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