Fix typo in comment.
[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     static char ID; // Pass identification, replacement for typeid
113     LowerSetJmp() : ModulePass((intptr_t)&ID) {}
114
115     void visitCallInst(CallInst& CI);
116     void visitInvokeInst(InvokeInst& II);
117     void visitReturnInst(ReturnInst& RI);
118     void visitUnwindInst(UnwindInst& UI);
119
120     bool runOnModule(Module& M);
121     bool doInitialization(Module& M);
122   };
123
124   char LowerSetJmp::ID = 0;
125   RegisterPass<LowerSetJmp> X("lowersetjmp", "Lower Set Jump");
126 } // end anonymous namespace
127
128 // run - Run the transformation on the program. We grab the function
129 // prototypes for longjmp and setjmp. If they are used in the program,
130 // then we can go directly to the places they're at and transform them.
131 bool LowerSetJmp::runOnModule(Module& M) {
132   bool Changed = false;
133
134   // These are what the functions are called.
135   Function* SetJmp = M.getFunction("llvm.setjmp");
136   Function* LongJmp = M.getFunction("llvm.longjmp");
137
138   // This program doesn't have longjmp and setjmp calls.
139   if ((!LongJmp || LongJmp->use_empty()) &&
140         (!SetJmp || SetJmp->use_empty())) return false;
141
142   // Initialize some values and functions we'll need to transform the
143   // setjmp/longjmp functions.
144   doInitialization(M);
145
146   if (SetJmp) {
147     for (Value::use_iterator B = SetJmp->use_begin(), E = SetJmp->use_end();
148          B != E; ++B) {
149       BasicBlock* BB = cast<Instruction>(*B)->getParent();
150       for (df_ext_iterator<BasicBlock*> I = df_ext_begin(BB, DFSBlocks),
151              E = df_ext_end(BB, DFSBlocks); I != E; ++I)
152         /* empty */;
153     }
154
155     while (!SetJmp->use_empty()) {
156       assert(isa<CallInst>(SetJmp->use_back()) &&
157              "User of setjmp intrinsic not a call?");
158       TransformSetJmpCall(cast<CallInst>(SetJmp->use_back()));
159       Changed = true;
160     }
161   }
162
163   if (LongJmp)
164     while (!LongJmp->use_empty()) {
165       assert(isa<CallInst>(LongJmp->use_back()) &&
166              "User of longjmp intrinsic not a call?");
167       TransformLongJmpCall(cast<CallInst>(LongJmp->use_back()));
168       Changed = true;
169     }
170
171   // Now go through the affected functions and convert calls and invokes
172   // to new invokes...
173   for (std::map<Function*, AllocaInst*>::iterator
174       B = SJMap.begin(), E = SJMap.end(); B != E; ++B) {
175     Function* F = B->first;
176     for (Function::iterator BB = F->begin(), BE = F->end(); BB != BE; ++BB)
177       for (BasicBlock::iterator IB = BB->begin(), IE = BB->end(); IB != IE; ) {
178         visit(*IB++);
179         if (IB != BB->end() && IB->getParent() != BB)
180           break;  // The next instruction got moved to a different block!
181       }
182   }
183
184   DFSBlocks.clear();
185   SJMap.clear();
186   RethrowBBMap.clear();
187   PrelimBBMap.clear();
188   SwitchValMap.clear();
189   SetJmpIDMap.clear();
190
191   return Changed;
192 }
193
194 // doInitialization - For the lower long/setjmp pass, this ensures that a
195 // module contains a declaration for the intrisic functions we are going
196 // to call to convert longjmp and setjmp calls.
197 //
198 // This function is always successful, unless it isn't.
199 bool LowerSetJmp::doInitialization(Module& M)
200 {
201   const Type *SBPTy = PointerType::get(Type::Int8Ty);
202   const Type *SBPPTy = PointerType::get(SBPTy);
203
204   // N.B. See llvm/runtime/GCCLibraries/libexception/SJLJ-Exception.h for
205   // a description of the following library functions.
206
207   // void __llvm_sjljeh_init_setjmpmap(void**)
208   InitSJMap = M.getOrInsertFunction("__llvm_sjljeh_init_setjmpmap",
209                                     Type::VoidTy, SBPPTy, (Type *)0);
210   // void __llvm_sjljeh_destroy_setjmpmap(void**)
211   DestroySJMap = M.getOrInsertFunction("__llvm_sjljeh_destroy_setjmpmap",
212                                        Type::VoidTy, SBPPTy, (Type *)0);
213
214   // void __llvm_sjljeh_add_setjmp_to_map(void**, void*, unsigned)
215   AddSJToMap = M.getOrInsertFunction("__llvm_sjljeh_add_setjmp_to_map",
216                                      Type::VoidTy, SBPPTy, SBPTy,
217                                      Type::Int32Ty, (Type *)0);
218
219   // void __llvm_sjljeh_throw_longjmp(int*, int)
220   ThrowLongJmp = M.getOrInsertFunction("__llvm_sjljeh_throw_longjmp",
221                                        Type::VoidTy, SBPTy, Type::Int32Ty,
222                                        (Type *)0);
223
224   // unsigned __llvm_sjljeh_try_catching_longjmp_exception(void **)
225   TryCatchLJ =
226     M.getOrInsertFunction("__llvm_sjljeh_try_catching_longjmp_exception",
227                           Type::Int32Ty, SBPPTy, (Type *)0);
228
229   // bool __llvm_sjljeh_is_longjmp_exception()
230   IsLJException = M.getOrInsertFunction("__llvm_sjljeh_is_longjmp_exception",
231                                         Type::Int1Ty, (Type *)0);
232
233   // int __llvm_sjljeh_get_longjmp_value()
234   GetLJValue = M.getOrInsertFunction("__llvm_sjljeh_get_longjmp_value",
235                                      Type::Int32Ty, (Type *)0);
236   return true;
237 }
238
239 // IsTransformableFunction - Return true if the function name isn't one
240 // of the ones we don't want transformed. Currently, don't transform any
241 // "llvm.{setjmp,longjmp}" functions and none of the setjmp/longjmp error
242 // handling functions (beginning with __llvm_sjljeh_...they don't throw
243 // exceptions).
244 bool LowerSetJmp::IsTransformableFunction(const std::string& Name) {
245   std::string SJLJEh("__llvm_sjljeh");
246
247   if (Name.size() > SJLJEh.size())
248     return std::string(Name.begin(), Name.begin() + SJLJEh.size()) != SJLJEh;
249
250   return true;
251 }
252
253 // TransformLongJmpCall - Transform a longjmp call into a call to the
254 // internal __llvm_sjljeh_throw_longjmp function. It then takes care of
255 // throwing the exception for us.
256 void LowerSetJmp::TransformLongJmpCall(CallInst* Inst)
257 {
258   const Type* SBPTy = PointerType::get(Type::Int8Ty);
259
260   // Create the call to "__llvm_sjljeh_throw_longjmp". This takes the
261   // same parameters as "longjmp", except that the buffer is cast to a
262   // char*. It returns "void", so it doesn't need to replace any of
263   // Inst's uses and doesn't get a name.
264   CastInst* CI = 
265     new BitCastInst(Inst->getOperand(1), SBPTy, "LJBuf", Inst);
266   new CallInst(ThrowLongJmp, CI, Inst->getOperand(2), "", Inst);
267
268   SwitchValuePair& SVP = SwitchValMap[Inst->getParent()->getParent()];
269
270   // If the function has a setjmp call in it (they are transformed first)
271   // we should branch to the basic block that determines if this longjmp
272   // is applicable here. Otherwise, issue an unwind.
273   if (SVP.first)
274     new BranchInst(SVP.first->getParent(), Inst);
275   else
276     new UnwindInst(Inst);
277
278   // Remove all insts after the branch/unwind inst.  Go from back to front to
279   // avoid replaceAllUsesWith if possible.
280   BasicBlock *BB = Inst->getParent();
281   Instruction *Removed;
282   do {
283     Removed = &BB->back();
284     // If the removed instructions have any users, replace them now.
285     if (!Removed->use_empty())
286       Removed->replaceAllUsesWith(UndefValue::get(Removed->getType()));
287     Removed->eraseFromParent();
288   } while (Removed != Inst);
289
290   ++LongJmpsTransformed;
291 }
292
293 // GetSetJmpMap - Retrieve (create and initialize, if necessary) the
294 // setjmp map. This map is going to hold information about which setjmps
295 // were called (each setjmp gets its own number) and with which buffer it
296 // was called. There can be only one!
297 AllocaInst* LowerSetJmp::GetSetJmpMap(Function* Func)
298 {
299   if (SJMap[Func]) return SJMap[Func];
300
301   // Insert the setjmp map initialization before the first instruction in
302   // the function.
303   Instruction* Inst = Func->getEntryBlock().begin();
304   assert(Inst && "Couldn't find even ONE instruction in entry block!");
305
306   // Fill in the alloca and call to initialize the SJ map.
307   const Type *SBPTy = PointerType::get(Type::Int8Ty);
308   AllocaInst* Map = new AllocaInst(SBPTy, 0, "SJMap", Inst);
309   new CallInst(InitSJMap, Map, "", Inst);
310   return SJMap[Func] = Map;
311 }
312
313 // GetRethrowBB - Only one rethrow basic block is needed per function.
314 // If this is a longjmp exception but not handled in this block, this BB
315 // performs the rethrow.
316 BasicBlock* LowerSetJmp::GetRethrowBB(Function* Func)
317 {
318   if (RethrowBBMap[Func]) return RethrowBBMap[Func];
319
320   // The basic block we're going to jump to if we need to rethrow the
321   // exception.
322   BasicBlock* Rethrow = new BasicBlock("RethrowExcept", Func);
323
324   // Fill in the "Rethrow" BB with a call to rethrow the exception. This
325   // is the last instruction in the BB since at this point the runtime
326   // should exit this function and go to the next function.
327   new UnwindInst(Rethrow);
328   return RethrowBBMap[Func] = Rethrow;
329 }
330
331 // GetSJSwitch - Return the switch statement that controls which handler
332 // (if any) gets called and the value returned to that handler.
333 LowerSetJmp::SwitchValuePair LowerSetJmp::GetSJSwitch(Function* Func,
334                                                       BasicBlock* Rethrow)
335 {
336   if (SwitchValMap[Func].first) return SwitchValMap[Func];
337
338   BasicBlock* LongJmpPre = new BasicBlock("LongJmpBlkPre", Func);
339   BasicBlock::InstListType& LongJmpPreIL = LongJmpPre->getInstList();
340
341   // Keep track of the preliminary basic block for some of the other
342   // transformations.
343   PrelimBBMap[Func] = LongJmpPre;
344
345   // Grab the exception.
346   CallInst* Cond = new CallInst(IsLJException, "IsLJExcept");
347   LongJmpPreIL.push_back(Cond);
348
349   // The "decision basic block" gets the number associated with the
350   // setjmp call returning to switch on and the value returned by
351   // longjmp.
352   BasicBlock* DecisionBB = new BasicBlock("LJDecisionBB", Func);
353   BasicBlock::InstListType& DecisionBBIL = DecisionBB->getInstList();
354
355   new BranchInst(DecisionBB, Rethrow, Cond, LongJmpPre);
356
357   // Fill in the "decision" basic block.
358   CallInst* LJVal = new CallInst(GetLJValue, "LJVal");
359   DecisionBBIL.push_back(LJVal);
360   CallInst* SJNum = new CallInst(TryCatchLJ, GetSetJmpMap(Func), "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::Int8Ty);
378   CastInst* BufPtr = 
379     new BitCastInst(Inst->getOperand(1), SBPTy, "SBJmpBuf", Inst);
380   std::vector<Value*> Args = 
381     make_vector<Value*>(GetSetJmpMap(Func), BufPtr,
382                         ConstantInt::get(Type::Int32Ty,
383                                          SetJmpIDMap[Func]++), 0);
384   new CallInst(AddSJToMap, &Args[0], Args.size(), "", Inst);
385
386   // We are guaranteed that there are no values live across basic blocks
387   // (because we are "not in SSA form" yet), but there can still be values live
388   // in basic blocks.  Because of this, splitting the setjmp block can cause
389   // values above the setjmp to not dominate uses which are after the setjmp
390   // call.  For all of these occasions, we must spill the value to the stack.
391   //
392   std::set<Instruction*> InstrsAfterCall;
393
394   // The call is probably very close to the end of the basic block, for the
395   // common usage pattern of: 'if (setjmp(...))', so keep track of the
396   // instructions after the call.
397   for (BasicBlock::iterator I = ++BasicBlock::iterator(Inst), E = ABlock->end();
398        I != E; ++I)
399     InstrsAfterCall.insert(I);
400
401   for (BasicBlock::iterator II = ABlock->begin();
402        II != BasicBlock::iterator(Inst); ++II)
403     // Loop over all of the uses of instruction.  If any of them are after the
404     // call, "spill" the value to the stack.
405     for (Value::use_iterator UI = II->use_begin(), E = II->use_end();
406          UI != E; ++UI)
407       if (cast<Instruction>(*UI)->getParent() != ABlock ||
408           InstrsAfterCall.count(cast<Instruction>(*UI))) {
409         DemoteRegToStack(*II);
410         break;
411       }
412   InstrsAfterCall.clear();
413
414   // Change the setjmp call into a branch statement. We'll remove the
415   // setjmp call in a little bit. No worries.
416   BasicBlock* SetJmpContBlock = ABlock->splitBasicBlock(Inst);
417   assert(SetJmpContBlock && "Couldn't split setjmp BB!!");
418
419   SetJmpContBlock->setName(ABlock->getName()+"SetJmpCont");
420
421   // Add the SetJmpContBlock to the set of blocks reachable from a setjmp.
422   DFSBlocks.insert(SetJmpContBlock);
423
424   // This PHI node will be in the new block created from the
425   // splitBasicBlock call.
426   PHINode* PHI = new PHINode(Type::Int32Ty, "SetJmpReturn", Inst);
427
428   // Coming from a call to setjmp, the return is 0.
429   PHI->addIncoming(ConstantInt::getNullValue(Type::Int32Ty), ABlock);
430
431   // Add the case for this setjmp's number...
432   SwitchValuePair SVP = GetSJSwitch(Func, GetRethrowBB(Func));
433   SVP.first->addCase(ConstantInt::get(Type::Int32Ty, SetJmpIDMap[Func] - 1),
434                      SetJmpContBlock);
435
436   // Value coming from the handling of the exception.
437   PHI->addIncoming(SVP.second, SVP.second->getParent());
438
439   // Replace all uses of this instruction with the PHI node created by
440   // the eradication of setjmp.
441   Inst->replaceAllUsesWith(PHI);
442   Inst->getParent()->getInstList().erase(Inst);
443
444   ++SetJmpsTransformed;
445 }
446
447 // visitCallInst - This converts all LLVM call instructions into invoke
448 // instructions. The except part of the invoke goes to the "LongJmpBlkPre"
449 // that grabs the exception and proceeds to determine if it's a longjmp
450 // exception or not.
451 void LowerSetJmp::visitCallInst(CallInst& CI)
452 {
453   if (CI.getCalledFunction())
454     if (!IsTransformableFunction(CI.getCalledFunction()->getName()) ||
455         CI.getCalledFunction()->isIntrinsic()) return;
456
457   BasicBlock* OldBB = CI.getParent();
458
459   // If not reachable from a setjmp call, don't transform.
460   if (!DFSBlocks.count(OldBB)) return;
461
462   BasicBlock* NewBB = OldBB->splitBasicBlock(CI);
463   assert(NewBB && "Couldn't split BB of \"call\" instruction!!");
464   DFSBlocks.insert(NewBB);
465   NewBB->setName("Call2Invoke");
466
467   Function* Func = OldBB->getParent();
468
469   // Construct the new "invoke" instruction.
470   TerminatorInst* Term = OldBB->getTerminator();
471   std::vector<Value*> Params(CI.op_begin() + 1, CI.op_end());
472   InvokeInst* II = new
473     InvokeInst(CI.getCalledValue(), NewBB, PrelimBBMap[Func],
474                &Params[0], Params.size(), CI.getName(), Term);
475
476   // Replace the old call inst with the invoke inst and remove the call.
477   CI.replaceAllUsesWith(II);
478   CI.getParent()->getInstList().erase(&CI);
479
480   // The old terminator is useless now that we have the invoke inst.
481   Term->getParent()->getInstList().erase(Term);
482   ++CallsTransformed;
483 }
484
485 // visitInvokeInst - Converting the "invoke" instruction is fairly
486 // straight-forward. The old exception part is replaced by a query asking
487 // if this is a longjmp exception. If it is, then it goes to the longjmp
488 // exception blocks. Otherwise, control is passed the old exception.
489 void LowerSetJmp::visitInvokeInst(InvokeInst& II)
490 {
491   if (II.getCalledFunction())
492     if (!IsTransformableFunction(II.getCalledFunction()->getName()) ||
493         II.getCalledFunction()->isIntrinsic()) return;
494
495   BasicBlock* BB = II.getParent();
496
497   // If not reachable from a setjmp call, don't transform.
498   if (!DFSBlocks.count(BB)) return;
499
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 CallInst(IsLJException, "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, GetSetJmpMap(Func), "", &RI);
522 }
523
524 // visitUnwindInst - We want to destroy the setjmp map upon exit from the
525 // function.
526 void LowerSetJmp::visitUnwindInst(UnwindInst &UI) {
527   Function* Func = UI.getParent()->getParent();
528   new CallInst(DestroySJMap, GetSetJmpMap(Func), "", &UI);
529 }
530
531 ModulePass *llvm::createLowerSetJmpPass() {
532   return new LowerSetJmp();
533 }
534