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