvm_sjljeh_throw_longjmp(int*, int)
216   ThrowLongJmp = M.getOrInsertFunction("__llvm_sjljeh_throw_longjmp",
217                                        Type::VoidTy, SBPTy, Type::Int32Ty,
218                                        (Type *)0);
219
220   // unsigned __llvm_sjljeh_try_catching_longjmp_exception(void **)
221   TryCatchLJ =
222     M.getOrInsertFunction("__llvm_sjljeh_try_catching_longjmp_exception",
223                           Type::Int32Ty, SBPPTy, (Type *)0);
224
225   // bool __llvm_sjljeh_is_longjmp_exception()
226   IsLJException = M.getOrInsertFunction("__llvm_sjljeh_is_longjmp_exception",
227                                         Type::Int1Ty, (Type *)0);
228
229   // int __llvm_sjljeh_get_longjmp_value()
230   GetLJValue = M.getOrInsertFunction("__llvm_sjljeh_get_longjmp_value",
231                                      Type::Int32Ty, (Type *)0);
232   return true;
233 }
234
235 // IsTransformableFunction - Return true if the function name isn't one
236 // of the ones we don't want transformed. Currently, don't transform any
237 // "llvm.{setjmp,longjmp}" functions and none of the setjmp/longjmp error
238 // handling functions (beginning with __llvm_sjljeh_...they don't throw
239 // exceptions).
240 bool LowerSetJmp::IsTransformableFunction(const std::string& Name) {
241   std::string SJLJEh("__llvm_sjljeh");
242
243   if (Name.size() > SJLJEh.size())
244     return std::string(Name.begin(), Name.begin() + SJLJEh.size()) != SJLJEh;
245
246   return true;
247 }
248
249 // TransformLongJmpCall - Transform a longjmp call into a call to the
250 // internal __llvm_sjljeh_throw_longjmp function. It then takes care of
251 // throwing the exception for us.
252 void LowerSetJmp::TransformLongJmpCall(CallInst* Inst)
253 {
254   const Type* SBPTy = PointerType::get(Type::Int8Ty);
255
256   // Create the call to "__llvm_sjljeh_throw_longjmp". This takes the
257   // same parameters as "longjmp", except that the buffer is cast to a
258   // char*. It returns "void", so it doesn't need to replace any of
259   // Inst's uses and doesn't get a name.
260   CastInst* CI = 
261     new BitCastInst(Inst->getOperand(1), SBPTy, "LJBuf", Inst);
262   new CallInst(ThrowLongJmp, CI, Inst->getOperand(2), "", Inst);
263
264   SwitchValuePair& SVP = SwitchValMap[Inst->getParent()->getParent()];
265
266   // If the function has a setjmp call in it (they are transformed first)
267   // we should branch to the basic block that determines if this longjmp
268   // is applicable here. Otherwise, issue an unwind.
269   if (SVP.first)
270     new BranchInst(SVP.first->getParent(), Inst);
271   else
272     new UnwindInst(Inst);
273
274   // Remove all insts after the branch/unwind inst.  Go from back to front to
275   // avoid replaceAllUsesWith if possible.
276   BasicBlock *BB = Inst->getParent();
277   Instruction *Removed;
278   do {
279     Removed = &BB->back();
280     // If the removed instructions have any users, replace them now.
281     if (!Removed->use_empty())
282       Removed->replaceAllUsesWith(UndefValue::get(Removed->getType()));
283     Removed->eraseFromParent();
284   } while (Removed != Inst);
285
286   ++LongJmpsTransformed;
287 }
288
289 // GetSetJmpMap - Retrieve (create and initialize, if necessary) the
290 // setjmp map. This map is going to hold information about which setjmps
291 // were called (each setjmp gets its own number) and with which buffer it
292 // was called. There can be only one!
293 AllocaInst* LowerSetJmp::GetSetJmpMap(Function* Func)
294 {
295   if (SJMap[Func]) return SJMap[Func];
296
297   // Insert the setjmp map initialization before the first instruction in
298   // the function.
299   Instruction* Inst = Func->getEntryBlock().begin();
300   assert(Inst && "Couldn't find even ONE instruction in entry block!");
301
302   // Fill in the alloca and call to initialize the SJ map.
303   const Type *SBPTy = PointerType::get(Type::Int8Ty);
304   AllocaInst* Map = new AllocaInst(SBPTy, 0, "SJMap", Inst);
305   new CallInst(InitSJMap, Map, "", Inst);
306   return SJMap[Func] = Map;
307 }
308
309 // GetRethrowBB - Only one rethrow basic block is needed per function.
310 // If this is a longjmp exception but not handled in this block, this BB
311 // performs the rethrow.
312 BasicBlock* LowerSetJmp::GetRethrowBB(Function* Func)
313 {
314   if (RethrowBBMap[Func]) return RethrowBBMap[Func];
315
316   // The basic block we're going to jump to if we need to rethrow the
317   // exception.
318   BasicBlock* Rethrow = new BasicBlock("RethrowExcept", Func);
319
320   // Fill in the "Rethrow" BB with a call to rethrow the exception. This
321   // is the last instruction in the BB since at this point the runtime
322   // should exit this function and go to the next function.
323   new UnwindInst(Rethrow);
324   return RethrowBBMap[Func] = Rethrow;
325 }
326
327 // GetSJSwitch - Return the switch statement that controls which handler
328 // (if any) gets called and the value returned to that handler.
329 LowerSetJmp::SwitchValuePair LowerSetJmp::GetSJSwitch(Function* Func,
330                                                       BasicBlock* Rethrow)
331 {
332   if (SwitchValMap[Func].first) return SwitchValMap[Func];
333
334   BasicBlock* LongJmpPre = new BasicBlock("LongJmpBlkPre", Func);
335   BasicBlock::InstListType& LongJmpPreIL = LongJmpPre->getInstList();
336
337   // Keep track of the preliminary basic block for some of the other
338   // transformations.
339   PrelimBBMap[Func] = LongJmpPre;
340
341   // Grab the exception.
342   CallInst* Cond = new CallInst(IsLJException, "IsLJExcept");
343   LongJmpPreIL.push_back(Cond);
344
345   // The "decision basic block" gets the number associated with the
346   // setjmp call returning to switch on and the value returned by
347   // longjmp.
348   BasicBlock* DecisionBB = new BasicBlock("LJDecisionBB", Func);
349   BasicBlock::InstListType& DecisionBBIL = DecisionBB->getInstList();
350
351   new BranchInst(DecisionBB, Rethrow, Cond, LongJmpPre);
352
353   // Fill in the "decision" basic block.
354   CallInst* LJVal = new CallInst(GetLJValue, "LJVal");
355   DecisionBBIL.push_back(LJVal);
356   CallInst* SJNum = new CallInst(TryCatchLJ, GetSetJmpMap(Func), "SJNum");
357   DecisionBBIL.push_back(SJNum);
358
359   SwitchInst* SI = new SwitchInst(SJNum, Rethrow, 0, DecisionBB);
360   return SwitchValMap[Func] = SwitchValuePair(SI, LJVal);
361 }
362
363 // TransformSetJmpCall - The setjmp call is a bit trickier to transform.
364 // We're going to convert all setjmp calls to nops. Then all "call" and
365 // "invoke" instructions in the function are converted to "invoke" where
366 // the "except" branch is used when returning from a longjmp call.
367 void LowerSetJmp::TransformSetJmpCall(CallInst* Inst)
368 {
369   BasicBlock* ABlock = Inst->getParent();
370   Function* Func = ABlock->getParent();
371
372   // Add this setjmp to the setjmp map.
373   const Type* SBPTy = PointerType::get(Type::Int8Ty);
374   CastInst* BufPtr = 
375     new BitCastInst(Inst->getOperand(1), SBPTy, "SBJmpBuf", Inst);
376   std::vector<Value*> Args = 
377     make_vector<Value*>(GetSetJmpMap(Func), BufPtr,
378                         ConstantInt::get(Type::Int32Ty,
379                                          SetJmpIDMap[Func]++), 0);
380   new CallInst(AddSJToMap, &Args[0], Args.size(), "", Inst);
381
382   // We are guaranteed that there are no values live across basic blocks
383   // (because we are "not in SSA form" yet), but there can still be values live
384   // in basic blocks.  Because of this, splitting the setjmp block can cause
385   // values above the setjmp to not dominate uses which are after the setjmp
386   // call.  For all of these occasions, we must spill the value to the stack.
387   //
388   std::set<Instruction*> InstrsAfterCall;
389
390   // The call is probably very close to the end of the basic block, for the
391   // common usage pattern of: 'if (setjmp(...))', so keep track of the
392   // instructions after the call.
393   for (BasicBlock::iterator I = ++BasicBlock::iterator(Inst), E = ABlock->end();
394        I != E; ++I)
395     InstrsAfterCall.insert(I);
396
397   for (BasicBlock::iterator II = ABlock->begin();
398        II != BasicBlock::iterator(Inst); ++II)
399     // Loop over all of the uses of instruction.  If any of them are after the
400     // call, "spill" the value to the stack.
401     for (Value::use_iterator UI = II->use_begin(), E = II->use_end();
402          UI != E; ++UI)
403       if (cast<Instruction>(*UI)->getParent() != ABlock ||
404           InstrsAfterCall.count(cast<Instruction>(*UI))) {
405         DemoteRegToStack(*II);
406         break;
407       }
408   InstrsAfterCall.clear();
409
410   // Change the setjmp call into a branch statement. We'll remove the
411   // setjmp call in a little bit. No worries.
412   BasicBlock* SetJmpContBlock = ABlock->splitBasicBlock(Inst);
413   assert(SetJmpContBlock && "Couldn't split setjmp BB!!");
414
415   SetJmpContBlock->setName(ABlock->getName()+"SetJmpCont");
416
417   // Add the SetJmpContBlock to the set of blocks reachable from a setjmp.
418   DFSBlocks.insert(SetJmpContBlock);
419
420   // This PHI node will be in the new block created from the
421   // splitBasicBlock call.
422   PHINode* PHI = new PHINode(Type::Int32Ty, "SetJmpReturn", Inst);
423
424   // Coming from a call to setjmp, the return is 0.
425   PHI->addIncoming(ConstantInt::getNullValue(Type::Int32Ty), ABlock);
426
427   // Add the case for this setjmp's number...
428   SwitchValuePair SVP = GetSJSwitch(Func, GetRethrowBB(Func));
429   SVP.first->addCase(ConstantInt::get(Type::Int32Ty, SetJmpIDMap[Func] - 1),
430                      SetJmpContBlock);
431
432   // Value coming from the handling of the exception.
433   PHI->addIncoming(SVP.second, SVP.second->getParent());
434
435   // Replace all uses of this instruction with the PHI node created by
436   // the eradication of setjmp.
437   Inst->replaceAllUsesWith(PHI);
438   Inst->getParent()->getInstList().erase(Inst);
439
440   ++SetJmpsTransformed;
441 }
442
443 // visitCallInst - This converts all LLVM call instructions into invoke
444 // instructions. The except part of the invoke goes to the "LongJmpBlkPre"
445 // that grabs the exception and proceeds to determine if it's a longjmp
446 // exception or not.
447 void LowerSetJmp::visitCallInst(CallInst& CI)
448 {
449   if (CI.getCalledFunction())
450     if (!IsTransformableFunction(CI.getCalledFunction()->getName()) ||
451         CI.getCalledFunction()->isIntrinsic()) return;
452
453   BasicBlock* OldBB = CI.getParent();
454
455   // If not reachable from a setjmp call, don't transform.
456   if (!DFSBlocks.count(OldBB)) return;
457
458   BasicBlock* NewBB = OldBB->splitBasicBlock(CI);
459   assert(NewBB && "Couldn't split BB of \"call\" instruction!!");
460   DFSBlocks.insert(NewBB);
461   NewBB->setName("Call2Invoke");
462
463   Function* Func = OldBB->getParent();
464
465   // Construct the new "invoke" instruction.
466   TerminatorInst* Term = OldBB->getTerminator();
467   std::vector<Value*> Params(CI.op_begin() + 1, CI.op_end());
468   InvokeInst* II = new
469     InvokeInst(CI.getCalledValue(), NewBB, PrelimBBMap[Func],
470                &Params[0], Params.size(), CI.getName(), Term);
471
472   // Replace the old call inst with the invoke inst and remove the call.
473   CI.replaceAllUsesWith(II);
474   CI.getParent()->getInstList().erase(&CI);
475
476   // The old terminator is useless now that we have the invoke inst.
477   Term->getParent()->getInstList().erase(Term);
478   ++CallsTransformed;
479 }
480
481 // visitInvokeInst - Converting the "invoke" instruction is fairly
482 // straight-forward. The old exception part is replaced by a query asking
483 // if this is a longjmp exception. If it is, then it goes to the longjmp
484 // exception blocks. Otherwise, control is passed the old exception.
485 void LowerSetJmp::visitInvokeInst(InvokeInst& II)
486 {
487   if (II.getCalledFunction())
488     if (!IsTransformableFunction(II.getCalledFunction()->getName()) ||
489         II.getCalledFunction()->isIntrinsic()) return;
490
491   BasicBlock* BB = II.getParent();
492
493   // If not reachable from a setjmp call, don't transform.
494   if (!DFSBlocks.count(BB)) return;
495
496   BasicBlock* ExceptBB = II.getUnwindDest();
497
498   Function* Func = BB->getParent();
499   BasicBlock* NewExceptBB = new BasicBlock("InvokeExcept", Func);
500   BasicBlock::InstListType& InstList = NewExceptBB->getInstList();
501
502   // If this is a longjmp exception, then branch to the preliminary BB of
503   // the longjmp exception handling. Otherwise, go to the old exception.
504   CallInst* IsLJExcept = new CallInst(IsLJException, "IsLJExcept");
505   InstList.push_back(IsLJExcept);
506
507   new BranchInst(PrelimBBMap[Func], ExceptBB, IsLJExcept, NewExceptBB);
508
509   II.setUnwindDest(NewExceptBB);
510   ++InvokesTransformed;
511 }
512
513 // visitReturnInst - We want to destroy the setjmp map upon exit from the
514 // function.
515 void LowerSetJmp::visitReturnInst(ReturnInst &RI) {
516   Function* Func = RI.getParent()->getParent();
517   new CallInst(DestroySJMap, GetSetJmpMap(Func), "", &RI);
518 }
519
520 // visitUnwindInst - We want to destroy the setjmp map upon exit from the
521 // function.
522 void LowerSetJmp::visitUnwindInst(UnwindInst &UI) {
523   Function* Func = UI.getParent()->getParent();
524   new CallInst(DestroySJMap, GetSetJmpMap(Func), "", &UI);
525 }
526
527 ModulePass *llvm::createLowerSetJmpPass() {
528   return new LowerSetJmp();
529 }
530