MergeFunc patch from Björn Steinbrink.
[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 cmpOperation(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 cmpGEP(const GEPOperator *GEPL, const GEPOperator *GEPR);
301   int cmpGEP(const GetElementPtrInst *GEPL, const GetElementPtrInst *GEPR) {
302     return cmpGEP(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 cmpType(Type *TyL, Type *TyR) const;
346
347   int cmpNumbers(uint64_t L, uint64_t R) const;
348
349   int cmpAPInt(const APInt &L, const APInt &R) const;
350   int cmpAPFloat(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 FunctionPtr {
396   AssertingVH<Function> F;
397   const DataLayout *DL;
398
399 public:
400   FunctionPtr(Function *F, const DataLayout *DL) : F(F), DL(DL) {}
401   Function *getFunc() const { return F; }
402   void release() { F = 0; }
403   bool operator<(const FunctionPtr &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::cmpAPInt(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::cmpAPFloat(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 cmpAPInt(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 = cmpType(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 cmpAPInt(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 cmpAPFloat(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::cmpType(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 = cmpType(STyL->getElementType(i),
669                             STyR->getElementType(i)))
670         return Res;
671     }
672     return 0;
673   }
674
675   case Type::FunctionTyID: {
676     FunctionType *FTyL = cast<FunctionType>(TyL);
677     FunctionType *FTyR = cast<FunctionType>(TyR);
678     if (FTyL->getNumParams() != FTyR->getNumParams())
679       return cmpNumbers(FTyL->getNumParams(), FTyR->getNumParams());
680
681     if (FTyL->isVarArg() != FTyR->isVarArg())
682       return cmpNumbers(FTyL->isVarArg(), FTyR->isVarArg());
683
684     if (int Res = cmpType(FTyL->getReturnType(), FTyR->getReturnType()))
685       return Res;
686
687     for (unsigned i = 0, e = FTyL->getNumParams(); i != e; ++i) {
688       if (int Res = cmpType(FTyL->getParamType(i), FTyR->getParamType(i)))
689         return Res;
690     }
691     return 0;
692   }
693
694   case Type::ArrayTyID: {
695     ArrayType *ATyL = cast<ArrayType>(TyL);
696     ArrayType *ATyR = cast<ArrayType>(TyR);
697     if (ATyL->getNumElements() != ATyR->getNumElements())
698       return cmpNumbers(ATyL->getNumElements(), ATyR->getNumElements());
699     return cmpType(ATyL->getElementType(), ATyR->getElementType());
700   }
701   }
702 }
703
704 // Determine whether the two operations are the same except that pointer-to-A
705 // and pointer-to-B are equivalent. This should be kept in sync with
706 // Instruction::isSameOperationAs.
707 // Read method declaration comments for more details.
708 int FunctionComparator::cmpOperation(const Instruction *L,
709                                      const Instruction *R) const {
710   // Differences from Instruction::isSameOperationAs:
711   //  * replace type comparison with calls to isEquivalentType.
712   //  * we test for I->hasSameSubclassOptionalData (nuw/nsw/tail) at the top
713   //  * because of the above, we don't test for the tail bit on calls later on
714   if (int Res = cmpNumbers(L->getOpcode(), R->getOpcode()))
715     return Res;
716
717   if (int Res = cmpNumbers(L->getNumOperands(), R->getNumOperands()))
718     return Res;
719
720   if (int Res = cmpType(L->getType(), R->getType()))
721     return Res;
722
723   if (int Res = cmpNumbers(L->getRawSubclassOptionalData(),
724                            R->getRawSubclassOptionalData()))
725     return Res;
726
727   // We have two instructions of identical opcode and #operands.  Check to see
728   // if all operands are the same type
729   for (unsigned i = 0, e = L->getNumOperands(); i != e; ++i) {
730     if (int Res =
731             cmpType(L->getOperand(i)->getType(), R->getOperand(i)->getType()))
732       return Res;
733   }
734
735   // Check special state that is a part of some instructions.
736   if (const LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(L)) {
737     if (int Res = cmpNumbers(LI->isVolatile(), cast<LoadInst>(R)->isVolatile()))
738       return Res;
739     if (int Res =
740             cmpNumbers(LI->getAlignment(), cast<LoadInst>(R)->getAlignment()))
741       return Res;
742     if (int Res =
743             cmpNumbers(LI->getOrdering(), cast<LoadInst>(R)->getOrdering()))
744       return Res;
745     if (int Res =
746             cmpNumbers(LI->getSynchScope(), cast<LoadInst>(R)->getSynchScope()))
747       return Res;
748     return cmpNumbers((uint64_t)LI->getMetadata(LLVMContext::MD_range),
749                       (uint64_t)cast<LoadInst>(R)->getMetadata(LLVMContext::MD_range));
750   }
751   if (const StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(L)) {
752     if (int Res =
753             cmpNumbers(SI->isVolatile(), cast<StoreInst>(R)->isVolatile()))
754       return Res;
755     if (int Res =
756             cmpNumbers(SI->getAlignment(), cast<StoreInst>(R)->getAlignment()))
757       return Res;
758     if (int Res =
759             cmpNumbers(SI->getOrdering(), cast<StoreInst>(R)->getOrdering()))
760       return Res;
761     return cmpNumbers(SI->getSynchScope(), cast<StoreInst>(R)->getSynchScope());
762   }
763   if (const CmpInst *CI = dyn_cast<CmpInst>(L))
764     return cmpNumbers(CI->getPredicate(), cast<CmpInst>(R)->getPredicate());
765   if (const CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(L)) {
766     if (int Res = cmpNumbers(CI->getCallingConv(),
767                              cast<CallInst>(R)->getCallingConv()))
768       return Res;
769     if (int Res =
770             cmpAttrs(CI->getAttributes(), cast<CallInst>(R)->getAttributes()))
771       return Res;
772     return cmpNumbers(
773         (uint64_t)CI->getMetadata(LLVMContext::MD_range),
774         (uint64_t)cast<CallInst>(R)->getMetadata(LLVMContext::MD_range));
775   }
776   if (const InvokeInst *CI = dyn_cast<InvokeInst>(L)) {
777     if (int Res = cmpNumbers(CI->getCallingConv(),
778                              cast<InvokeInst>(R)->getCallingConv()))
779       return Res;
780     if (int Res =
781             cmpAttrs(CI->getAttributes(), cast<InvokeInst>(R)->getAttributes()))
782       return Res;
783     return cmpNumbers(
784         (uint64_t)CI->getMetadata(LLVMContext::MD_range),
785         (uint64_t)cast<InvokeInst>(R)->getMetadata(LLVMContext::MD_range));
786   }
787   if (const InsertValueInst *IVI = dyn_cast<InsertValueInst>(L)) {
788     ArrayRef<unsigned> LIndices = IVI->getIndices();
789     ArrayRef<unsigned> RIndices = cast<InsertValueInst>(R)->getIndices();
790     if (int Res = cmpNumbers(LIndices.size(), RIndices.size()))
791       return Res;
792     for (size_t i = 0, e = LIndices.size(); i != e; ++i) {
793       if (int Res = cmpNumbers(LIndices[i], RIndices[i]))
794         return Res;
795     }
796   }
797   if (const ExtractValueInst *EVI = dyn_cast<ExtractValueInst>(L)) {
798     ArrayRef<unsigned> LIndices = EVI->getIndices();
799     ArrayRef<unsigned> RIndices = cast<ExtractValueInst>(R)->getIndices();
800     if (int Res = cmpNumbers(LIndices.size(), RIndices.size()))
801       return Res;
802     for (size_t i = 0, e = LIndices.size(); i != e; ++i) {
803       if (int Res = cmpNumbers(LIndices[i], RIndices[i]))
804         return Res;
805     }
806   }
807   if (const FenceInst *FI = dyn_cast<FenceInst>(L)) {
808     if (int Res =
809             cmpNumbers(FI->getOrdering(), cast<FenceInst>(R)->getOrdering()))
810       return Res;
811     return cmpNumbers(FI->getSynchScope(), cast<FenceInst>(R)->getSynchScope());
812   }
813
814   if (const AtomicCmpXchgInst *CXI = dyn_cast<AtomicCmpXchgInst>(L)) {
815     if (int Res = cmpNumbers(CXI->isVolatile(),
816                              cast<AtomicCmpXchgInst>(R)->isVolatile()))
817       return Res;
818     if (int Res = cmpNumbers(CXI->isWeak(),
819                              cast<AtomicCmpXchgInst>(R)->isWeak()))
820       return Res;
821     if (int Res = cmpNumbers(CXI->getSuccessOrdering(),
822                              cast<AtomicCmpXchgInst>(R)->getSuccessOrdering()))
823       return Res;
824     if (int Res = cmpNumbers(CXI->getFailureOrdering(),
825                              cast<AtomicCmpXchgInst>(R)->getFailureOrdering()))
826       return Res;
827     return cmpNumbers(CXI->getSynchScope(),
828                       cast<AtomicCmpXchgInst>(R)->getSynchScope());
829   }
830   if (const AtomicRMWInst *RMWI = dyn_cast<AtomicRMWInst>(L)) {
831     if (int Res = cmpNumbers(RMWI->getOperation(),
832                              cast<AtomicRMWInst>(R)->getOperation()))
833       return Res;
834     if (int Res = cmpNumbers(RMWI->isVolatile(),
835                              cast<AtomicRMWInst>(R)->isVolatile()))
836       return Res;
837     if (int Res = cmpNumbers(RMWI->getOrdering(),
838                              cast<AtomicRMWInst>(R)->getOrdering()))
839       return Res;
840     return cmpNumbers(RMWI->getSynchScope(),
841                       cast<AtomicRMWInst>(R)->getSynchScope());
842   }
843   return 0;
844 }
845
846 // Determine whether two GEP operations perform the same underlying arithmetic.
847 // Read method declaration comments for more details.
848 int FunctionComparator::cmpGEP(const GEPOperator *GEPL,
849                                const GEPOperator *GEPR) {
850
851   unsigned int ASL = GEPL->getPointerAddressSpace();
852   unsigned int ASR = GEPR->getPointerAddressSpace();
853
854   if (int Res = cmpNumbers(ASL, ASR))
855     return Res;
856
857   // When we have target data, we can reduce the GEP down to the value in bytes
858   // added to the address.
859   if (DL) {
860     unsigned BitWidth = DL->getPointerSizeInBits(ASL);
861     APInt OffsetL(BitWidth, 0), OffsetR(BitWidth, 0);
862     if (GEPL->accumulateConstantOffset(*DL, OffsetL) &&
863         GEPR->accumulateConstantOffset(*DL, OffsetR))
864       return cmpAPInt(OffsetL, OffsetR);
865   }
866
867   if (int Res = cmpNumbers((uint64_t)GEPL->getPointerOperand()->getType(),
868                            (uint64_t)GEPR->getPointerOperand()->getType()))
869     return Res;
870
871   if (int Res = cmpNumbers(GEPL->getNumOperands(), GEPR->getNumOperands()))
872     return Res;
873
874   for (unsigned i = 0, e = GEPL->getNumOperands(); i != e; ++i) {
875     if (int Res = cmpValues(GEPL->getOperand(i), GEPR->getOperand(i)))
876       return Res;
877   }
878
879   return 0;
880 }
881
882 /// Compare two values used by the two functions under pair-wise comparison. If
883 /// this is the first time the values are seen, they're added to the mapping so
884 /// that we will detect mismatches on next use.
885 /// See comments in declaration for more details.
886 int FunctionComparator::cmpValues(const Value *L, const Value *R) {
887   // Catch self-reference case.
888   if (L == FnL) {
889     if (R == FnR)
890       return 0;
891     return -1;
892   }
893   if (R == FnR) {
894     if (L == FnL)
895       return 0;
896     return 1;
897   }
898
899   const Constant *ConstL = dyn_cast<Constant>(L);
900   const Constant *ConstR = dyn_cast<Constant>(R);
901   if (ConstL && ConstR) {
902     if (L == R)
903       return 0;
904     return cmpConstants(ConstL, ConstR);
905   }
906
907   if (ConstL)
908     return 1;
909   if (ConstR)
910     return -1;
911
912   const InlineAsm *InlineAsmL = dyn_cast<InlineAsm>(L);
913   const InlineAsm *InlineAsmR = dyn_cast<InlineAsm>(R);
914
915   if (InlineAsmL && InlineAsmR)
916     return cmpNumbers((uint64_t)L, (uint64_t)R);
917   if (InlineAsmL)
918     return 1;
919   if (InlineAsmR)
920     return -1;
921
922   auto LeftSN = sn_mapL.insert(std::make_pair(L, sn_mapL.size())),
923        RightSN = sn_mapR.insert(std::make_pair(R, sn_mapR.size()));
924
925   return cmpNumbers(LeftSN.first->second, RightSN.first->second);
926 }
927 // Test whether two basic blocks have equivalent behaviour.
928 int FunctionComparator::compare(const BasicBlock *BBL, const BasicBlock *BBR) {
929   BasicBlock::const_iterator InstL = BBL->begin(), InstLE = BBL->end();
930   BasicBlock::const_iterator InstR = BBR->begin(), InstRE = BBR->end();
931
932   do {
933     if (int Res = cmpValues(InstL, InstR))
934       return Res;
935
936     const GetElementPtrInst *GEPL = dyn_cast<GetElementPtrInst>(InstL);
937     const GetElementPtrInst *GEPR = dyn_cast<GetElementPtrInst>(InstR);
938
939     if (GEPL && !GEPR)
940       return 1;
941     if (GEPR && !GEPL)
942       return -1;
943
944     if (GEPL && GEPR) {
945       if (int Res =
946               cmpValues(GEPL->getPointerOperand(), GEPR->getPointerOperand()))
947         return Res;
948       if (int Res = cmpGEP(GEPL, GEPR))
949         return Res;
950     } else {
951       if (int Res = cmpOperation(InstL, InstR))
952         return Res;
953       assert(InstL->getNumOperands() == InstR->getNumOperands());
954
955       for (unsigned i = 0, e = InstL->getNumOperands(); i != e; ++i) {
956         Value *OpL = InstL->getOperand(i);
957         Value *OpR = InstR->getOperand(i);
958         if (int Res = cmpValues(OpL, OpR))
959           return Res;
960         if (int Res = cmpNumbers(OpL->getValueID(), OpR->getValueID()))
961           return Res;
962         // TODO: Already checked in cmpOperation
963         if (int Res = cmpType(OpL->getType(), OpR->getType()))
964           return Res;
965       }
966     }
967
968     ++InstL, ++InstR;
969   } while (InstL != InstLE && InstR != InstRE);
970
971   if (InstL != InstLE && InstR == InstRE)
972     return 1;
973   if (InstL == InstLE && InstR != InstRE)
974     return -1;
975   return 0;
976 }
977
978 // Test whether the two functions have equivalent behaviour.
979 int FunctionComparator::compare() {
980
981   sn_mapL.clear();
982   sn_mapR.clear();
983
984   if (int Res = cmpAttrs(FnL->getAttributes(), FnR->getAttributes()))
985     return Res;
986
987   if (int Res = cmpNumbers(FnL->hasGC(), FnR->hasGC()))
988     return Res;
989
990   if (FnL->hasGC()) {
991     if (int Res = cmpNumbers((uint64_t)FnL->getGC(), (uint64_t)FnR->getGC()))
992       return Res;
993   }
994
995   if (int Res = cmpNumbers(FnL->hasSection(), FnR->hasSection()))
996     return Res;
997
998   if (FnL->hasSection()) {
999     if (int Res = cmpStrings(FnL->getSection(), FnR->getSection()))
1000       return Res;
1001   }
1002
1003   if (int Res = cmpNumbers(FnL->isVarArg(), FnR->isVarArg()))
1004     return Res;
1005
1006   // TODO: if it's internal and only used in direct calls, we could handle this
1007   // case too.
1008   if (int Res = cmpNumbers(FnL->getCallingConv(), FnR->getCallingConv()))
1009     return Res;
1010
1011   if (int Res = cmpType(FnL->getFunctionType(), FnR->getFunctionType()))
1012     return Res;
1013
1014   assert(FnL->arg_size() == FnR->arg_size() &&
1015          "Identically typed functions have different numbers of args!");
1016
1017   // Visit the arguments so that they get enumerated in the order they're
1018   // passed in.
1019   for (Function::const_arg_iterator ArgLI = FnL->arg_begin(),
1020                                     ArgRI = FnR->arg_begin(),
1021                                     ArgLE = FnL->arg_end();
1022        ArgLI != ArgLE; ++ArgLI, ++ArgRI) {
1023     if (cmpValues(ArgLI, ArgRI) != 0)
1024       llvm_unreachable("Arguments repeat!");
1025   }
1026
1027   // We do a CFG-ordered walk since the actual ordering of the blocks in the
1028   // linked list is immaterial. Our walk starts at the entry block for both
1029   // functions, then takes each block from each terminator in order. As an
1030   // artifact, this also means that unreachable blocks are ignored.
1031   SmallVector<const BasicBlock *, 8> FnLBBs, FnRBBs;
1032   SmallSet<const BasicBlock *, 128> VisitedBBs; // in terms of F1.
1033
1034   FnLBBs.push_back(&FnL->getEntryBlock());
1035   FnRBBs.push_back(&FnR->getEntryBlock());
1036
1037   VisitedBBs.insert(FnLBBs[0]);
1038   while (!FnLBBs.empty()) {
1039     const BasicBlock *BBL = FnLBBs.pop_back_val();
1040     const BasicBlock *BBR = FnRBBs.pop_back_val();
1041
1042     if (int Res = cmpValues(BBL, BBR))
1043       return Res;
1044
1045     if (int Res = compare(BBL, BBR))
1046       return Res;
1047
1048     const TerminatorInst *TermL = BBL->getTerminator();
1049     const TerminatorInst *TermR = BBR->getTerminator();
1050
1051     assert(TermL->getNumSuccessors() == TermR->getNumSuccessors());
1052     for (unsigned i = 0, e = TermL->getNumSuccessors(); i != e; ++i) {
1053       if (!VisitedBBs.insert(TermL->getSuccessor(i)))
1054         continue;
1055
1056       FnLBBs.push_back(TermL->getSuccessor(i));
1057       FnRBBs.push_back(TermR->getSuccessor(i));
1058     }
1059   }
1060   return 0;
1061 }
1062
1063 namespace {
1064
1065 /// MergeFunctions finds functions which will generate identical machine code,
1066 /// by considering all pointer types to be equivalent. Once identified,
1067 /// MergeFunctions will fold them by replacing a call to one to a call to a
1068 /// bitcast of the other.
1069 ///
1070 class MergeFunctions : public ModulePass {
1071 public:
1072   static char ID;
1073   MergeFunctions()
1074     : ModulePass(ID), HasGlobalAliases(false) {
1075     initializeMergeFunctionsPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
1076   }
1077
1078   bool runOnModule(Module &M) override;
1079
1080 private:
1081   typedef std::set<FunctionPtr> FnTreeType;
1082
1083   /// A work queue of functions that may have been modified and should be
1084   /// analyzed again.
1085   std::vector<WeakVH> Deferred;
1086
1087   /// Checks the rules of order relation introduced among functions set.
1088   /// Returns true, if sanity check has been passed, and false if failed.
1089   bool doSanityCheck(std::vector<WeakVH> &Worklist);
1090
1091   /// Insert a ComparableFunction into the FnTree, or merge it away if it's
1092   /// equal to one that's already present.
1093   bool insert(Function *NewFunction);
1094
1095   /// Remove a Function from the FnTree and queue it up for a second sweep of
1096   /// analysis.
1097   void remove(Function *F);
1098
1099   /// Find the functions that use this Value and remove them from FnTree and
1100   /// queue the functions.
1101   void removeUsers(Value *V);
1102
1103   /// Replace all direct calls of Old with calls of New. Will bitcast New if
1104   /// necessary to make types match.
1105   void replaceDirectCallers(Function *Old, Function *New);
1106
1107   /// Merge two equivalent functions. Upon completion, G may be deleted, or may
1108   /// be converted into a thunk. In either case, it should never be visited
1109   /// again.
1110   void mergeTwoFunctions(Function *F, Function *G);
1111
1112   /// Replace G with a thunk or an alias to F. Deletes G.
1113   void writeThunkOrAlias(Function *F, Function *G);
1114
1115   /// Replace G with a simple tail call to bitcast(F). Also replace direct uses
1116   /// of G with bitcast(F). Deletes G.
1117   void writeThunk(Function *F, Function *G);
1118
1119   /// Replace G with an alias to F. Deletes G.
1120   void writeAlias(Function *F, Function *G);
1121
1122   /// The set of all distinct functions. Use the insert() and remove() methods
1123   /// to modify it.
1124   FnTreeType FnTree;
1125
1126   /// DataLayout for more accurate GEP comparisons. May be NULL.
1127   const DataLayout *DL;
1128
1129   /// Whether or not the target supports global aliases.
1130   bool HasGlobalAliases;
1131 };
1132
1133 }  // end anonymous namespace
1134
1135 char MergeFunctions::ID = 0;
1136 INITIALIZE_PASS(MergeFunctions, "mergefunc", "Merge Functions", false, false)
1137
1138 ModulePass *llvm::createMergeFunctionsPass() {
1139   return new MergeFunctions();
1140 }
1141
1142 bool MergeFunctions::doSanityCheck(std::vector<WeakVH> &Worklist) {
1143   if (const unsigned Max = NumFunctionsForSanityCheck) {
1144     unsigned TripleNumber = 0;
1145     bool Valid = true;
1146
1147     dbgs() << "MERGEFUNC-SANITY: Started for first " << Max << " functions.\n";
1148
1149     unsigned i = 0;
1150     for (std::vector<WeakVH>::iterator I = Worklist.begin(), E = Worklist.end();
1151          I != E && i < Max; ++I, ++i) {
1152       unsigned j = i;
1153       for (std::vector<WeakVH>::iterator J = I; J != E && j < Max; ++J, ++j) {
1154         Function *F1 = cast<Function>(*I);
1155         Function *F2 = cast<Function>(*J);
1156         int Res1 = FunctionComparator(DL, F1, F2).compare();
1157         int Res2 = FunctionComparator(DL, F2, F1).compare();
1158
1159         // If F1 <= F2, then F2 >= F1, otherwise report failure.
1160         if (Res1 != -Res2) {
1161           dbgs() << "MERGEFUNC-SANITY: Non-symmetric; triple: " << TripleNumber
1162                  << "\n";
1163           F1->dump();
1164           F2->dump();
1165           Valid = false;
1166         }
1167
1168         if (Res1 == 0)
1169           continue;
1170
1171         unsigned k = j;
1172         for (std::vector<WeakVH>::iterator K = J; K != E && k < Max;
1173              ++k, ++K, ++TripleNumber) {
1174           if (K == J)
1175             continue;
1176
1177           Function *F3 = cast<Function>(*K);
1178           int Res3 = FunctionComparator(DL, F1, F3).compare();
1179           int Res4 = FunctionComparator(DL, F2, F3).compare();
1180
1181           bool Transitive = true;
1182
1183           if (Res1 != 0 && Res1 == Res4) {
1184             // F1 > F2, F2 > F3 => F1 > F3
1185             Transitive = Res3 == Res1;
1186           } else if (Res3 != 0 && Res3 == -Res4) {
1187             // F1 > F3, F3 > F2 => F1 > F2
1188             Transitive = Res3 == Res1;
1189           } else if (Res4 != 0 && -Res3 == Res4) {
1190             // F2 > F3, F3 > F1 => F2 > F1
1191             Transitive = Res4 == -Res1;
1192           }
1193
1194           if (!Transitive) {
1195             dbgs() << "MERGEFUNC-SANITY: Non-transitive; triple: "
1196                    << TripleNumber << "\n";
1197             dbgs() << "Res1, Res3, Res4: " << Res1 << ", " << Res3 << ", "
1198                    << Res4 << "\n";
1199             F1->dump();
1200             F2->dump();
1201             F3->dump();
1202             Valid = false;
1203           }
1204         }
1205       }
1206     }
1207
1208     dbgs() << "MERGEFUNC-SANITY: " << (Valid ? "Passed." : "Failed.") << "\n";
1209     return Valid;
1210   }
1211   return true;
1212 }
1213
1214 bool MergeFunctions::runOnModule(Module &M) {
1215   bool Changed = false;
1216   DataLayoutPass *DLP = getAnalysisIfAvailable<DataLayoutPass>();
1217   DL = DLP ? &DLP->getDataLayout() : nullptr;
1218
1219   for (Module::iterator I = M.begin(), E = M.end(); I != E; ++I) {
1220     if (!I->isDeclaration() && !I->hasAvailableExternallyLinkage())
1221       Deferred.push_back(WeakVH(I));
1222   }
1223
1224   do {
1225     std::vector<WeakVH> Worklist;
1226     Deferred.swap(Worklist);
1227
1228     DEBUG(doSanityCheck(Worklist));
1229
1230     DEBUG(dbgs() << "size of module: " << M.size() << '\n');
1231     DEBUG(dbgs() << "size of worklist: " << Worklist.size() << '\n');
1232
1233     // Insert only strong functions and merge them. Strong function merging
1234     // always deletes one of them.
1235     for (std::vector<WeakVH>::iterator I = Worklist.begin(),
1236            E = Worklist.end(); I != E; ++I) {
1237       if (!*I) continue;
1238       Function *F = cast<Function>(*I);
1239       if (!F->isDeclaration() && !F->hasAvailableExternallyLinkage() &&
1240           !F->mayBeOverridden()) {
1241         Changed |= insert(F);
1242       }
1243     }
1244
1245     // Insert only weak functions and merge them. By doing these second we
1246     // create thunks to the strong function when possible. When two weak
1247     // functions are identical, we create a new strong function with two weak
1248     // weak thunks to it which are identical but not mergable.
1249     for (std::vector<WeakVH>::iterator I = Worklist.begin(),
1250            E = Worklist.end(); I != E; ++I) {
1251       if (!*I) continue;
1252       Function *F = cast<Function>(*I);
1253       if (!F->isDeclaration() && !F->hasAvailableExternallyLinkage() &&
1254           F->mayBeOverridden()) {
1255         Changed |= insert(F);
1256       }
1257     }
1258     DEBUG(dbgs() << "size of FnTree: " << FnTree.size() << '\n');
1259   } while (!Deferred.empty());
1260
1261   FnTree.clear();
1262
1263   return Changed;
1264 }
1265
1266 // Replace direct callers of Old with New.
1267 void MergeFunctions::replaceDirectCallers(Function *Old, Function *New) {
1268   Constant *BitcastNew = ConstantExpr::getBitCast(New, Old->getType());
1269   for (auto UI = Old->use_begin(), UE = Old->use_end(); UI != UE;) {
1270     Use *U = &*UI;
1271     ++UI;
1272     CallSite CS(U->getUser());
1273     if (CS && CS.isCallee(U)) {
1274       remove(CS.getInstruction()->getParent()->getParent());
1275       U->set(BitcastNew);
1276     }
1277   }
1278 }
1279
1280 // Replace G with an alias to F if possible, or else a thunk to F. Deletes G.
1281 void MergeFunctions::writeThunkOrAlias(Function *F, Function *G) {
1282   if (HasGlobalAliases && G->hasUnnamedAddr()) {
1283     if (G->hasExternalLinkage() || G->hasLocalLinkage() ||
1284         G->hasWeakLinkage()) {
1285       writeAlias(F, G);
1286       return;
1287     }
1288   }
1289
1290   writeThunk(F, G);
1291 }
1292
1293 // Helper for writeThunk,
1294 // Selects proper bitcast operation,
1295 // but a bit simpler then CastInst::getCastOpcode.
1296 static Value *createCast(IRBuilder<false> &Builder, Value *V, Type *DestTy) {
1297   Type *SrcTy = V->getType();
1298   if (SrcTy->isStructTy()) {
1299     assert(DestTy->isStructTy());
1300     assert(SrcTy->getStructNumElements() == DestTy->getStructNumElements());
1301     Value *Result = UndefValue::get(DestTy);
1302     for (unsigned int I = 0, E = SrcTy->getStructNumElements(); I < E; ++I) {
1303       Value *Element = createCast(
1304           Builder, Builder.CreateExtractValue(V, ArrayRef<unsigned int>(I)),
1305           DestTy->getStructElementType(I));
1306
1307       Result =
1308           Builder.CreateInsertValue(Result, Element, ArrayRef<unsigned int>(I));
1309     }
1310     return Result;
1311   }
1312   assert(!DestTy->isStructTy());
1313   if (SrcTy->isIntegerTy() && DestTy->isPointerTy())
1314     return Builder.CreateIntToPtr(V, DestTy);
1315   else if (SrcTy->isPointerTy() && DestTy->isIntegerTy())
1316     return Builder.CreatePtrToInt(V, DestTy);
1317   else
1318     return Builder.CreateBitCast(V, DestTy);
1319 }
1320
1321 // Replace G with a simple tail call to bitcast(F). Also replace direct uses
1322 // of G with bitcast(F). Deletes G.
1323 void MergeFunctions::writeThunk(Function *F, Function *G) {
1324   if (!G->mayBeOverridden()) {
1325     // Redirect direct callers of G to F.
1326     replaceDirectCallers(G, F);
1327   }
1328
1329   // If G was internal then we may have replaced all uses of G with F. If so,
1330   // stop here and delete G. There's no need for a thunk.
1331   if (G->hasLocalLinkage() && G->use_empty()) {
1332     G->eraseFromParent();
1333     return;
1334   }
1335
1336   Function *NewG = Function::Create(G->getFunctionType(), G->getLinkage(), "",
1337                                     G->getParent());
1338   BasicBlock *BB = BasicBlock::Create(F->getContext(), "", NewG);
1339   IRBuilder<false> Builder(BB);
1340
1341   SmallVector<Value *, 16> Args;
1342   unsigned i = 0;
1343   FunctionType *FFTy = F->getFunctionType();
1344   for (Function::arg_iterator AI = NewG->arg_begin(), AE = NewG->arg_end();
1345        AI != AE; ++AI) {
1346     Args.push_back(createCast(Builder, (Value*)AI, FFTy->getParamType(i)));
1347     ++i;
1348   }
1349
1350   CallInst *CI = Builder.CreateCall(F, Args);
1351   CI->setTailCall();
1352   CI->setCallingConv(F->getCallingConv());
1353   if (NewG->getReturnType()->isVoidTy()) {
1354     Builder.CreateRetVoid();
1355   } else {
1356     Builder.CreateRet(createCast(Builder, CI, NewG->getReturnType()));
1357   }
1358
1359   NewG->copyAttributesFrom(G);
1360   NewG->takeName(G);
1361   removeUsers(G);
1362   G->replaceAllUsesWith(NewG);
1363   G->eraseFromParent();
1364
1365   DEBUG(dbgs() << "writeThunk: " << NewG->getName() << '\n');
1366   ++NumThunksWritten;
1367 }
1368
1369 // Replace G with an alias to F and delete G.
1370 void MergeFunctions::writeAlias(Function *F, Function *G) {
1371   PointerType *PTy = G->getType();
1372   auto *GA = GlobalAlias::create(PTy->getElementType(), PTy->getAddressSpace(),
1373                                  G->getLinkage(), "", F);
1374   F->setAlignment(std::max(F->getAlignment(), G->getAlignment()));
1375   GA->takeName(G);
1376   GA->setVisibility(G->getVisibility());
1377   removeUsers(G);
1378   G->replaceAllUsesWith(GA);
1379   G->eraseFromParent();
1380
1381   DEBUG(dbgs() << "writeAlias: " << GA->getName() << '\n');
1382   ++NumAliasesWritten;
1383 }
1384
1385 // Merge two equivalent functions. Upon completion, Function G is deleted.
1386 void MergeFunctions::mergeTwoFunctions(Function *F, Function *G) {
1387   if (F->mayBeOverridden()) {
1388     assert(G->mayBeOverridden());
1389
1390     if (HasGlobalAliases) {
1391       // Make them both thunks to the same internal function.
1392       Function *H = Function::Create(F->getFunctionType(), F->getLinkage(), "",
1393                                      F->getParent());
1394       H->copyAttributesFrom(F);
1395       H->takeName(F);
1396       removeUsers(F);
1397       F->replaceAllUsesWith(H);
1398
1399       unsigned MaxAlignment = std::max(G->getAlignment(), H->getAlignment());
1400
1401       writeAlias(F, G);
1402       writeAlias(F, H);
1403
1404       F->setAlignment(MaxAlignment);
1405       F->setLinkage(GlobalValue::PrivateLinkage);
1406     } else {
1407       // We can't merge them. Instead, pick one and update all direct callers
1408       // to call it and hope that we improve the instruction cache hit rate.
1409       replaceDirectCallers(G, F);
1410     }
1411
1412     ++NumDoubleWeak;
1413   } else {
1414     writeThunkOrAlias(F, G);
1415   }
1416
1417   ++NumFunctionsMerged;
1418 }
1419
1420 // Insert a ComparableFunction into the FnTree, or merge it away if equal to one
1421 // that was already inserted.
1422 bool MergeFunctions::insert(Function *NewFunction) {
1423   std::pair<FnTreeType::iterator, bool> Result =
1424       FnTree.insert(FunctionPtr(NewFunction, DL));
1425
1426   if (Result.second) {
1427     DEBUG(dbgs() << "Inserting as unique: " << NewFunction->getName() << '\n');
1428     return false;
1429   }
1430
1431   const FunctionPtr &OldF = *Result.first;
1432
1433   // Don't merge tiny functions, since it can just end up making the function
1434   // larger.
1435   // FIXME: Should still merge them if they are unnamed_addr and produce an
1436   // alias.
1437   if (NewFunction->size() == 1) {
1438     if (NewFunction->front().size() <= 2) {
1439       DEBUG(dbgs() << NewFunction->getName()
1440                    << " is to small to bother merging\n");
1441       return false;
1442     }
1443   }
1444
1445   // Never thunk a strong function to a weak function.
1446   assert(!OldF.getFunc()->mayBeOverridden() || NewFunction->mayBeOverridden());
1447
1448   DEBUG(dbgs() << "  " << OldF.getFunc()->getName()
1449                << " == " << NewFunction->getName() << '\n');
1450
1451   Function *DeleteF = NewFunction;
1452   mergeTwoFunctions(OldF.getFunc(), DeleteF);
1453   return true;
1454 }
1455
1456 // Remove a function from FnTree. If it was already in FnTree, add
1457 // it to Deferred so that we'll look at it in the next round.
1458 void MergeFunctions::remove(Function *F) {
1459   // We need to make sure we remove F, not a function "equal" to F per the
1460   // function equality comparator.
1461   FnTreeType::iterator found = FnTree.find(FunctionPtr(F, DL));
1462   size_t Erased = 0;
1463   if (found != FnTree.end() && found->getFunc() == F) {
1464     Erased = 1;
1465     FnTree.erase(found);
1466   }
1467
1468   if (Erased) {
1469     DEBUG(dbgs() << "Removed " << F->getName()
1470                  << " from set and deferred it.\n");
1471     Deferred.push_back(F);
1472   }
1473 }
1474
1475 // For each instruction used by the value, remove() the function that contains
1476 // the instruction. This should happen right before a call to RAUW.
1477 void MergeFunctions::removeUsers(Value *V) {
1478   std::vector<Value *> Worklist;
1479   Worklist.push_back(V);
1480   while (!Worklist.empty()) {
1481     Value *V = Worklist.back();
1482     Worklist.pop_back();
1483
1484     for (User *U : V->users()) {
1485       if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(U)) {
1486         remove(I->getParent()->getParent());
1487       } else if (isa<GlobalValue>(U)) {
1488         // do nothing
1489       } else if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(U)) {
1490         for (User *UU : C->users())
1491           Worklist.push_back(UU);
1492       }
1493     }
1494   }
1495 }