13cdef9010624d3bedf55bb71d652c5144db0b21
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / IPO / MergeFunctions.cpp
1 //===- MergeFunctions.cpp - Merge identical functions ---------------------===//
2 //
3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
4 //
5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
6 // License. See LICENSE.TXT for details.
7 //
8 //===----------------------------------------------------------------------===//
9 //
10 // This pass looks for equivalent functions that are mergable and folds them.
11 //
12 // Order relation is defined on set of functions. It was made through
13 // special function comparison procedure that returns
14 // 0 when functions are equal,
15 // -1 when Left function is less than right function, and
16 // 1 for opposite case. We need total-ordering, so we need to maintain
17 // four properties on the functions set:
18 // a <= a (reflexivity)
19 // if a <= b and b <= a then a = b (antisymmetry)
20 // if a <= b and b <= c then a <= c (transitivity).
21 // for all a and b: a <= b or b <= a (totality).
22 //
23 // Comparison iterates through each instruction in each basic block.
24 // Functions are kept on binary tree. For each new function F we perform
25 // lookup in binary tree.
26 // In practice it works the following way:
27 // -- We define Function* container class with custom "operator<" (FunctionPtr).
28 // -- "FunctionPtr" instances are stored in std::set collection, so every
29 //    std::set::insert operation will give you result in log(N) time.
30 //
31 // When a match is found the functions are folded. If both functions are
32 // overridable, we move the functionality into a new internal function and
33 // leave two overridable thunks to it.
34 //
35 //===----------------------------------------------------------------------===//
36 //
37 // Future work:
38 //
39 // * virtual functions.
40 //
41 // Many functions have their address taken by the virtual function table for
42 // the object they belong to. However, as long as it's only used for a lookup
43 // and call, this is irrelevant, and we'd like to fold such functions.
44 //
45 // * be smarter about bitcasts.
46 //
47 // In order to fold functions, we will sometimes add either bitcast instructions
48 // or bitcast constant expressions. Unfortunately, this can confound further
49 // analysis since the two functions differ where one has a bitcast and the
50 // other doesn't. We should learn to look through bitcasts.
51 //
52 // * Compare complex types with pointer types inside.
53 // * Compare cross-reference cases.
54 // * Compare complex expressions.
55 //
56 // All the three issues above could be described as ability to prove that
57 // fA == fB == fC == fE == fF == fG in example below:
58 //
59 //  void fA() {
60 //    fB();
61 //  }
62 //  void fB() {
63 //    fA();
64 //  }
65 //
66 //  void fE() {
67 //    fF();
68 //  }
69 //  void fF() {
70 //    fG();
71 //  }
72 //  void fG() {
73 //    fE();
74 //  }
75 //
76 // Simplest cross-reference case (fA <--> fB) was implemented in previous
77 // versions of MergeFunctions, though it presented only in two function pairs
78 // in test-suite (that counts >50k functions)
79 // Though possibility to detect complex cross-referencing (e.g.: A->B->C->D->A)
80 // could cover much more cases.
81 //
82 //===----------------------------------------------------------------------===//
83
84 #include "llvm/Transforms/IPO.h"
85 #include "llvm/ADT/DenseSet.h"
86 #include "llvm/ADT/FoldingSet.h"
87 #include "llvm/ADT/STLExtras.h"
88 #include "llvm/ADT/SmallSet.h"
89 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
90 #include "llvm/IR/CallSite.h"
91 #include "llvm/IR/Constants.h"
92 #include "llvm/IR/DataLayout.h"
93 #include "llvm/IR/IRBuilder.h"
94 #include "llvm/IR/InlineAsm.h"
95 #include "llvm/IR/Instructions.h"
96 #include "llvm/IR/LLVMContext.h"
97 #include "llvm/IR/Module.h"
98 #include "llvm/IR/Operator.h"
99 #include "llvm/IR/ValueHandle.h"
100 #include "llvm/Pass.h"
101 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
102 #include "llvm/Support/Debug.h"
103 #include "llvm/Support/ErrorHandling.h"
104 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
105 #include <vector>
106 using namespace llvm;
107
108 #define DEBUG_TYPE "mergefunc"
109
110 STATISTIC(NumFunctionsMerged, "Number of functions merged");
111 STATISTIC(NumThunksWritten, "Number of thunks generated");
112 STATISTIC(NumAliasesWritten, "Number of aliases generated");
113 STATISTIC(NumDoubleWeak, "Number of new functions created");
114
115 static cl::opt<unsigned> NumFunctionsForSanityCheck(
116     "mergefunc-sanity",
117     cl::desc("How many functions in module could be used for "
118              "MergeFunctions pass sanity check. "
119              "'0' disables this check. Works only with '-debug' key."),
120     cl::init(0), cl::Hidden);
121
122 namespace {
123
124 /// FunctionComparator - Compares two functions to determine whether or not
125 /// they will generate machine code with the same behaviour. DataLayout is
126 /// used if available. The comparator always fails conservatively (erring on the
127 /// side of claiming that two functions are different).
128 class FunctionComparator {
129 public:
130   FunctionComparator(const Function *F1, const Function *F2)
131       : FnL(F1), FnR(F2) {}
132
133   /// Test whether the two functions have equivalent behaviour.
134   int compare();
135
136 private:
137   /// Test whether two basic blocks have equivalent behaviour.
138   int compare(const BasicBlock *BBL, const BasicBlock *BBR);
139
140   /// Constants comparison.
141   /// Its analog to lexicographical comparison between hypothetical numbers
142   /// of next format:
143   /// <bitcastability-trait><raw-bit-contents>
144   ///
145   /// 1. Bitcastability.
146   /// Check whether L's type could be losslessly bitcasted to R's type.
147   /// On this stage method, in case when lossless bitcast is not possible
148   /// method returns -1 or 1, thus also defining which type is greater in
149   /// context of bitcastability.
150   /// Stage 0: If types are equal in terms of cmpTypes, then we can go straight
151   ///          to the contents comparison.
152   ///          If types differ, remember types comparison result and check
153   ///          whether we still can bitcast types.
154   /// Stage 1: Types that satisfies isFirstClassType conditions are always
155   ///          greater then others.
156   /// Stage 2: Vector is greater then non-vector.
157   ///          If both types are vectors, then vector with greater bitwidth is
158   ///          greater.
159   ///          If both types are vectors with the same bitwidth, then types
160   ///          are bitcastable, and we can skip other stages, and go to contents
161   ///          comparison.
162   /// Stage 3: Pointer types are greater than non-pointers. If both types are
163   ///          pointers of the same address space - go to contents comparison.
164   ///          Different address spaces: pointer with greater address space is
165   ///          greater.
166   /// Stage 4: Types are neither vectors, nor pointers. And they differ.
167   ///          We don't know how to bitcast them. So, we better don't do it,
168   ///          and return types comparison result (so it determines the
169   ///          relationship among constants we don't know how to bitcast).
170   ///
171   /// Just for clearance, let's see how the set of constants could look
172   /// on single dimension axis:
173   ///
174   /// [NFCT], [FCT, "others"], [FCT, pointers], [FCT, vectors]
175   /// Where: NFCT - Not a FirstClassType
176   ///        FCT - FirstClassTyp:
177   ///
178   /// 2. Compare raw contents.
179   /// It ignores types on this stage and only compares bits from L and R.
180   /// Returns 0, if L and R has equivalent contents.
181   /// -1 or 1 if values are different.
182   /// Pretty trivial:
183   /// 2.1. If contents are numbers, compare numbers.
184   ///    Ints with greater bitwidth are greater. Ints with same bitwidths
185   ///    compared by their contents.
186   /// 2.2. "And so on". Just to avoid discrepancies with comments
187   /// perhaps it would be better to read the implementation itself.
188   /// 3. And again about overall picture. Let's look back at how the ordered set
189   /// of constants will look like:
190   /// [NFCT], [FCT, "others"], [FCT, pointers], [FCT, vectors]
191   ///
192   /// Now look, what could be inside [FCT, "others"], for example:
193   /// [FCT, "others"] =
194   /// [
195   ///   [double 0.1], [double 1.23],
196   ///   [i32 1], [i32 2],
197   ///   { double 1.0 },       ; StructTyID, NumElements = 1
198   ///   { i32 1 },            ; StructTyID, NumElements = 1
199   ///   { double 1, i32 1 },  ; StructTyID, NumElements = 2
200   ///   { i32 1, double 1 }   ; StructTyID, NumElements = 2
201   /// ]
202   ///
203   /// Let's explain the order. Float numbers will be less than integers, just
204   /// because of cmpType terms: FloatTyID < IntegerTyID.
205   /// Floats (with same fltSemantics) are sorted according to their value.
206   /// Then you can see integers, and they are, like a floats,
207   /// could be easy sorted among each others.
208   /// The structures. Structures are grouped at the tail, again because of their
209   /// TypeID: StructTyID > IntegerTyID > FloatTyID.
210   /// Structures with greater number of elements are greater. Structures with
211   /// greater elements going first are greater.
212   /// The same logic with vectors, arrays and other possible complex types.
213   ///
214   /// Bitcastable constants.
215   /// Let's assume, that some constant, belongs to some group of
216   /// "so-called-equal" values with different types, and at the same time
217   /// belongs to another group of constants with equal types
218   /// and "really" equal values.
219   ///
220   /// Now, prove that this is impossible:
221   ///
222   /// If constant A with type TyA is bitcastable to B with type TyB, then:
223   /// 1. All constants with equal types to TyA, are bitcastable to B. Since
224   ///    those should be vectors (if TyA is vector), pointers
225   ///    (if TyA is pointer), or else (if TyA equal to TyB), those types should
226   ///    be equal to TyB.
227   /// 2. All constants with non-equal, but bitcastable types to TyA, are
228   ///    bitcastable to B.
229   ///    Once again, just because we allow it to vectors and pointers only.
230   ///    This statement could be expanded as below:
231   /// 2.1. All vectors with equal bitwidth to vector A, has equal bitwidth to
232   ///      vector B, and thus bitcastable to B as well.
233   /// 2.2. All pointers of the same address space, no matter what they point to,
234   ///      bitcastable. So if C is pointer, it could be bitcasted to A and to B.
235   /// So any constant equal or bitcastable to A is equal or bitcastable to B.
236   /// QED.
237   ///
238   /// In another words, for pointers and vectors, we ignore top-level type and
239   /// look at their particular properties (bit-width for vectors, and
240   /// address space for pointers).
241   /// If these properties are equal - compare their contents.
242   int cmpConstants(const Constant *L, const Constant *R);
243
244   /// Assign or look up previously assigned numbers for the two values, and
245   /// return whether the numbers are equal. Numbers are assigned in the order
246   /// visited.
247   /// Comparison order:
248   /// Stage 0: Value that is function itself is always greater then others.
249   ///          If left and right values are references to their functions, then
250   ///          they are equal.
251   /// Stage 1: Constants are greater than non-constants.
252   ///          If both left and right are constants, then the result of
253   ///          cmpConstants is used as cmpValues result.
254   /// Stage 2: InlineAsm instances are greater than others. If both left and
255   ///          right are InlineAsm instances, InlineAsm* pointers casted to
256   ///          integers and compared as numbers.
257   /// Stage 3: For all other cases we compare order we meet these values in
258   ///          their functions. If right value was met first during scanning,
259   ///          then left value is greater.
260   ///          In another words, we compare serial numbers, for more details
261   ///          see comments for sn_mapL and sn_mapR.
262   int cmpValues(const Value *L, const Value *R);
263
264   /// Compare two Instructions for equivalence, similar to
265   /// Instruction::isSameOperationAs but with modifications to the type
266   /// comparison.
267   /// Stages are listed in "most significant stage first" order:
268   /// On each stage below, we do comparison between some left and right
269   /// operation parts. If parts are non-equal, we assign parts comparison
270   /// result to the operation comparison result and exit from method.
271   /// Otherwise we proceed to the next stage.
272   /// Stages:
273   /// 1. Operations opcodes. Compared as numbers.
274   /// 2. Number of operands.
275   /// 3. Operation types. Compared with cmpType method.
276   /// 4. Compare operation subclass optional data as stream of bytes:
277   /// just convert it to integers and call cmpNumbers.
278   /// 5. Compare in operation operand types with cmpType in
279   /// most significant operand first order.
280   /// 6. Last stage. Check operations for some specific attributes.
281   /// For example, for Load it would be:
282   /// 6.1.Load: volatile (as boolean flag)
283   /// 6.2.Load: alignment (as integer numbers)
284   /// 6.3.Load: synch-scope (as integer numbers)
285   /// 6.4.Load: range metadata (as integer numbers)
286   /// On this stage its better to see the code, since its not more than 10-15
287   /// strings for particular instruction, and could change sometimes.
288   int cmpOperations(const Instruction *L, const Instruction *R) const;
289
290   /// Compare two GEPs for equivalent pointer arithmetic.
291   /// Parts to be compared for each comparison stage,
292   /// most significant stage first:
293   /// 1. Address space. As numbers.
294   /// 2. Constant offset, (using GEPOperator::accumulateConstantOffset method).
295   /// 3. Pointer operand type (using cmpType method).
296   /// 4. Number of operands.
297   /// 5. Compare operands, using cmpValues method.
298   int cmpGEPs(const GEPOperator *GEPL, const GEPOperator *GEPR);
299   int cmpGEPs(const GetElementPtrInst *GEPL, const GetElementPtrInst *GEPR) {
300     return cmpGEPs(cast<GEPOperator>(GEPL), cast<GEPOperator>(GEPR));
301   }
302
303   /// cmpType - compares two types,
304   /// defines total ordering among the types set.
305   ///
306   /// Return values:
307   /// 0 if types are equal,
308   /// -1 if Left is less than Right,
309   /// +1 if Left is greater than Right.
310   ///
311   /// Description:
312   /// Comparison is broken onto stages. Like in lexicographical comparison
313   /// stage coming first has higher priority.
314   /// On each explanation stage keep in mind total ordering properties.
315   ///
316   /// 0. Before comparison we coerce pointer types of 0 address space to
317   /// integer.
318   /// We also don't bother with same type at left and right, so
319   /// just return 0 in this case.
320   ///
321   /// 1. If types are of different kind (different type IDs).
322   ///    Return result of type IDs comparison, treating them as numbers.
323   /// 2. If types are vectors or integers, compare Type* values as numbers.
324   /// 3. Types has same ID, so check whether they belongs to the next group:
325   /// * Void
326   /// * Float
327   /// * Double
328   /// * X86_FP80
329   /// * FP128
330   /// * PPC_FP128
331   /// * Label
332   /// * Metadata
333   /// If so - return 0, yes - we can treat these types as equal only because
334   /// their IDs are same.
335   /// 4. If Left and Right are pointers, return result of address space
336   /// comparison (numbers comparison). We can treat pointer types of same
337   /// address space as equal.
338   /// 5. If types are complex.
339   /// Then both Left and Right are to be expanded and their element types will
340   /// be checked with the same way. If we get Res != 0 on some stage, return it.
341   /// Otherwise return 0.
342   /// 6. For all other cases put llvm_unreachable.
343   int cmpTypes(Type *TyL, Type *TyR) const;
344
345   int cmpNumbers(uint64_t L, uint64_t R) const;
346
347   int cmpAPInts(const APInt &L, const APInt &R) const;
348   int cmpAPFloats(const APFloat &L, const APFloat &R) const;
349   int cmpStrings(StringRef L, StringRef R) const;
350   int cmpAttrs(const AttributeSet L, const AttributeSet R) const;
351
352   // The two functions undergoing comparison.
353   const Function *FnL, *FnR;
354
355   /// Assign serial numbers to values from left function, and values from
356   /// right function.
357   /// Explanation:
358   /// Being comparing functions we need to compare values we meet at left and
359   /// right sides.
360   /// Its easy to sort things out for external values. It just should be
361   /// the same value at left and right.
362   /// But for local values (those were introduced inside function body)
363   /// we have to ensure they were introduced at exactly the same place,
364   /// and plays the same role.
365   /// Let's assign serial number to each value when we meet it first time.
366   /// Values that were met at same place will be with same serial numbers.
367   /// In this case it would be good to explain few points about values assigned
368   /// to BBs and other ways of implementation (see below).
369   ///
370   /// 1. Safety of BB reordering.
371   /// It's safe to change the order of BasicBlocks in function.
372   /// Relationship with other functions and serial numbering will not be
373   /// changed in this case.
374   /// As follows from FunctionComparator::compare(), we do CFG walk: we start
375   /// from the entry, and then take each terminator. So it doesn't matter how in
376   /// fact BBs are ordered in function. And since cmpValues are called during
377   /// this walk, the numbering depends only on how BBs located inside the CFG.
378   /// So the answer is - yes. We will get the same numbering.
379   ///
380   /// 2. Impossibility to use dominance properties of values.
381   /// If we compare two instruction operands: first is usage of local
382   /// variable AL from function FL, and second is usage of local variable AR
383   /// from FR, we could compare their origins and check whether they are
384   /// defined at the same place.
385   /// But, we are still not able to compare operands of PHI nodes, since those
386   /// could be operands from further BBs we didn't scan yet.
387   /// So it's impossible to use dominance properties in general.
388   DenseMap<const Value*, int> sn_mapL, sn_mapR;
389 };
390
391 class FunctionNode {
392   mutable AssertingVH<Function> F;
393
394 public:
395   FunctionNode(Function *F) : F(F) {}
396   Function *getFunc() const { return F; }
397
398   /// Replace the reference to the function F by the function G, assuming their
399   /// implementations are equal.
400   void replaceBy(Function *G) const {
401     assert(!(*this < FunctionNode(G)) && !(FunctionNode(G) < *this) &&
402            "The two functions must be equal");
403
404     F = G;
405   }
406
407   void release() { F = 0; }
408   bool operator<(const FunctionNode &RHS) const {
409     return (FunctionComparator(F, RHS.getFunc()).compare()) == -1;
410   }
411 };
412 }
413
414 int FunctionComparator::cmpNumbers(uint64_t L, uint64_t R) const {
415   if (L < R) return -1;
416   if (L > R) return 1;
417   return 0;
418 }
419
420 int FunctionComparator::cmpAPInts(const APInt &L, const APInt &R) const {
421   if (int Res = cmpNumbers(L.getBitWidth(), R.getBitWidth()))
422     return Res;
423   if (L.ugt(R)) return 1;
424   if (R.ugt(L)) return -1;
425   return 0;
426 }
427
428 int FunctionComparator::cmpAPFloats(const APFloat &L, const APFloat &R) const {
429   if (int Res = cmpNumbers((uint64_t)&L.getSemantics(),
430                            (uint64_t)&R.getSemantics()))
431     return Res;
432   return cmpAPInts(L.bitcastToAPInt(), R.bitcastToAPInt());
433 }
434
435 int FunctionComparator::cmpStrings(StringRef L, StringRef R) const {
436   // Prevent heavy comparison, compare sizes first.
437   if (int Res = cmpNumbers(L.size(), R.size()))
438     return Res;
439
440   // Compare strings lexicographically only when it is necessary: only when
441   // strings are equal in size.
442   return L.compare(R);
443 }
444
445 int FunctionComparator::cmpAttrs(const AttributeSet L,
446                                  const AttributeSet R) const {
447   if (int Res = cmpNumbers(L.getNumSlots(), R.getNumSlots()))
448     return Res;
449
450   for (unsigned i = 0, e = L.getNumSlots(); i != e; ++i) {
451     AttributeSet::iterator LI = L.begin(i), LE = L.end(i), RI = R.begin(i),
452                            RE = R.end(i);
453     for (; LI != LE && RI != RE; ++LI, ++RI) {
454       Attribute LA = *LI;
455       Attribute RA = *RI;
456       if (LA < RA)
457         return -1;
458       if (RA < LA)
459         return 1;
460     }
461     if (LI != LE)
462       return 1;
463     if (RI != RE)
464       return -1;
465   }
466   return 0;
467 }
468
469 /// Constants comparison:
470 /// 1. Check whether type of L constant could be losslessly bitcasted to R
471 /// type.
472 /// 2. Compare constant contents.
473 /// For more details see declaration comments.
474 int FunctionComparator::cmpConstants(const Constant *L, const Constant *R) {
475
476   Type *TyL = L->getType();
477   Type *TyR = R->getType();
478
479   // Check whether types are bitcastable. This part is just re-factored
480   // Type::canLosslesslyBitCastTo method, but instead of returning true/false,
481   // we also pack into result which type is "less" for us.
482   int TypesRes = cmpTypes(TyL, TyR);
483   if (TypesRes != 0) {
484     // Types are different, but check whether we can bitcast them.
485     if (!TyL->isFirstClassType()) {
486       if (TyR->isFirstClassType())
487         return -1;
488       // Neither TyL nor TyR are values of first class type. Return the result
489       // of comparing the types
490       return TypesRes;
491     }
492     if (!TyR->isFirstClassType()) {
493       if (TyL->isFirstClassType())
494         return 1;
495       return TypesRes;
496     }
497
498     // Vector -> Vector conversions are always lossless if the two vector types
499     // have the same size, otherwise not.
500     unsigned TyLWidth = 0;
501     unsigned TyRWidth = 0;
502
503     if (auto *VecTyL = dyn_cast<VectorType>(TyL))
504       TyLWidth = VecTyL->getBitWidth();
505     if (auto *VecTyR = dyn_cast<VectorType>(TyR))
506       TyRWidth = VecTyR->getBitWidth();
507
508     if (TyLWidth != TyRWidth)
509       return cmpNumbers(TyLWidth, TyRWidth);
510
511     // Zero bit-width means neither TyL nor TyR are vectors.
512     if (!TyLWidth) {
513       PointerType *PTyL = dyn_cast<PointerType>(TyL);
514       PointerType *PTyR = dyn_cast<PointerType>(TyR);
515       if (PTyL && PTyR) {
516         unsigned AddrSpaceL = PTyL->getAddressSpace();
517         unsigned AddrSpaceR = PTyR->getAddressSpace();
518         if (int Res = cmpNumbers(AddrSpaceL, AddrSpaceR))
519           return Res;
520       }
521       if (PTyL)
522         return 1;
523       if (PTyR)
524         return -1;
525
526       // TyL and TyR aren't vectors, nor pointers. We don't know how to
527       // bitcast them.
528       return TypesRes;
529     }
530   }
531
532   // OK, types are bitcastable, now check constant contents.
533
534   if (L->isNullValue() && R->isNullValue())
535     return TypesRes;
536   if (L->isNullValue() && !R->isNullValue())
537     return 1;
538   if (!L->isNullValue() && R->isNullValue())
539     return -1;
540
541   if (int Res = cmpNumbers(L->getValueID(), R->getValueID()))
542     return Res;
543
544   switch (L->getValueID()) {
545   case Value::UndefValueVal: return TypesRes;
546   case Value::ConstantIntVal: {
547     const APInt &LInt = cast<ConstantInt>(L)->getValue();
548     const APInt &RInt = cast<ConstantInt>(R)->getValue();
549     return cmpAPInts(LInt, RInt);
550   }
551   case Value::ConstantFPVal: {
552     const APFloat &LAPF = cast<ConstantFP>(L)->getValueAPF();
553     const APFloat &RAPF = cast<ConstantFP>(R)->getValueAPF();
554     return cmpAPFloats(LAPF, RAPF);
555   }
556   case Value::ConstantArrayVal: {
557     const ConstantArray *LA = cast<ConstantArray>(L);
558     const ConstantArray *RA = cast<ConstantArray>(R);
559     uint64_t NumElementsL = cast<ArrayType>(TyL)->getNumElements();
560     uint64_t NumElementsR = cast<ArrayType>(TyR)->getNumElements();
561     if (int Res = cmpNumbers(NumElementsL, NumElementsR))
562       return Res;
563     for (uint64_t i = 0; i < NumElementsL; ++i) {
564       if (int Res = cmpConstants(cast<Constant>(LA->getOperand(i)),
565                                  cast<Constant>(RA->getOperand(i))))
566         return Res;
567     }
568     return 0;
569   }
570   case Value::ConstantStructVal: {
571     const ConstantStruct *LS = cast<ConstantStruct>(L);
572     const ConstantStruct *RS = cast<ConstantStruct>(R);
573     unsigned NumElementsL = cast<StructType>(TyL)->getNumElements();
574     unsigned NumElementsR = cast<StructType>(TyR)->getNumElements();
575     if (int Res = cmpNumbers(NumElementsL, NumElementsR))
576       return Res;
577     for (unsigned i = 0; i != NumElementsL; ++i) {
578       if (int Res = cmpConstants(cast<Constant>(LS->getOperand(i)),
579                                  cast<Constant>(RS->getOperand(i))))
580         return Res;
581     }
582     return 0;
583   }
584   case Value::ConstantVectorVal: {
585     const ConstantVector *LV = cast<ConstantVector>(L);
586     const ConstantVector *RV = cast<ConstantVector>(R);
587     unsigned NumElementsL = cast<VectorType>(TyL)->getNumElements();
588     unsigned NumElementsR = cast<VectorType>(TyR)->getNumElements();
589     if (int Res = cmpNumbers(NumElementsL, NumElementsR))
590       return Res;
591     for (uint64_t i = 0; i < NumElementsL; ++i) {
592       if (int Res = cmpConstants(cast<Constant>(LV->getOperand(i)),
593                                  cast<Constant>(RV->getOperand(i))))
594         return Res;
595     }
596     return 0;
597   }
598   case Value::ConstantExprVal: {
599     const ConstantExpr *LE = cast<ConstantExpr>(L);
600     const ConstantExpr *RE = cast<ConstantExpr>(R);
601     unsigned NumOperandsL = LE->getNumOperands();
602     unsigned NumOperandsR = RE->getNumOperands();
603     if (int Res = cmpNumbers(NumOperandsL, NumOperandsR))
604       return Res;
605     for (unsigned i = 0; i < NumOperandsL; ++i) {
606       if (int Res = cmpConstants(cast<Constant>(LE->getOperand(i)),
607                                  cast<Constant>(RE->getOperand(i))))
608         return Res;
609     }
610     return 0;
611   }
612   case Value::FunctionVal:
613   case Value::GlobalVariableVal:
614   case Value::GlobalAliasVal:
615   default: // Unknown constant, cast L and R pointers to numbers and compare.
616     return cmpNumbers((uint64_t)L, (uint64_t)R);
617   }
618 }
619
620 /// cmpType - compares two types,
621 /// defines total ordering among the types set.
622 /// See method declaration comments for more details.
623 int FunctionComparator::cmpTypes(Type *TyL, Type *TyR) const {
624
625   PointerType *PTyL = dyn_cast<PointerType>(TyL);
626   PointerType *PTyR = dyn_cast<PointerType>(TyR);
627
628   const DataLayout &DL = FnL->getParent()->getDataLayout();
629   if (PTyL && PTyL->getAddressSpace() == 0)
630     TyL = DL.getIntPtrType(TyL);
631   if (PTyR && PTyR->getAddressSpace() == 0)
632     TyR = DL.getIntPtrType(TyR);
633
634   if (TyL == TyR)
635     return 0;
636
637   if (int Res = cmpNumbers(TyL->getTypeID(), TyR->getTypeID()))
638     return Res;
639
640   switch (TyL->getTypeID()) {
641   default:
642     llvm_unreachable("Unknown type!");
643     // Fall through in Release mode.
644   case Type::IntegerTyID:
645   case Type::VectorTyID:
646     // TyL == TyR would have returned true earlier.
647     return cmpNumbers((uint64_t)TyL, (uint64_t)TyR);
648
649   case Type::VoidTyID:
650   case Type::FloatTyID:
651   case Type::DoubleTyID:
652   case Type::X86_FP80TyID:
653   case Type::FP128TyID:
654   case Type::PPC_FP128TyID:
655   case Type::LabelTyID:
656   case Type::MetadataTyID:
657   case Type::TokenTyID:
658     return 0;
659
660   case Type::PointerTyID: {
661     assert(PTyL && PTyR && "Both types must be pointers here.");
662     return cmpNumbers(PTyL->getAddressSpace(), PTyR->getAddressSpace());
663   }
664
665   case Type::StructTyID: {
666     StructType *STyL = cast<StructType>(TyL);
667     StructType *STyR = cast<StructType>(TyR);
668     if (STyL->getNumElements() != STyR->getNumElements())
669       return cmpNumbers(STyL->getNumElements(), STyR->getNumElements());
670
671     if (STyL->isPacked() != STyR->isPacked())
672       return cmpNumbers(STyL->isPacked(), STyR->isPacked());
673
674     for (unsigned i = 0, e = STyL->getNumElements(); i != e; ++i) {
675       if (int Res = cmpTypes(STyL->getElementType(i), STyR->getElementType(i)))
676         return Res;
677     }
678     return 0;
679   }
680
681   case Type::FunctionTyID: {
682     FunctionType *FTyL = cast<FunctionType>(TyL);
683     FunctionType *FTyR = cast<FunctionType>(TyR);
684     if (FTyL->getNumParams() != FTyR->getNumParams())
685       return cmpNumbers(FTyL->getNumParams(), FTyR->getNumParams());
686
687     if (FTyL->isVarArg() != FTyR->isVarArg())
688       return cmpNumbers(FTyL->isVarArg(), FTyR->isVarArg());
689
690     if (int Res = cmpTypes(FTyL->getReturnType(), FTyR->getReturnType()))
691       return Res;
692
693     for (unsigned i = 0, e = FTyL->getNumParams(); i != e; ++i) {
694       if (int Res = cmpTypes(FTyL->getParamType(i), FTyR->getParamType(i)))
695         return Res;
696     }
697     return 0;
698   }
699
700   case Type::ArrayTyID: {
701     ArrayType *ATyL = cast<ArrayType>(TyL);
702     ArrayType *ATyR = cast<ArrayType>(TyR);
703     if (ATyL->getNumElements() != ATyR->getNumElements())
704       return cmpNumbers(ATyL->getNumElements(), ATyR->getNumElements());
705     return cmpTypes(ATyL->getElementType(), ATyR->getElementType());
706   }
707   }
708 }
709
710 // Determine whether the two operations are the same except that pointer-to-A
711 // and pointer-to-B are equivalent. This should be kept in sync with
712 // Instruction::isSameOperationAs.
713 // Read method declaration comments for more details.
714 int FunctionComparator::cmpOperations(const Instruction *L,
715                                       const Instruction *R) const {
716   // Differences from Instruction::isSameOperationAs:
717   //  * replace type comparison with calls to isEquivalentType.
718   //  * we test for I->hasSameSubclassOptionalData (nuw/nsw/tail) at the top
719   //  * because of the above, we don't test for the tail bit on calls later on
720   if (int Res = cmpNumbers(L->getOpcode(), R->getOpcode()))
721     return Res;
722
723   if (int Res = cmpNumbers(L->getNumOperands(), R->getNumOperands()))
724     return Res;
725
726   if (int Res = cmpTypes(L->getType(), R->getType()))
727     return Res;
728
729   if (int Res = cmpNumbers(L->getRawSubclassOptionalData(),
730                            R->getRawSubclassOptionalData()))
731     return Res;
732
733   if (const AllocaInst *AI = dyn_cast<AllocaInst>(L)) {
734     if (int Res = cmpTypes(AI->getAllocatedType(),
735                            cast<AllocaInst>(R)->getAllocatedType()))
736       return Res;
737     if (int Res =
738             cmpNumbers(AI->getAlignment(), cast<AllocaInst>(R)->getAlignment()))
739       return Res;
740   }
741
742   // We have two instructions of identical opcode and #operands.  Check to see
743   // if all operands are the same type
744   for (unsigned i = 0, e = L->getNumOperands(); i != e; ++i) {
745     if (int Res =
746             cmpTypes(L->getOperand(i)->getType(), R->getOperand(i)->getType()))
747       return Res;
748   }
749
750   // Check special state that is a part of some instructions.
751   if (const LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(L)) {
752     if (int Res = cmpNumbers(LI->isVolatile(), cast<LoadInst>(R)->isVolatile()))
753       return Res;
754     if (int Res =
755             cmpNumbers(LI->getAlignment(), cast<LoadInst>(R)->getAlignment()))
756       return Res;
757     if (int Res =
758             cmpNumbers(LI->getOrdering(), cast<LoadInst>(R)->getOrdering()))
759       return Res;
760     if (int Res =
761             cmpNumbers(LI->getSynchScope(), cast<LoadInst>(R)->getSynchScope()))
762       return Res;
763     return cmpNumbers((uint64_t)LI->getMetadata(LLVMContext::MD_range),
764                       (uint64_t)cast<LoadInst>(R)->getMetadata(LLVMContext::MD_range));
765   }
766   if (const StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(L)) {
767     if (int Res =
768             cmpNumbers(SI->isVolatile(), cast<StoreInst>(R)->isVolatile()))
769       return Res;
770     if (int Res =
771             cmpNumbers(SI->getAlignment(), cast<StoreInst>(R)->getAlignment()))
772       return Res;
773     if (int Res =
774             cmpNumbers(SI->getOrdering(), cast<StoreInst>(R)->getOrdering()))
775       return Res;
776     return cmpNumbers(SI->getSynchScope(), cast<StoreInst>(R)->getSynchScope());
777   }
778   if (const CmpInst *CI = dyn_cast<CmpInst>(L))
779     return cmpNumbers(CI->getPredicate(), cast<CmpInst>(R)->getPredicate());
780   if (const CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(L)) {
781     if (int Res = cmpNumbers(CI->getCallingConv(),
782                              cast<CallInst>(R)->getCallingConv()))
783       return Res;
784     if (int Res =
785             cmpAttrs(CI->getAttributes(), cast<CallInst>(R)->getAttributes()))
786       return Res;
787     return cmpNumbers(
788         (uint64_t)CI->getMetadata(LLVMContext::MD_range),
789         (uint64_t)cast<CallInst>(R)->getMetadata(LLVMContext::MD_range));
790   }
791   if (const InvokeInst *CI = dyn_cast<InvokeInst>(L)) {
792     if (int Res = cmpNumbers(CI->getCallingConv(),
793                              cast<InvokeInst>(R)->getCallingConv()))
794       return Res;
795     if (int Res =
796             cmpAttrs(CI->getAttributes(), cast<InvokeInst>(R)->getAttributes()))
797       return Res;
798     return cmpNumbers(
799         (uint64_t)CI->getMetadata(LLVMContext::MD_range),
800         (uint64_t)cast<InvokeInst>(R)->getMetadata(LLVMContext::MD_range));
801   }
802   if (const InsertValueInst *IVI = dyn_cast<InsertValueInst>(L)) {
803     ArrayRef<unsigned> LIndices = IVI->getIndices();
804     ArrayRef<unsigned> RIndices = cast<InsertValueInst>(R)->getIndices();
805     if (int Res = cmpNumbers(LIndices.size(), RIndices.size()))
806       return Res;
807     for (size_t i = 0, e = LIndices.size(); i != e; ++i) {
808       if (int Res = cmpNumbers(LIndices[i], RIndices[i]))
809         return Res;
810     }
811   }
812   if (const ExtractValueInst *EVI = dyn_cast<ExtractValueInst>(L)) {
813     ArrayRef<unsigned> LIndices = EVI->getIndices();
814     ArrayRef<unsigned> RIndices = cast<ExtractValueInst>(R)->getIndices();
815     if (int Res = cmpNumbers(LIndices.size(), RIndices.size()))
816       return Res;
817     for (size_t i = 0, e = LIndices.size(); i != e; ++i) {
818       if (int Res = cmpNumbers(LIndices[i], RIndices[i]))
819         return Res;
820     }
821   }
822   if (const FenceInst *FI = dyn_cast<FenceInst>(L)) {
823     if (int Res =
824             cmpNumbers(FI->getOrdering(), cast<FenceInst>(R)->getOrdering()))
825       return Res;
826     return cmpNumbers(FI->getSynchScope(), cast<FenceInst>(R)->getSynchScope());
827   }
828
829   if (const AtomicCmpXchgInst *CXI = dyn_cast<AtomicCmpXchgInst>(L)) {
830     if (int Res = cmpNumbers(CXI->isVolatile(),
831                              cast<AtomicCmpXchgInst>(R)->isVolatile()))
832       return Res;
833     if (int Res = cmpNumbers(CXI->isWeak(),
834                              cast<AtomicCmpXchgInst>(R)->isWeak()))
835       return Res;
836     if (int Res = cmpNumbers(CXI->getSuccessOrdering(),
837                              cast<AtomicCmpXchgInst>(R)->getSuccessOrdering()))
838       return Res;
839     if (int Res = cmpNumbers(CXI->getFailureOrdering(),
840                              cast<AtomicCmpXchgInst>(R)->getFailureOrdering()))
841       return Res;
842     return cmpNumbers(CXI->getSynchScope(),
843                       cast<AtomicCmpXchgInst>(R)->getSynchScope());
844   }
845   if (const AtomicRMWInst *RMWI = dyn_cast<AtomicRMWInst>(L)) {
846     if (int Res = cmpNumbers(RMWI->getOperation(),
847                              cast<AtomicRMWInst>(R)->getOperation()))
848       return Res;
849     if (int Res = cmpNumbers(RMWI->isVolatile(),
850                              cast<AtomicRMWInst>(R)->isVolatile()))
851       return Res;
852     if (int Res = cmpNumbers(RMWI->getOrdering(),
853                              cast<AtomicRMWInst>(R)->getOrdering()))
854       return Res;
855     return cmpNumbers(RMWI->getSynchScope(),
856                       cast<AtomicRMWInst>(R)->getSynchScope());
857   }
858   return 0;
859 }
860
861 // Determine whether two GEP operations perform the same underlying arithmetic.
862 // Read method declaration comments for more details.
863 int FunctionComparator::cmpGEPs(const GEPOperator *GEPL,
864                                const GEPOperator *GEPR) {
865
866   unsigned int ASL = GEPL->getPointerAddressSpace();
867   unsigned int ASR = GEPR->getPointerAddressSpace();
868
869   if (int Res = cmpNumbers(ASL, ASR))
870     return Res;
871
872   // When we have target data, we can reduce the GEP down to the value in bytes
873   // added to the address.
874   const DataLayout &DL = FnL->getParent()->getDataLayout();
875   unsigned BitWidth = DL.getPointerSizeInBits(ASL);
876   APInt OffsetL(BitWidth, 0), OffsetR(BitWidth, 0);
877   if (GEPL->accumulateConstantOffset(DL, OffsetL) &&
878       GEPR->accumulateConstantOffset(DL, OffsetR))
879     return cmpAPInts(OffsetL, OffsetR);
880
881   if (int Res = cmpNumbers((uint64_t)GEPL->getPointerOperand()->getType(),
882                            (uint64_t)GEPR->getPointerOperand()->getType()))
883     return Res;
884
885   if (int Res = cmpNumbers(GEPL->getNumOperands(), GEPR->getNumOperands()))
886     return Res;
887
888   for (unsigned i = 0, e = GEPL->getNumOperands(); i != e; ++i) {
889     if (int Res = cmpValues(GEPL->getOperand(i), GEPR->getOperand(i)))
890       return Res;
891   }
892
893   return 0;
894 }
895
896 /// Compare two values used by the two functions under pair-wise comparison. If
897 /// this is the first time the values are seen, they're added to the mapping so
898 /// that we will detect mismatches on next use.
899 /// See comments in declaration for more details.
900 int FunctionComparator::cmpValues(const Value *L, const Value *R) {
901   // Catch self-reference case.
902   if (L == FnL) {
903     if (R == FnR)
904       return 0;
905     return -1;
906   }
907   if (R == FnR) {
908     if (L == FnL)
909       return 0;
910     return 1;
911   }
912
913   const Constant *ConstL = dyn_cast<Constant>(L);
914   const Constant *ConstR = dyn_cast<Constant>(R);
915   if (ConstL && ConstR) {
916     if (L == R)
917       return 0;
918     return cmpConstants(ConstL, ConstR);
919   }
920
921   if (ConstL)
922     return 1;
923   if (ConstR)
924     return -1;
925
926   const InlineAsm *InlineAsmL = dyn_cast<InlineAsm>(L);
927   const InlineAsm *InlineAsmR = dyn_cast<InlineAsm>(R);
928
929   if (InlineAsmL && InlineAsmR)
930     return cmpNumbers((uint64_t)L, (uint64_t)R);
931   if (InlineAsmL)
932     return 1;
933   if (InlineAsmR)
934     return -1;
935
936   auto LeftSN = sn_mapL.insert(std::make_pair(L, sn_mapL.size())),
937        RightSN = sn_mapR.insert(std::make_pair(R, sn_mapR.size()));
938
939   return cmpNumbers(LeftSN.first->second, RightSN.first->second);
940 }
941 // Test whether two basic blocks have equivalent behaviour.
942 int FunctionComparator::compare(const BasicBlock *BBL, const BasicBlock *BBR) {
943   BasicBlock::const_iterator InstL = BBL->begin(), InstLE = BBL->end();
944   BasicBlock::const_iterator InstR = BBR->begin(), InstRE = BBR->end();
945
946   do {
947     if (int Res = cmpValues(InstL, InstR))
948       return Res;
949
950     const GetElementPtrInst *GEPL = dyn_cast<GetElementPtrInst>(InstL);
951     const GetElementPtrInst *GEPR = dyn_cast<GetElementPtrInst>(InstR);
952
953     if (GEPL && !GEPR)
954       return 1;
955     if (GEPR && !GEPL)
956       return -1;
957
958     if (GEPL && GEPR) {
959       if (int Res =
960               cmpValues(GEPL->getPointerOperand(), GEPR->getPointerOperand()))
961         return Res;
962       if (int Res = cmpGEPs(GEPL, GEPR))
963         return Res;
964     } else {
965       if (int Res = cmpOperations(InstL, InstR))
966         return Res;
967       assert(InstL->getNumOperands() == InstR->getNumOperands());
968
969       for (unsigned i = 0, e = InstL->getNumOperands(); i != e; ++i) {
970         Value *OpL = InstL->getOperand(i);
971         Value *OpR = InstR->getOperand(i);
972         if (int Res = cmpValues(OpL, OpR))
973           return Res;
974         if (int Res = cmpNumbers(OpL->getValueID(), OpR->getValueID()))
975           return Res;
976         // TODO: Already checked in cmpOperation
977         if (int Res = cmpTypes(OpL->getType(), OpR->getType()))
978           return Res;
979       }
980     }
981
982     ++InstL, ++InstR;
983   } while (InstL != InstLE && InstR != InstRE);
984
985   if (InstL != InstLE && InstR == InstRE)
986     return 1;
987   if (InstL == InstLE && InstR != InstRE)
988     return -1;
989   return 0;
990 }
991
992 // Test whether the two functions have equivalent behaviour.
993 int FunctionComparator::compare() {
994
995   sn_mapL.clear();
996   sn_mapR.clear();
997
998   if (int Res = cmpAttrs(FnL->getAttributes(), FnR->getAttributes()))
999     return Res;
1000
1001   if (int Res = cmpNumbers(FnL->hasGC(), FnR->hasGC()))
1002     return Res;
1003
1004   if (FnL->hasGC()) {
1005     if (int Res = cmpNumbers((uint64_t)FnL->getGC(), (uint64_t)FnR->getGC()))
1006       return Res;
1007   }
1008
1009   if (int Res = cmpNumbers(FnL->hasSection(), FnR->hasSection()))
1010     return Res;
1011
1012   if (FnL->hasSection()) {
1013     if (int Res = cmpStrings(FnL->getSection(), FnR->getSection()))
1014       return Res;
1015   }
1016
1017   if (int Res = cmpNumbers(FnL->isVarArg(), FnR->isVarArg()))
1018     return Res;
1019
1020   // TODO: if it's internal and only used in direct calls, we could handle this
1021   // case too.
1022   if (int Res = cmpNumbers(FnL->getCallingConv(), FnR->getCallingConv()))
1023     return Res;
1024
1025   if (int Res = cmpTypes(FnL->getFunctionType(), FnR->getFunctionType()))
1026     return Res;
1027
1028   assert(FnL->arg_size() == FnR->arg_size() &&
1029          "Identically typed functions have different numbers of args!");
1030
1031   // Visit the arguments so that they get enumerated in the order they're
1032   // passed in.
1033   for (Function::const_arg_iterator ArgLI = FnL->arg_begin(),
1034                                     ArgRI = FnR->arg_begin(),
1035                                     ArgLE = FnL->arg_end();
1036        ArgLI != ArgLE; ++ArgLI, ++ArgRI) {
1037     if (cmpValues(ArgLI, ArgRI) != 0)
1038       llvm_unreachable("Arguments repeat!");
1039   }
1040
1041   // We do a CFG-ordered walk since the actual ordering of the blocks in the
1042   // linked list is immaterial. Our walk starts at the entry block for both
1043   // functions, then takes each block from each terminator in order. As an
1044   // artifact, this also means that unreachable blocks are ignored.
1045   SmallVector<const BasicBlock *, 8> FnLBBs, FnRBBs;
1046   SmallSet<const BasicBlock *, 128> VisitedBBs; // in terms of F1.
1047
1048   FnLBBs.push_back(&FnL->getEntryBlock());
1049   FnRBBs.push_back(&FnR->getEntryBlock());
1050
1051   VisitedBBs.insert(FnLBBs[0]);
1052   while (!FnLBBs.empty()) {
1053     const BasicBlock *BBL = FnLBBs.pop_back_val();
1054     const BasicBlock *BBR = FnRBBs.pop_back_val();
1055
1056     if (int Res = cmpValues(BBL, BBR))
1057       return Res;
1058
1059     if (int Res = compare(BBL, BBR))
1060       return Res;
1061
1062     const TerminatorInst *TermL = BBL->getTerminator();
1063     const TerminatorInst *TermR = BBR->getTerminator();
1064
1065     assert(TermL->getNumSuccessors() == TermR->getNumSuccessors());
1066     for (unsigned i = 0, e = TermL->getNumSuccessors(); i != e; ++i) {
1067       if (!VisitedBBs.insert(TermL->getSuccessor(i)).second)
1068         continue;
1069
1070       FnLBBs.push_back(TermL->getSuccessor(i));
1071       FnRBBs.push_back(TermR->getSuccessor(i));
1072     }
1073   }
1074   return 0;
1075 }
1076
1077 namespace {
1078
1079 /// MergeFunctions finds functions which will generate identical machine code,
1080 /// by considering all pointer types to be equivalent. Once identified,
1081 /// MergeFunctions will fold them by replacing a call to one to a call to a
1082 /// bitcast of the other.
1083 ///
1084 class MergeFunctions : public ModulePass {
1085 public:
1086   static char ID;
1087   MergeFunctions()
1088     : ModulePass(ID), HasGlobalAliases(false) {
1089     initializeMergeFunctionsPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
1090   }
1091
1092   bool runOnModule(Module &M) override;
1093
1094 private:
1095   typedef std::set<FunctionNode> FnTreeType;
1096
1097   /// A work queue of functions that may have been modified and should be
1098   /// analyzed again.
1099   std::vector<WeakVH> Deferred;
1100
1101   /// Checks the rules of order relation introduced among functions set.
1102   /// Returns true, if sanity check has been passed, and false if failed.
1103   bool doSanityCheck(std::vector<WeakVH> &Worklist);
1104
1105   /// Insert a ComparableFunction into the FnTree, or merge it away if it's
1106   /// equal to one that's already present.
1107   bool insert(Function *NewFunction);
1108
1109   /// Remove a Function from the FnTree and queue it up for a second sweep of
1110   /// analysis.
1111   void remove(Function *F);
1112
1113   /// Find the functions that use this Value and remove them from FnTree and
1114   /// queue the functions.
1115   void removeUsers(Value *V);
1116
1117   /// Replace all direct calls of Old with calls of New. Will bitcast New if
1118   /// necessary to make types match.
1119   void replaceDirectCallers(Function *Old, Function *New);
1120
1121   /// Merge two equivalent functions. Upon completion, G may be deleted, or may
1122   /// be converted into a thunk. In either case, it should never be visited
1123   /// again.
1124   void mergeTwoFunctions(Function *F, Function *G);
1125
1126   /// Replace G with a thunk or an alias to F. Deletes G.
1127   void writeThunkOrAlias(Function *F, Function *G);
1128
1129   /// Replace G with a simple tail call to bitcast(F). Also replace direct uses
1130   /// of G with bitcast(F). Deletes G.
1131   void writeThunk(Function *F, Function *G);
1132
1133   /// Replace G with an alias to F. Deletes G.
1134   void writeAlias(Function *F, Function *G);
1135
1136   /// Replace function F with function G in the function tree.
1137   void replaceFunctionInTree(FnTreeType::iterator &IterToF, Function *G);
1138
1139   /// The set of all distinct functions. Use the insert() and remove() methods
1140   /// to modify it.
1141   FnTreeType FnTree;
1142
1143   /// Whether or not the target supports global aliases.
1144   bool HasGlobalAliases;
1145 };
1146
1147 }  // end anonymous namespace
1148
1149 char MergeFunctions::ID = 0;
1150 INITIALIZE_PASS(MergeFunctions, "mergefunc", "Merge Functions", false, false)
1151
1152 ModulePass *llvm::createMergeFunctionsPass() {
1153   return new MergeFunctions();
1154 }
1155
1156 bool MergeFunctions::doSanityCheck(std::vector<WeakVH> &Worklist) {
1157   if (const unsigned Max = NumFunctionsForSanityCheck) {
1158     unsigned TripleNumber = 0;
1159     bool Valid = true;
1160
1161     dbgs() << "MERGEFUNC-SANITY: Started for first " << Max << " functions.\n";
1162
1163     unsigned i = 0;
1164     for (std::vector<WeakVH>::iterator I = Worklist.begin(), E = Worklist.end();
1165          I != E && i < Max; ++I, ++i) {
1166       unsigned j = i;
1167       for (std::vector<WeakVH>::iterator J = I; J != E && j < Max; ++J, ++j) {
1168         Function *F1 = cast<Function>(*I);
1169         Function *F2 = cast<Function>(*J);
1170         int Res1 = FunctionComparator(F1, F2).compare();
1171         int Res2 = FunctionComparator(F2, F1).compare();
1172
1173         // If F1 <= F2, then F2 >= F1, otherwise report failure.
1174         if (Res1 != -Res2) {
1175           dbgs() << "MERGEFUNC-SANITY: Non-symmetric; triple: " << TripleNumber
1176                  << "\n";
1177           F1->dump();
1178           F2->dump();
1179           Valid = false;
1180         }
1181
1182         if (Res1 == 0)
1183           continue;
1184
1185         unsigned k = j;
1186         for (std::vector<WeakVH>::iterator K = J; K != E && k < Max;
1187              ++k, ++K, ++TripleNumber) {
1188           if (K == J)
1189             continue;
1190
1191           Function *F3 = cast<Function>(*K);
1192           int Res3 = FunctionComparator(F1, F3).compare();
1193           int Res4 = FunctionComparator(F2, F3).compare();
1194
1195           bool Transitive = true;
1196
1197           if (Res1 != 0 && Res1 == Res4) {
1198             // F1 > F2, F2 > F3 => F1 > F3
1199             Transitive = Res3 == Res1;
1200           } else if (Res3 != 0 && Res3 == -Res4) {
1201             // F1 > F3, F3 > F2 => F1 > F2
1202             Transitive = Res3 == Res1;
1203           } else if (Res4 != 0 && -Res3 == Res4) {
1204             // F2 > F3, F3 > F1 => F2 > F1
1205             Transitive = Res4 == -Res1;
1206           }
1207
1208           if (!Transitive) {
1209             dbgs() << "MERGEFUNC-SANITY: Non-transitive; triple: "
1210                    << TripleNumber << "\n";
1211             dbgs() << "Res1, Res3, Res4: " << Res1 << ", " << Res3 << ", "
1212                    << Res4 << "\n";
1213             F1->dump();
1214             F2->dump();
1215             F3->dump();
1216             Valid = false;
1217           }
1218         }
1219       }
1220     }
1221
1222     dbgs() << "MERGEFUNC-SANITY: " << (Valid ? "Passed." : "Failed.") << "\n";
1223     return Valid;
1224   }
1225   return true;
1226 }
1227
1228 bool MergeFunctions::runOnModule(Module &M) {
1229   bool Changed = false;
1230
1231   for (Module::iterator I = M.begin(), E = M.end(); I != E; ++I) {
1232     if (!I->isDeclaration() && !I->hasAvailableExternallyLinkage())
1233       Deferred.push_back(WeakVH(I));
1234   }
1235
1236   do {
1237     std::vector<WeakVH> Worklist;
1238     Deferred.swap(Worklist);
1239
1240     DEBUG(doSanityCheck(Worklist));
1241
1242     DEBUG(dbgs() << "size of module: " << M.size() << '\n');
1243     DEBUG(dbgs() << "size of worklist: " << Worklist.size() << '\n');
1244
1245     // Insert only strong functions and merge them. Strong function merging
1246     // always deletes one of them.
1247     for (std::vector<WeakVH>::iterator I = Worklist.begin(),
1248            E = Worklist.end(); I != E; ++I) {
1249       if (!*I) continue;
1250       Function *F = cast<Function>(*I);
1251       if (!F->isDeclaration() && !F->hasAvailableExternallyLinkage() &&
1252           !F->mayBeOverridden()) {
1253         Changed |= insert(F);
1254       }
1255     }
1256
1257     // Insert only weak functions and merge them. By doing these second we
1258     // create thunks to the strong function when possible. When two weak
1259     // functions are identical, we create a new strong function with two weak
1260     // weak thunks to it which are identical but not mergable.
1261     for (std::vector<WeakVH>::iterator I = Worklist.begin(),
1262            E = Worklist.end(); I != E; ++I) {
1263       if (!*I) continue;
1264       Function *F = cast<Function>(*I);
1265       if (!F->isDeclaration() && !F->hasAvailableExternallyLinkage() &&
1266           F->mayBeOverridden()) {
1267         Changed |= insert(F);
1268       }
1269     }
1270     DEBUG(dbgs() << "size of FnTree: " << FnTree.size() << '\n');
1271   } while (!Deferred.empty());
1272
1273   FnTree.clear();
1274
1275   return Changed;
1276 }
1277
1278 // Replace direct callers of Old with New.
1279 void MergeFunctions::replaceDirectCallers(Function *Old, Function *New) {
1280   Constant *BitcastNew = ConstantExpr::getBitCast(New, Old->getType());
1281   for (auto UI = Old->use_begin(), UE = Old->use_end(); UI != UE;) {
1282     Use *U = &*UI;
1283     ++UI;
1284     CallSite CS(U->getUser());
1285     if (CS && CS.isCallee(U)) {
1286       // Transfer the called function's attributes to the call site. Due to the
1287       // bitcast we will 'loose' ABI changing attributes because the 'called
1288       // function' is no longer a Function* but the bitcast. Code that looks up
1289       // the attributes from the called function will fail.
1290       auto &Context = New->getContext();
1291       auto NewFuncAttrs = New->getAttributes();
1292       auto CallSiteAttrs = CS.getAttributes();
1293
1294       CallSiteAttrs = CallSiteAttrs.addAttributes(
1295           Context, AttributeSet::ReturnIndex, NewFuncAttrs.getRetAttributes());
1296
1297       for (unsigned argIdx = 0; argIdx < CS.arg_size(); argIdx++) {
1298         AttributeSet Attrs = NewFuncAttrs.getParamAttributes(argIdx);
1299         if (Attrs.getNumSlots())
1300           CallSiteAttrs = CallSiteAttrs.addAttributes(Context, argIdx, Attrs);
1301       }
1302
1303       CS.setAttributes(CallSiteAttrs);
1304
1305       remove(CS.getInstruction()->getParent()->getParent());
1306       U->set(BitcastNew);
1307     }
1308   }
1309 }
1310
1311 // Replace G with an alias to F if possible, or else a thunk to F. Deletes G.
1312 void MergeFunctions::writeThunkOrAlias(Function *F, Function *G) {
1313   if (HasGlobalAliases && G->hasUnnamedAddr()) {
1314     if (G->hasExternalLinkage() || G->hasLocalLinkage() ||
1315         G->hasWeakLinkage()) {
1316       writeAlias(F, G);
1317       return;
1318     }
1319   }
1320
1321   writeThunk(F, G);
1322 }
1323
1324 // Helper for writeThunk,
1325 // Selects proper bitcast operation,
1326 // but a bit simpler then CastInst::getCastOpcode.
1327 static Value *createCast(IRBuilder<false> &Builder, Value *V, Type *DestTy) {
1328   Type *SrcTy = V->getType();
1329   if (SrcTy->isStructTy()) {
1330     assert(DestTy->isStructTy());
1331     assert(SrcTy->getStructNumElements() == DestTy->getStructNumElements());
1332     Value *Result = UndefValue::get(DestTy);
1333     for (unsigned int I = 0, E = SrcTy->getStructNumElements(); I < E; ++I) {
1334       Value *Element = createCast(
1335           Builder, Builder.CreateExtractValue(V, makeArrayRef(I)),
1336           DestTy->getStructElementType(I));
1337
1338       Result =
1339           Builder.CreateInsertValue(Result, Element, makeArrayRef(I));
1340     }
1341     return Result;
1342   }
1343   assert(!DestTy->isStructTy());
1344   if (SrcTy->isIntegerTy() && DestTy->isPointerTy())
1345     return Builder.CreateIntToPtr(V, DestTy);
1346   else if (SrcTy->isPointerTy() && DestTy->isIntegerTy())
1347     return Builder.CreatePtrToInt(V, DestTy);
1348   else
1349     return Builder.CreateBitCast(V, DestTy);
1350 }
1351
1352 // Replace G with a simple tail call to bitcast(F). Also replace direct uses
1353 // of G with bitcast(F). Deletes G.
1354 void MergeFunctions::writeThunk(Function *F, Function *G) {
1355   if (!G->mayBeOverridden()) {
1356     // Redirect direct callers of G to F.
1357     replaceDirectCallers(G, F);
1358   }
1359
1360   // If G was internal then we may have replaced all uses of G with F. If so,
1361   // stop here and delete G. There's no need for a thunk.
1362   if (G->hasLocalLinkage() && G->use_empty()) {
1363     G->eraseFromParent();
1364     return;
1365   }
1366
1367   Function *NewG = Function::Create(G->getFunctionType(), G->getLinkage(), "",
1368                                     G->getParent());
1369   BasicBlock *BB = BasicBlock::Create(F->getContext(), "", NewG);
1370   IRBuilder<false> Builder(BB);
1371
1372   SmallVector<Value *, 16> Args;
1373   unsigned i = 0;
1374   FunctionType *FFTy = F->getFunctionType();
1375   for (Function::arg_iterator AI = NewG->arg_begin(), AE = NewG->arg_end();
1376        AI != AE; ++AI) {
1377     Args.push_back(createCast(Builder, (Value*)AI, FFTy->getParamType(i)));
1378     ++i;
1379   }
1380
1381   CallInst *CI = Builder.CreateCall(F, Args);
1382   CI->setTailCall();
1383   CI->setCallingConv(F->getCallingConv());
1384   if (NewG->getReturnType()->isVoidTy()) {
1385     Builder.CreateRetVoid();
1386   } else {
1387     Builder.CreateRet(createCast(Builder, CI, NewG->getReturnType()));
1388   }
1389
1390   NewG->copyAttributesFrom(G);
1391   NewG->takeName(G);
1392   removeUsers(G);
1393   G->replaceAllUsesWith(NewG);
1394   G->eraseFromParent();
1395
1396   DEBUG(dbgs() << "writeThunk: " << NewG->getName() << '\n');
1397   ++NumThunksWritten;
1398 }
1399
1400 // Replace G with an alias to F and delete G.
1401 void MergeFunctions::writeAlias(Function *F, Function *G) {
1402   PointerType *PTy = G->getType();
1403   auto *GA = GlobalAlias::create(PTy, G->getLinkage(), "", F);
1404   F->setAlignment(std::max(F->getAlignment(), G->getAlignment()));
1405   GA->takeName(G);
1406   GA->setVisibility(G->getVisibility());
1407   removeUsers(G);
1408   G->replaceAllUsesWith(GA);
1409   G->eraseFromParent();
1410
1411   DEBUG(dbgs() << "writeAlias: " << GA->getName() << '\n');
1412   ++NumAliasesWritten;
1413 }
1414
1415 // Merge two equivalent functions. Upon completion, Function G is deleted.
1416 void MergeFunctions::mergeTwoFunctions(Function *F, Function *G) {
1417   if (F->mayBeOverridden()) {
1418     assert(G->mayBeOverridden());
1419
1420     // Make them both thunks to the same internal function.
1421     Function *H = Function::Create(F->getFunctionType(), F->getLinkage(), "",
1422                                    F->getParent());
1423     H->copyAttributesFrom(F);
1424     H->takeName(F);
1425     removeUsers(F);
1426     F->replaceAllUsesWith(H);
1427
1428     unsigned MaxAlignment = std::max(G->getAlignment(), H->getAlignment());
1429
1430     if (HasGlobalAliases) {
1431       writeAlias(F, G);
1432       writeAlias(F, H);
1433     } else {
1434       writeThunk(F, G);
1435       writeThunk(F, H);
1436     }
1437
1438     F->setAlignment(MaxAlignment);
1439     F->setLinkage(GlobalValue::PrivateLinkage);
1440     ++NumDoubleWeak;
1441   } else {
1442     writeThunkOrAlias(F, G);
1443   }
1444
1445   ++NumFunctionsMerged;
1446 }
1447
1448 /// Replace function F for function G in the map.
1449 void MergeFunctions::replaceFunctionInTree(FnTreeType::iterator &IterToF,
1450                                            Function *G) {
1451   Function *F = IterToF->getFunc();
1452
1453   // A total order is already guaranteed otherwise because we process strong
1454   // functions before weak functions.
1455   assert(((F->mayBeOverridden() && G->mayBeOverridden()) ||
1456           (!F->mayBeOverridden() && !G->mayBeOverridden())) &&
1457          "Only change functions if both are strong or both are weak");
1458   (void)F;
1459
1460   IterToF->replaceBy(G);
1461 }
1462
1463 // Insert a ComparableFunction into the FnTree, or merge it away if equal to one
1464 // that was already inserted.
1465 bool MergeFunctions::insert(Function *NewFunction) {
1466   std::pair<FnTreeType::iterator, bool> Result =
1467       FnTree.insert(FunctionNode(NewFunction));
1468
1469   if (Result.second) {
1470     DEBUG(dbgs() << "Inserting as unique: " << NewFunction->getName() << '\n');
1471     return false;
1472   }
1473
1474   const FunctionNode &OldF = *Result.first;
1475
1476   // Don't merge tiny functions, since it can just end up making the function
1477   // larger.
1478   // FIXME: Should still merge them if they are unnamed_addr and produce an
1479   // alias.
1480   if (NewFunction->size() == 1) {
1481     if (NewFunction->front().size() <= 2) {
1482       DEBUG(dbgs() << NewFunction->getName()
1483                    << " is to small to bother merging\n");
1484       return false;
1485     }
1486   }
1487
1488   // Impose a total order (by name) on the replacement of functions. This is
1489   // important when operating on more than one module independently to prevent
1490   // cycles of thunks calling each other when the modules are linked together.
1491   //
1492   // When one function is weak and the other is strong there is an order imposed
1493   // already. We process strong functions before weak functions.
1494   if ((OldF.getFunc()->mayBeOverridden() && NewFunction->mayBeOverridden()) ||
1495       (!OldF.getFunc()->mayBeOverridden() && !NewFunction->mayBeOverridden()))
1496     if (OldF.getFunc()->getName() > NewFunction->getName()) {
1497       // Swap the two functions.
1498       Function *F = OldF.getFunc();
1499       replaceFunctionInTree(Result.first, NewFunction);
1500       NewFunction = F;
1501       assert(OldF.getFunc() != F && "Must have swapped the functions.");
1502     }
1503
1504   // Never thunk a strong function to a weak function.
1505   assert(!OldF.getFunc()->mayBeOverridden() || NewFunction->mayBeOverridden());
1506
1507   DEBUG(dbgs() << "  " << OldF.getFunc()->getName()
1508                << " == " << NewFunction->getName() << '\n');
1509
1510   Function *DeleteF = NewFunction;
1511   mergeTwoFunctions(OldF.getFunc(), DeleteF);
1512   return true;
1513 }
1514
1515 // Remove a function from FnTree. If it was already in FnTree, add
1516 // it to Deferred so that we'll look at it in the next round.
1517 void MergeFunctions::remove(Function *F) {
1518   // We need to make sure we remove F, not a function "equal" to F per the
1519   // function equality comparator.
1520   FnTreeType::iterator found = FnTree.find(FunctionNode(F));
1521   size_t Erased = 0;
1522   if (found != FnTree.end() && found->getFunc() == F) {
1523     Erased = 1;
1524     FnTree.erase(found);
1525   }
1526
1527   if (Erased) {
1528     DEBUG(dbgs() << "Removed " << F->getName()
1529                  << " from set and deferred it.\n");
1530     Deferred.emplace_back(F);
1531   }
1532 }
1533
1534 // For each instruction used by the value, remove() the function that contains
1535 // the instruction. This should happen right before a call to RAUW.
1536 void MergeFunctions::removeUsers(Value *V) {
1537   std::vector<Value *> Worklist;
1538   Worklist.push_back(V);
1539   SmallSet<Value*, 8> Visited;
1540   Visited.insert(V);
1541   while (!Worklist.empty()) {
1542     Value *V = Worklist.back();
1543     Worklist.pop_back();
1544
1545     for (User *U : V->users()) {
1546       if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(U)) {
1547         remove(I->getParent()->getParent());
1548       } else if (isa<GlobalValue>(U)) {
1549         // do nothing
1550       } else if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(U)) {
1551         for (User *UU : C->users()) {
1552           if (!Visited.insert(UU).second)
1553             Worklist.push_back(UU);
1554         }
1555       }
1556     }
1557   }
1558 }