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 // A hash is computed from the function, based on its type and number of
  13 // basic blocks.
  14 //
  15 // Once all hashes are computed, we perform an expensive equality comparison
  16 // on each function pair. This takes n^2/2 comparisons per bucket, so it's
  17 // important that the hash function be high quality. The equality comparison
  18 // iterates through each instruction in each basic block.
  19 //
  20 // When a match is found the functions are folded. If both functions are
  21 // overridable, we move the functionality into a new internal function and
  22 // leave two overridable thunks to it.
  23 //
  24 //===----------------------------------------------------------------------===//
  25 //
  26 // Future work:
  27 //
  28 // * virtual functions.
  29 //
  30 // Many functions have their address taken by the virtual function table for
  31 // the object they belong to. However, as long as it's only used for a lookup
  32 // and call, this is irrelevant, and we'd like to fold such functions.
  33 //
  34 // * switch from n^2 pair-wise comparisons to an n-way comparison for each
  35 // bucket.
  36 //
  37 // * be smarter about bitcasts.
  38 //
  39 // In order to fold functions, we will sometimes add either bitcast instructions
  40 // or bitcast constant expressions. Unfortunately, this can confound further
  41 // analysis since the two functions differ where one has a bitcast and the
  42 // other doesn't. We should learn to look through bitcasts.
  43 //
  44 //===----------------------------------------------------------------------===//
  45
  46 #define DEBUG_TYPE "mergefunc"
  47 #include "llvm/Transforms/IPO.h"
  48 #include "llvm/Constants.h"
  49 #include "llvm/IRBuilder.h"
  50 #include "llvm/InlineAsm.h"
  51 #include "llvm/Instructions.h"
  52 #include "llvm/LLVMContext.h"
  53 #include "llvm/Module.h"
  54 #include "llvm/Operator.h"
  55 #include "llvm/Pass.h"
  56 #include "llvm/ADT/DenseSet.h"
  57 #include "llvm/ADT/FoldingSet.h"
  58 #include "llvm/ADT/STLExtras.h"
  59 #include "llvm/ADT/SmallSet.h"
  60 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
  61 #include "llvm/Support/CallSite.h"
  62 #include "llvm/Support/Debug.h"
  63 #include "llvm/Support/ErrorHandling.h"
  64 #include "llvm/Support/ValueHandle.h"
  65 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
  66 #include "llvm/DataLayout.h"
  67 #include <vector>
  68 using namespace llvm;
  69
  70 STATISTIC(NumFunctionsMerged, "Number of functions merged");
  71 STATISTIC(NumThunksWritten, "Number of thunks generated");
  72 STATISTIC(NumAliasesWritten, "Number of aliases generated");
  73 STATISTIC(NumDoubleWeak, "Number of new functions created");
  74
  75 /// Creates a hash-code for the function which is the same for any two
  76 /// functions that will compare equal, without looking at the instructions
  77 /// inside the function.
  78 static unsigned profileFunction(const Function *F) {
  79   FunctionType *FTy = F->getFunctionType();
  80
  81   FoldingSetNodeID ID;
  82   ID.AddInteger(F->size());
  83   ID.AddInteger(F->getCallingConv());
  84   ID.AddBoolean(F->hasGC());
  85   ID.AddBoolean(FTy->isVarArg());
  86   ID.AddInteger(FTy->getReturnType()->getTypeID());
  87   for (unsigned i = 0, e = FTy->getNumParams(); i != e; ++i)
  88     ID.AddInteger(FTy->getParamType(i)->getTypeID());
  89   return ID.ComputeHash();
  90 }
  91
  92 namespace {
  93
  94 /// ComparableFunction - A struct that pairs together functions with a
  95 /// DataLayout so that we can keep them together as elements in the DenseSet.
  96 class ComparableFunction {
  97 public:
  98   static const ComparableFunction EmptyKey;
  99   static const ComparableFunction TombstoneKey;
 100   static DataLayout * const LookupOnly;
 101
 102   ComparableFunction(Function *Func, DataLayout *TD)
 103     : Func(Func), Hash(profileFunction(Func)), TD(TD) {}
 104
 105   Function *getFunc() const { return Func; }
 106   unsigned getHash() const { return Hash; }
 107   DataLayout *getTD() const { return TD; }
 108
 109   // Drops AssertingVH reference to the function. Outside of debug mode, this
 110   // does nothing.
 111   void release() {
 112     assert(Func &&
 113            "Attempted to release function twice, or release empty/tombstone!");
 114     Func = NULL;
 115   }
 116
 117 private:
 118   explicit ComparableFunction(unsigned Hash)
 119     : Func(NULL), Hash(Hash), TD(NULL) {}
 120
 121   AssertingVH<Function> Func;
 122   unsigned Hash;
 123   DataLayout *TD;
 124 };
 125
 126 const ComparableFunction ComparableFunction::EmptyKey = ComparableFunction(0);
 127 const ComparableFunction ComparableFunction::TombstoneKey =
 128     ComparableFunction(1);
 129 DataLayout *const ComparableFunction::LookupOnly = (DataLayout*)(-1);
 130
 131 }
 132
 133 namespace llvm {
 134   template <>
 135   struct DenseMapInfo<ComparableFunction> {
 136     static ComparableFunction getEmptyKey() {
 137       return ComparableFunction::EmptyKey;
 138     }
 139     static ComparableFunction getTombstoneKey() {
 140       return ComparableFunction::TombstoneKey;
 141     }
 142     static unsigned getHashValue(const ComparableFunction &CF) {
 143       return CF.getHash();
 144     }
 145     static bool isEqual(const ComparableFunction &LHS,
 146                         const ComparableFunction &RHS);
 147   };
 148 }
 149
 150 namespace {
 151
 152 /// FunctionComparator - Compares two functions to determine whether or not
 153 /// they will generate machine code with the same behaviour. DataLayout is
 154 /// used if available. The comparator always fails conservatively (erring on the
 155 /// side of claiming that two functions are different).
 156 class FunctionComparator {
 157 public:
 158   FunctionComparator(const DataLayout *TD, const Function *F1,
 159                      const Function *F2)
 160     : F1(F1), F2(F2), TD(TD) {}
 161
 162   /// Test whether the two functions have equivalent behaviour.
 163   bool compare();
 164
 165 private:
 166   /// Test whether two basic blocks have equivalent behaviour.
 167   bool compare(const BasicBlock *BB1, const BasicBlock *BB2);
 168
 169   /// Assign or look up previously assigned numbers for the two values, and
 170   /// return whether the numbers are equal. Numbers are assigned in the order
 171   /// visited.
 172   bool enumerate(const Value *V1, const Value *V2);
 173
 174   /// Compare two Instructions for equivalence, similar to
 175   /// Instruction::isSameOperationAs but with modifications to the type
 176   /// comparison.
 177   bool isEquivalentOperation(const Instruction *I1,
 178                              const Instruction *I2) const;
 179
 180   /// Compare two GEPs for equivalent pointer arithmetic.
 181   bool isEquivalentGEP(const GEPOperator *GEP1, const GEPOperator *GEP2);
 182   bool isEquivalentGEP(const GetElementPtrInst *GEP1,
 183                        const GetElementPtrInst *GEP2) {
 184     return isEquivalentGEP(cast<GEPOperator>(GEP1), cast<GEPOperator>(GEP2));
 185   }
 186
 187   /// Compare two Types, treating all pointer types as equal.
 188   bool isEquivalentType(Type *Ty1, Type *Ty2) const;
 189
 190   // The two functions undergoing comparison.
 191   const Function *F1, *F2;
 192
 193   const DataLayout *TD;
 194
 195   DenseMap<const Value *, const Value *> id_map;
 196   DenseSet<const Value *> seen_values;
 197 };
 198
 199 }
 200
 201 // Any two pointers in the same address space are equivalent, intptr_t and
 202 // pointers are equivalent. Otherwise, standard type equivalence rules apply.
 203 bool FunctionComparator::isEquivalentType(Type *Ty1,
 204                                           Type *Ty2) const {
 205   if (Ty1 == Ty2)
 206     return true;
 207   if (Ty1->getTypeID() != Ty2->getTypeID()) {
 208     if (TD) {
 209       if (isa<PointerType>(Ty1) && Ty2 == TD->getIntPtrType(Ty1)) return true;
 210       if (isa<PointerType>(Ty2) && Ty1 == TD->getIntPtrType(Ty2)) return true;
 211     }
 212     return false;
 213   }
 214
 215   switch (Ty1->getTypeID()) {
 216   default:
 217     llvm_unreachable("Unknown type!");
 218     // Fall through in Release mode.
 219   case Type::IntegerTyID:
 220   case Type::VectorTyID:
 221     // Ty1 == Ty2 would have returned true earlier.
 222     return false;
 223
 224   case Type::VoidTyID:
 225   case Type::FloatTyID:
 226   case Type::DoubleTyID:
 227   case Type::X86_FP80TyID:
 228   case Type::FP128TyID:
 229   case Type::PPC_FP128TyID:
 230   case Type::LabelTyID:
 231   case Type::MetadataTyID:
 232     return true;
 233
 234   case Type::PointerTyID: {
 235     PointerType *PTy1 = cast<PointerType>(Ty1);
 236     PointerType *PTy2 = cast<PointerType>(Ty2);
 237     return PTy1->getAddressSpace() == PTy2->getAddressSpace();
 238   }
 239
 240   case Type::StructTyID: {
 241     StructType *STy1 = cast<StructType>(Ty1);
 242     StructType *STy2 = cast<StructType>(Ty2);
 243     if (STy1->getNumElements() != STy2->getNumElements())
 244       return false;
 245
 246     if (STy1->isPacked() != STy2->isPacked())
 247       return false;
 248
 249     for (unsigned i = 0, e = STy1->getNumElements(); i != e; ++i) {
 250       if (!isEquivalentType(STy1->getElementType(i), STy2->getElementType(i)))
 251         return false;
 252     }
 253     return true;
 254   }
 255
 256   case Type::FunctionTyID: {
 257     FunctionType *FTy1 = cast<FunctionType>(Ty1);
 258     FunctionType *FTy2 = cast<FunctionType>(Ty2);
 259     if (FTy1->getNumParams() != FTy2->getNumParams() ||
 260         FTy1->isVarArg() != FTy2->isVarArg())
 261       return false;
 262
 263     if (!isEquivalentType(FTy1->getReturnType(), FTy2->getReturnType()))
 264       return false;
 265
 266     for (unsigned i = 0, e = FTy1->getNumParams(); i != e; ++i) {
 267       if (!isEquivalentType(FTy1->getParamType(i), FTy2->getParamType(i)))
 268         return false;
 269     }
 270     return true;
 271   }
 272
 273   case Type::ArrayTyID: {
 274     ArrayType *ATy1 = cast<ArrayType>(Ty1);
 275     ArrayType *ATy2 = cast<ArrayType>(Ty2);
 276     return ATy1->getNumElements() == ATy2->getNumElements() &&
 277            isEquivalentType(ATy1->getElementType(), ATy2->getElementType());
 278   }
 279   }
 280 }
 281
 282 // Determine whether the two operations are the same except that pointer-to-A
 283 // and pointer-to-B are equivalent. This should be kept in sync with
 284 // Instruction::isSameOperationAs.
 285 bool FunctionComparator::isEquivalentOperation(const Instruction *I1,
 286                                                const Instruction *I2) const {
 287   // Differences from Instruction::isSameOperationAs:
 288   //  * replace type comparison with calls to isEquivalentType.
 289   //  * we test for I->hasSameSubclassOptionalData (nuw/nsw/tail) at the top
 290   //  * because of the above, we don't test for the tail bit on calls later on
 291   if (I1->getOpcode() != I2->getOpcode() ||
 292       I1->getNumOperands() != I2->getNumOperands() ||
 293       !isEquivalentType(I1->getType(), I2->getType()) ||
 294       !I1->hasSameSubclassOptionalData(I2))
 295     return false;
 296
 297   // We have two instructions of identical opcode and #operands.  Check to see
 298   // if all operands are the same type
 299   for (unsigned i = 0, e = I1->getNumOperands(); i != e; ++i)
 300     if (!isEquivalentType(I1->getOperand(i)->getType(),
 301                           I2->getOperand(i)->getType()))
 302       return false;
 303
 304   // Check special state that is a part of some instructions.
 305   if (const LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I1))
 306     return LI->isVolatile() == cast<LoadInst>(I2)->isVolatile() &&
 307            LI->getAlignment() == cast<LoadInst>(I2)->getAlignment() &&
 308            LI->getOrdering() == cast<LoadInst>(I2)->getOrdering() &&
 309            LI->getSynchScope() == cast<LoadInst>(I2)->getSynchScope();
 310   if (const StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(I1))
 311     return SI->isVolatile() == cast<StoreInst>(I2)->isVolatile() &&
 312            SI->getAlignment() == cast<StoreInst>(I2)->getAlignment() &&
 313            SI->getOrdering() == cast<StoreInst>(I2)->getOrdering() &&
 314            SI->getSynchScope() == cast<StoreInst>(I2)->getSynchScope();
 315   if (const CmpInst *CI = dyn_cast<CmpInst>(I1))
 316     return CI->getPredicate() == cast<CmpInst>(I2)->getPredicate();
 317   if (const CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(I1))
 318     return CI->getCallingConv() == cast<CallInst>(I2)->getCallingConv() &&
 319            CI->getAttributes() == cast<CallInst>(I2)->getAttributes();
 320   if (const InvokeInst *CI = dyn_cast<InvokeInst>(I1))
 321     return CI->getCallingConv() == cast<InvokeInst>(I2)->getCallingConv() &&
 322            CI->getAttributes() == cast<InvokeInst>(I2)->getAttributes();
 323   if (const InsertValueInst *IVI = dyn_cast<InsertValueInst>(I1))
 324     return IVI->getIndices() == cast<InsertValueInst>(I2)->getIndices();
 325   if (const ExtractValueInst *EVI = dyn_cast<ExtractValueInst>(I1))
 326     return EVI->getIndices() == cast<ExtractValueInst>(I2)->getIndices();
 327   if (const FenceInst *FI = dyn_cast<FenceInst>(I1))
 328     return FI->getOrdering() == cast<FenceInst>(I2)->getOrdering() &&
 329            FI->getSynchScope() == cast<FenceInst>(I2)->getSynchScope();
 330   if (const AtomicCmpXchgInst *CXI = dyn_cast<AtomicCmpXchgInst>(I1))
 331     return CXI->isVolatile() == cast<AtomicCmpXchgInst>(I2)->isVolatile() &&
 332            CXI->getOrdering() == cast<AtomicCmpXchgInst>(I2)->getOrdering() &&
 333            CXI->getSynchScope() == cast<AtomicCmpXchgInst>(I2)->getSynchScope();
 334   if (const AtomicRMWInst *RMWI = dyn_cast<AtomicRMWInst>(I1))
 335     return RMWI->getOperation() == cast<AtomicRMWInst>(I2)->getOperation() &&
 336            RMWI->isVolatile() == cast<AtomicRMWInst>(I2)->isVolatile() &&
 337            RMWI->getOrdering() == cast<AtomicRMWInst>(I2)->getOrdering() &&
 338            RMWI->getSynchScope() == cast<AtomicRMWInst>(I2)->getSynchScope();
 339
 340   return true;
 341 }
 342
 343 // Determine whether two GEP operations perform the same underlying arithmetic.
 344 bool FunctionComparator::isEquivalentGEP(const GEPOperator *GEP1,
 345                                          const GEPOperator *GEP2) {
 346   // When we have target data, we can reduce the GEP down to the value in bytes
 347   // added to the address.
 348   if (TD && GEP1->hasAllConstantIndices() && GEP2->hasAllConstantIndices()) {
 349     SmallVector<Value *, 8> Indices1(GEP1->idx_begin(), GEP1->idx_end());
 350     SmallVector<Value *, 8> Indices2(GEP2->idx_begin(), GEP2->idx_end());
 351     uint64_t Offset1 = TD->getIndexedOffset(GEP1->getPointerOperandType(),
 352                                             Indices1);
 353     uint64_t Offset2 = TD->getIndexedOffset(GEP2->getPointerOperandType(),
 354                                             Indices2);
 355     return Offset1 == Offset2;
 356   }
 357
 358   if (GEP1->getPointerOperand()->getType() !=
 359       GEP2->getPointerOperand()->getType())
 360     return false;
 361
 362   if (GEP1->getNumOperands() != GEP2->getNumOperands())
 363     return false;
 364
 365   for (unsigned i = 0, e = GEP1->getNumOperands(); i != e; ++i) {
 366     if (!enumerate(GEP1->getOperand(i), GEP2->getOperand(i)))
 367       return false;
 368   }
 369
 370   return true;
 371 }
 372
 373 // Compare two values used by the two functions under pair-wise comparison. If
 374 // this is the first time the values are seen, they're added to the mapping so
 375 // that we will detect mismatches on next use.
 376 bool FunctionComparator::enumerate(const Value *V1, const Value *V2) {
 377   // Check for function @f1 referring to itself and function @f2 referring to
 378   // itself, or referring to each other, or both referring to either of them.
 379   // They're all equivalent if the two functions are otherwise equivalent.
 380   if (V1 == F1 && V2 == F2)
 381     return true;
 382   if (V1 == F2 && V2 == F1)
 383     return true;
 384
 385   if (const Constant *C1 = dyn_cast<Constant>(V1)) {
 386     if (V1 == V2) return true;
 387     const Constant *C2 = dyn_cast<Constant>(V2);
 388     if (!C2) return false;
 389     // TODO: constant expressions with GEP or references to F1 or F2.
 390     if (C1->isNullValue() && C2->isNullValue() &&
 391         isEquivalentType(C1->getType(), C2->getType()))
 392       return true;
 393     // Try bitcasting C2 to C1's type. If the bitcast is legal and returns C1
 394     // then they must have equal bit patterns.
 395     return C1->getType()->canLosslesslyBitCastTo(C2->getType()) &&
 396       C1 == ConstantExpr::getBitCast(const_cast<Constant*>(C2), C1->getType());
 397   }
 398
 399   if (isa<InlineAsm>(V1) || isa<InlineAsm>(V2))
 400     return V1 == V2;
 401
 402   // Check that V1 maps to V2. If we find a value that V1 maps to then we simply
 403   // check whether it's equal to V2. When there is no mapping then we need to
 404   // ensure that V2 isn't already equivalent to something else. For this
 405   // purpose, we track the V2 values in a set.
 406
 407   const Value *&map_elem = id_map[V1];
 408   if (map_elem)
 409     return map_elem == V2;
 410   if (!seen_values.insert(V2).second)
 411     return false;
 412   map_elem = V2;
 413   return true;
 414 }
 415
 416 // Test whether two basic blocks have equivalent behaviour.
 417 bool FunctionComparator::compare(const BasicBlock *BB1, const BasicBlock *BB2) {
 418   BasicBlock::const_iterator F1I = BB1->begin(), F1E = BB1->end();
 419   BasicBlock::const_iterator F2I = BB2->begin(), F2E = BB2->end();
 420
 421   do {
 422     if (!enumerate(F1I, F2I))
 423       return false;
 424
 425     if (const GetElementPtrInst *GEP1 = dyn_cast<GetElementPtrInst>(F1I)) {
 426       const GetElementPtrInst *GEP2 = dyn_cast<GetElementPtrInst>(F2I);
 427       if (!GEP2)
 428         return false;
 429
 430       if (!enumerate(GEP1->getPointerOperand(), GEP2->getPointerOperand()))
 431         return false;
 432
 433       if (!isEquivalentGEP(GEP1, GEP2))
 434         return false;
 435     } else {
 436       if (!isEquivalentOperation(F1I, F2I))
 437         return false;
 438
 439       assert(F1I->getNumOperands() == F2I->getNumOperands());
 440       for (unsigned i = 0, e = F1I->getNumOperands(); i != e; ++i) {
 441         Value *OpF1 = F1I->getOperand(i);
 442         Value *OpF2 = F2I->getOperand(i);
 443
 444         if (!enumerate(OpF1, OpF2))
 445           return false;
 446
 447         if (OpF1->getValueID() != OpF2->getValueID() ||
 448             !isEquivalentType(OpF1->getType(), OpF2->getType()))
 449           return false;
 450       }
 451     }
 452
 453     ++F1I, ++F2I;
 454   } while (F1I != F1E && F2I != F2E);
 455
 456   return F1I == F1E && F2I == F2E;
 457 }
 458
 459 // Test whether the two functions have equivalent behaviour.
 460 bool FunctionComparator::compare() {
 461   // We need to recheck everything, but check the things that weren't included
 462   // in the hash first.
 463
 464   if (F1->getAttributes() != F2->getAttributes())
 465     return false;
 466
 467   if (F1->hasGC() != F2->hasGC())
 468     return false;
 469
 470   if (F1->hasGC() && F1->getGC() != F2->getGC())
 471     return false;
 472
 473   if (F1->hasSection() != F2->hasSection())
 474     return false;
 475
 476   if (F1->hasSection() && F1->getSection() != F2->getSection())
 477     return false;
 478
 479   if (F1->isVarArg() != F2->isVarArg())
 480     return false;
 481
 482   // TODO: if it's internal and only used in direct calls, we could handle this
 483   // case too.
 484   if (F1->getCallingConv() != F2->getCallingConv())
 485     return false;
 486
 487   if (!isEquivalentType(F1->getFunctionType(), F2->getFunctionType()))
 488     return false;
 489
 490   assert(F1->arg_size() == F2->arg_size() &&
 491          "Identically typed functions have different numbers of args!");
 492
 493   // Visit the arguments so that they get enumerated in the order they're
 494   // passed in.
 495   for (Function::const_arg_iterator f1i = F1->arg_begin(),
 496          f2i = F2->arg_begin(), f1e = F1->arg_end(); f1i != f1e; ++f1i, ++f2i) {
 497     if (!enumerate(f1i, f2i))
 498       llvm_unreachable("Arguments repeat!");
 499   }
 500
 501   // We do a CFG-ordered walk since the actual ordering of the blocks in the
 502   // linked list is immaterial. Our walk starts at the entry block for both
 503   // functions, then takes each block from each terminator in order. As an
 504   // artifact, this also means that unreachable blocks are ignored.
 505   SmallVector<const BasicBlock *, 8> F1BBs, F2BBs;
 506   SmallSet<const BasicBlock *, 128> VisitedBBs; // in terms of F1.
 507
 508   F1BBs.push_back(&F1->getEntryBlock());
 509   F2BBs.push_back(&F2->getEntryBlock());
 510
 511   VisitedBBs.insert(F1BBs[0]);
 512   while (!F1BBs.empty()) {
 513     const BasicBlock *F1BB = F1BBs.pop_back_val();
 514     const BasicBlock *F2BB = F2BBs.pop_back_val();
 515
 516     if (!enumerate(F1BB, F2BB) || !compare(F1BB, F2BB))
 517       return false;
 518
 519     const TerminatorInst *F1TI = F1BB->getTerminator();
 520     const TerminatorInst *F2TI = F2BB->getTerminator();
 521
 522     assert(F1TI->getNumSuccessors() == F2TI->getNumSuccessors());
 523     for (unsigned i = 0, e = F1TI->getNumSuccessors(); i != e; ++i) {
 524       if (!VisitedBBs.insert(F1TI->getSuccessor(i)))
 525         continue;
 526
 527       F1BBs.push_back(F1TI->getSuccessor(i));
 528       F2BBs.push_back(F2TI->getSuccessor(i));
 529     }
 530   }
 531   return true;
 532 }
 533
 534 namespace {
 535
 536 /// MergeFunctions finds functions which will generate identical machine code,
 537 /// by considering all pointer types to be equivalent. Once identified,
 538 /// MergeFunctions will fold them by replacing a call to one to a call to a
 539 /// bitcast of the other.
 540 ///
 541 class MergeFunctions : public ModulePass {
 542 public:
 543   static char ID;
 544   MergeFunctions()
 545     : ModulePass(ID), HasGlobalAliases(false) {
 546     initializeMergeFunctionsPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
 547   }
 548
 549   bool runOnModule(Module &M);
 550
 551 private:
 552   typedef DenseSet<ComparableFunction> FnSetType;
 553
 554   /// A work queue of functions that may have been modified and should be
 555   /// analyzed again.
 556   std::vector<WeakVH> Deferred;
 557
 558   /// Insert a ComparableFunction into the FnSet, or merge it away if it's
 559   /// equal to one that's already present.
 560   bool insert(ComparableFunction &NewF);
 561
 562   /// Remove a Function from the FnSet and queue it up for a second sweep of
 563   /// analysis.
 564   void remove(Function *F);
 565
 566   /// Find the functions that use this Value and remove them from FnSet and
 567   /// queue the functions.
 568   void removeUsers(Value *V);
 569
 570   /// Replace all direct calls of Old with calls of New. Will bitcast New if
 571   /// necessary to make types match.
 572   void replaceDirectCallers(Function *Old, Function *New);
 573
 574   /// Merge two equivalent functions. Upon completion, G may be deleted, or may
 575   /// be converted into a thunk. In either case, it should never be visited
 576   /// again.
 577   void mergeTwoFunctions(Function *F, Function *G);
 578
 579   /// Replace G with a thunk or an alias to F. Deletes G.
 580   void writeThunkOrAlias(Function *F, Function *G);
 581
 582   /// Replace G with a simple tail call to bitcast(F). Also replace direct uses
 583   /// of G with bitcast(F). Deletes G.
 584   void writeThunk(Function *F, Function *G);
 585
 586   /// Replace G with an alias to F. Deletes G.
 587   void writeAlias(Function *F, Function *G);
 588
 589   /// The set of all distinct functions. Use the insert() and remove() methods
 590   /// to modify it.
 591   FnSetType FnSet;
 592
 593   /// DataLayout for more accurate GEP comparisons. May be NULL.
 594   DataLayout *TD;
 595
 596   /// Whether or not the target supports global aliases.
 597   bool HasGlobalAliases;
 598 };
 599
 600 }  // end anonymous namespace
 601
 602 char MergeFunctions::ID = 0;
 603 INITIALIZE_PASS(MergeFunctions, "mergefunc", "Merge Functions", false, false)
 604
 605 ModulePass *llvm::createMergeFunctionsPass() {
 606   return new MergeFunctions();
 607 }
 608
 609 bool MergeFunctions::runOnModule(Module &M) {
 610   bool Changed = false;
 611   TD = getAnalysisIfAvailable<DataLayout>();
 612
 613   for (Module::iterator I = M.begin(), E = M.end(); I != E; ++I) {
 614     if (!I->isDeclaration() && !I->hasAvailableExternallyLinkage())
 615       Deferred.push_back(WeakVH(I));
 616   }
 617   FnSet.resize(Deferred.size());
 618
 619   do {
 620     std::vector<WeakVH> Worklist;
 621     Deferred.swap(Worklist);
 622
 623     DEBUG(dbgs() << "size of module: " << M.size() << '\n');
 624     DEBUG(dbgs() << "size of worklist: " << Worklist.size() << '\n');
 625
 626     // Insert only strong functions and merge them. Strong function merging
 627     // always deletes one of them.
 628     for (std::vector<WeakVH>::iterator I = Worklist.begin(),
 629            E = Worklist.end(); I != E; ++I) {
 630       if (!*I) continue;
 631       Function *F = cast<Function>(*I);
 632       if (!F->isDeclaration() && !F->hasAvailableExternallyLinkage() &&
 633           !F->mayBeOverridden()) {
 634         ComparableFunction CF = ComparableFunction(F, TD);
 635         Changed |= insert(CF);
 636       }
 637     }
 638
 639     // Insert only weak functions and merge them. By doing these second we
 640     // create thunks to the strong function when possible. When two weak
 641     // functions are identical, we create a new strong function with two weak
 642     // weak thunks to it which are identical but not mergable.
 643     for (std::vector<WeakVH>::iterator I = Worklist.begin(),
 644            E = Worklist.end(); I != E; ++I) {
 645       if (!*I) continue;
 646       Function *F = cast<Function>(*I);
 647       if (!F->isDeclaration() && !F->hasAvailableExternallyLinkage() &&
 648           F->mayBeOverridden()) {
 649         ComparableFunction CF = ComparableFunction(F, TD);
 650         Changed |= insert(CF);
 651       }
 652     }
 653     DEBUG(dbgs() << "size of FnSet: " << FnSet.size() << '\n');
 654   } while (!Deferred.empty());
 655
 656   FnSet.clear();
 657
 658   return Changed;
 659 }
 660
 661 bool DenseMapInfo<ComparableFunction>::isEqual(const ComparableFunction &LHS,
 662                                                const ComparableFunction &RHS) {
 663   if (LHS.getFunc() == RHS.getFunc() &&
 664       LHS.getHash() == RHS.getHash())
 665     return true;
 666   if (!LHS.getFunc() || !RHS.getFunc())
 667     return false;
 668
 669   // One of these is a special "underlying pointer comparison only" object.
 670   if (LHS.getTD() == ComparableFunction::LookupOnly ||
 671       RHS.getTD() == ComparableFunction::LookupOnly)
 672     return false;
 673
 674   assert(LHS.getTD() == RHS.getTD() &&
 675          "Comparing functions for different targets");
 676
 677   return FunctionComparator(LHS.getTD(), LHS.getFunc(),
 678                             RHS.getFunc()).compare();
 679 }
 680
 681 // Replace direct callers of Old with New.
 682 void MergeFunctions::replaceDirectCallers(Function *Old, Function *New) {
 683   Constant *BitcastNew = ConstantExpr::getBitCast(New, Old->getType());
 684   for (Value::use_iterator UI = Old->use_begin(), UE = Old->use_end();
 685        UI != UE;) {
 686     Value::use_iterator TheIter = UI;
 687     ++UI;
 688     CallSite CS(*TheIter);
 689     if (CS && CS.isCallee(TheIter)) {
 690       remove(CS.getInstruction()->getParent()->getParent());
 691       TheIter.getUse().set(BitcastNew);
 692     }
 693   }
 694 }
 695
 696 // Replace G with an alias to F if possible, or else a thunk to F. Deletes G.
 697 void MergeFunctions::writeThunkOrAlias(Function *F, Function *G) {
 698   if (HasGlobalAliases && G->hasUnnamedAddr()) {
 699     if (G->hasExternalLinkage() || G->hasLocalLinkage() ||
 700         G->hasWeakLinkage()) {
 701       writeAlias(F, G);
 702       return;
 703     }
 704   }
 705
 706   writeThunk(F, G);
 707 }
 708
 709 // Replace G with a simple tail call to bitcast(F). Also replace direct uses
 710 // of G with bitcast(F). Deletes G.
 711 void MergeFunctions::writeThunk(Function *F, Function *G) {
 712   if (!G->mayBeOverridden()) {
 713     // Redirect direct callers of G to F.
 714     replaceDirectCallers(G, F);
 715   }
 716
 717   // If G was internal then we may have replaced all uses of G with F. If so,
 718   // stop here and delete G. There's no need for a thunk.
 719   if (G->hasLocalLinkage() && G->use_empty()) {
 720     G->eraseFromParent();
 721     return;
 722   }
 723
 724   Function *NewG = Function::Create(G->getFunctionType(), G->getLinkage(), "",
 725                                     G->getParent());
 726   BasicBlock *BB = BasicBlock::Create(F->getContext(), "", NewG);
 727   IRBuilder<false> Builder(BB);
 728
 729   SmallVector<Value *, 16> Args;
 730   unsigned i = 0;
 731   FunctionType *FFTy = F->getFunctionType();
 732   for (Function::arg_iterator AI = NewG->arg_begin(), AE = NewG->arg_end();
 733        AI != AE; ++AI) {
 734     Args.push_back(Builder.CreateBitCast(AI, FFTy->getParamType(i)));
 735     ++i;
 736   }
 737
 738   CallInst *CI = Builder.CreateCall(F, Args);
 739   CI->setTailCall();
 740   CI->setCallingConv(F->getCallingConv());
 741   if (NewG->getReturnType()->isVoidTy()) {
 742     Builder.CreateRetVoid();
 743   } else {
 744     Builder.CreateRet(Builder.CreateBitCast(CI, NewG->getReturnType()));
 745   }
 746
 747   NewG->copyAttributesFrom(G);
 748   NewG->takeName(G);
 749   removeUsers(G);
 750   G->replaceAllUsesWith(NewG);
 751   G->eraseFromParent();
 752
 753   DEBUG(dbgs() << "writeThunk: " << NewG->getName() << '\n');
 754   ++NumThunksWritten;
 755 }
 756
 757 // Replace G with an alias to F and delete G.
 758 void MergeFunctions::writeAlias(Function *F, Function *G) {
 759   Constant *BitcastF = ConstantExpr::getBitCast(F, G->getType());
 760   GlobalAlias *GA = new GlobalAlias(G->getType(), G->getLinkage(), "",
 761                                     BitcastF, G->getParent());
 762   F->setAlignment(std::max(F->getAlignment(), G->getAlignment()));
 763   GA->takeName(G);
 764   GA->setVisibility(G->getVisibility());
 765   removeUsers(G);
 766   G->replaceAllUsesWith(GA);
 767   G->eraseFromParent();
 768
 769   DEBUG(dbgs() << "writeAlias: " << GA->getName() << '\n');
 770   ++NumAliasesWritten;
 771 }
 772
 773 // Merge two equivalent functions. Upon completion, Function G is deleted.
 774 void MergeFunctions::mergeTwoFunctions(Function *F, Function *G) {
 775   if (F->mayBeOverridden()) {
 776     assert(G->mayBeOverridden());
 777
 778     if (HasGlobalAliases) {
 779       // Make them both thunks to the same internal function.
 780       Function *H = Function::Create(F->getFunctionType(), F->getLinkage(), "",
 781                                      F->getParent());
 782       H->copyAttributesFrom(F);
 783       H->takeName(F);
 784       removeUsers(F);
 785       F->replaceAllUsesWith(H);
 786
 787       unsigned MaxAlignment = std::max(G->getAlignment(), H->getAlignment());
 788
 789       writeAlias(F, G);
 790       writeAlias(F, H);
 791
 792       F->setAlignment(MaxAlignment);
 793       F->setLinkage(GlobalValue::PrivateLinkage);
 794     } else {
 795       // We can't merge them. Instead, pick one and update all direct callers
 796       // to call it and hope that we improve the instruction cache hit rate.
 797       replaceDirectCallers(G, F);
 798     }
 799
 800     ++NumDoubleWeak;
 801   } else {
 802     writeThunkOrAlias(F, G);
 803   }
 804
 805   ++NumFunctionsMerged;
 806 }
 807
 808 // Insert a ComparableFunction into the FnSet, or merge it away if equal to one
 809 // that was already inserted.
 810 bool MergeFunctions::insert(ComparableFunction &NewF) {
 811   std::pair<FnSetType::iterator, bool> Result = FnSet.insert(NewF);
 812   if (Result.second) {
 813     DEBUG(dbgs() << "Inserting as unique: " << NewF.getFunc()->getName() << '\n');
 814     return false;
 815   }
 816
 817   const ComparableFunction &OldF = *Result.first;
 818
 819   // Never thunk a strong function to a weak function.
 820   assert(!OldF.getFunc()->mayBeOverridden() ||
 821          NewF.getFunc()->mayBeOverridden());
 822
 823   DEBUG(dbgs() << "  " << OldF.getFunc()->getName() << " == "
 824                << NewF.getFunc()->getName() << '\n');
 825
 826   Function *DeleteF = NewF.getFunc();
 827   NewF.release();
 828   mergeTwoFunctions(OldF.getFunc(), DeleteF);
 829   return true;
 830 }
 831
 832 // Remove a function from FnSet. If it was already in FnSet, add it to Deferred
 833 // so that we'll look at it in the next round.
 834 void MergeFunctions::remove(Function *F) {
 835   // We need to make sure we remove F, not a function "equal" to F per the
 836   // function equality comparator.
 837   //
 838   // The special "lookup only" ComparableFunction bypasses the expensive
 839   // function comparison in favour of a pointer comparison on the underlying
 840   // Function*'s.
 841   ComparableFunction CF = ComparableFunction(F, ComparableFunction::LookupOnly);
 842   if (FnSet.erase(CF)) {
 843     DEBUG(dbgs() << "Removed " << F->getName() << " from set and deferred it.\n");
 844     Deferred.push_back(F);
 845   }
 846 }
 847
 848 // For each instruction used by the value, remove() the function that contains
 849 // the instruction. This should happen right before a call to RAUW.
 850 void MergeFunctions::removeUsers(Value *V) {
 851   std::vector<Value *> Worklist;
 852   Worklist.push_back(V);
 853   while (!Worklist.empty()) {
 854     Value *V = Worklist.back();
 855     Worklist.pop_back();
 856
 857     for (Value::use_iterator UI = V->use_begin(), UE = V->use_end();
 858          UI != UE; ++UI) {
 859       Use &U = UI.getUse();
 860       if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(U.getUser())) {
 861         remove(I->getParent()->getParent());
 862       } else if (isa<GlobalValue>(U.getUser())) {
 863         // do nothing
 864       } else if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(U.getUser())) {
 865         for (Value::use_iterator CUI = C->use_begin(), CUE = C->use_end();
 866              CUI != CUE; ++CUI)
 867           Worklist.push_back(*CUI);
 868       }
 869     }
 870   }
 871 }