lib/Transforms/IPO/StructRetPromotion.cpp

   1 //===-- StructRetPromotion.cpp - Promote sret arguments ------------------===//
   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 finds functions that return a struct (using a pointer to the struct
  11 // as the first argument of the function, marked with the 'sret' attribute) and
  12 // replaces them with a new function that simply returns each of the elements of
  13 // that struct (using multiple return values).
  14 //
  15 // This pass works under a number of conditions:
  16 //  1. The returned struct must not contain other structs
  17 //  2. The returned struct must only be used to load values from
  18 //  3. The placeholder struct passed in is the result of an alloca
  19 //
  20 //===----------------------------------------------------------------------===//
  21
  22 #define DEBUG_TYPE "sretpromotion"
  23 #include "llvm/Transforms/IPO.h"
  24 #include "llvm/Constants.h"
  25 #include "llvm/DerivedTypes.h"
  26 #include "llvm/LLVMContext.h"
  27 #include "llvm/Module.h"
  28 #include "llvm/CallGraphSCCPass.h"
  29 #include "llvm/Instructions.h"
  30 #include "llvm/Analysis/CallGraph.h"
  31 #include "llvm/Support/CallSite.h"
  32 #include "llvm/Support/CFG.h"
  33 #include "llvm/Support/Debug.h"
  34 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
  35 #include "llvm/ADT/SmallVector.h"
  36 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
  37 #include "llvm/Support/Compiler.h"
  38 using namespace llvm;
  39
  40 STATISTIC(NumRejectedSRETUses , "Number of sret rejected due to unexpected uses");
  41 STATISTIC(NumSRET , "Number of sret promoted");
  42 namespace {
  43   /// SRETPromotion - This pass removes sret parameter and updates
  44   /// function to use multiple return value.
  45   ///
  46   struct VISIBILITY_HIDDEN SRETPromotion : public CallGraphSCCPass {
  47     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
  48       CallGraphSCCPass::getAnalysisUsage(AU);
  49     }
  50
  51     virtual bool runOnSCC(const std::vector<CallGraphNode *> &SCC);
  52     static char ID; // Pass identification, replacement for typeid
  53     SRETPromotion() : CallGraphSCCPass(&ID) {}
  54
  55   private:
  56     bool PromoteReturn(CallGraphNode *CGN);
  57     bool isSafeToUpdateAllCallers(Function *F);
  58     Function *cloneFunctionBody(Function *F, const StructType *STy);
  59     void updateCallSites(Function *F, Function *NF);
  60     bool nestedStructType(const StructType *STy);
  61   };
  62 }
  63
  64 char SRETPromotion::ID = 0;
  65 static RegisterPass<SRETPromotion>
  66 X("sretpromotion", "Promote sret arguments to multiple ret values");
  67
  68 Pass *llvm::createStructRetPromotionPass() {
  69   return new SRETPromotion();
  70 }
  71
  72 bool SRETPromotion::runOnSCC(const std::vector<CallGraphNode *> &SCC) {
  73   bool Changed = false;
  74
  75   for (unsigned i = 0, e = SCC.size(); i != e; ++i)
  76     Changed |= PromoteReturn(SCC[i]);
  77
  78   return Changed;
  79 }
  80
  81 /// PromoteReturn - This method promotes function that uses StructRet paramater
  82 /// into a function that uses mulitple return value.
  83 bool SRETPromotion::PromoteReturn(CallGraphNode *CGN) {
  84   Function *F = CGN->getFunction();
  85
  86   if (!F || F->isDeclaration() || !F->hasLocalLinkage())
  87     return false;
  88
  89   // Make sure that function returns struct.
  90   if (F->arg_size() == 0 || !F->hasStructRetAttr() || F->doesNotReturn())
  91     return false;
  92
  93   DOUT << "SretPromotion: Looking at sret function " << F->getNameStart() << "\n";
  94
  95   assert (F->getReturnType() == Type::VoidTy && "Invalid function return type");
  96   Function::arg_iterator AI = F->arg_begin();
  97   const llvm::PointerType *FArgType = dyn_cast<PointerType>(AI->getType());
  98   assert (FArgType && "Invalid sret parameter type");
  99   const llvm::StructType *STy =
 100     dyn_cast<StructType>(FArgType->getElementType());
 101   assert (STy && "Invalid sret parameter element type");
 102
 103   // Check if it is ok to perform this promotion.
 104   if (isSafeToUpdateAllCallers(F) == false) {
 105     DOUT << "SretPromotion: Not all callers can be updated\n";
 106     NumRejectedSRETUses++;
 107     return false;
 108   }
 109
 110   DOUT << "SretPromotion: sret argument will be promoted\n";
 111   NumSRET++;
 112   // [1] Replace use of sret parameter
 113   AllocaInst *TheAlloca = new AllocaInst(STy, NULL, "mrv",
 114                                          F->getEntryBlock().begin());
 115   Value *NFirstArg = F->arg_begin();
 116   NFirstArg->replaceAllUsesWith(TheAlloca);
 117
 118   // [2] Find and replace ret instructions
 119   for (Function::iterator FI = F->begin(), FE = F->end();  FI != FE; ++FI)
 120     for(BasicBlock::iterator BI = FI->begin(), BE = FI->end(); BI != BE; ) {
 121       Instruction *I = BI;
 122       ++BI;
 123       if (isa<ReturnInst>(I)) {
 124         Value *NV = new LoadInst(TheAlloca, "mrv.ld", I);
 125         ReturnInst *NR = ReturnInst::Create(NV, I);
 126         I->replaceAllUsesWith(NR);
 127         I->eraseFromParent();
 128       }
 129     }
 130
 131   // [3] Create the new function body and insert it into the module.
 132   Function *NF = cloneFunctionBody(F, STy);
 133
 134   // [4] Update all call sites to use new function
 135   updateCallSites(F, NF);
 136
 137   F->eraseFromParent();
 138   getAnalysis<CallGraph>().changeFunction(F, NF);
 139   return true;
 140 }
 141
 142 // Check if it is ok to perform this promotion.
 143 bool SRETPromotion::isSafeToUpdateAllCallers(Function *F) {
 144
 145   if (F->use_empty())
 146     // No users. OK to modify signature.
 147     return true;
 148
 149   for (Value::use_iterator FnUseI = F->use_begin(), FnUseE = F->use_end();
 150        FnUseI != FnUseE; ++FnUseI) {
 151     // The function is passed in as an argument to (possibly) another function,
 152     // we can't change it!
 153     CallSite CS = CallSite::get(*FnUseI);
 154     Instruction *Call = CS.getInstruction();
 155     // The function is used by something else than a call or invoke instruction,
 156     // we can't change it!
 157     if (!Call || !CS.isCallee(FnUseI))
 158       return false;
 159     CallSite::arg_iterator AI = CS.arg_begin();
 160     Value *FirstArg = *AI;
 161
 162     if (!isa<AllocaInst>(FirstArg))
 163       return false;
 164
 165     // Check FirstArg's users.
 166     for (Value::use_iterator ArgI = FirstArg->use_begin(),
 167            ArgE = FirstArg->use_end(); ArgI != ArgE; ++ArgI) {
 168
 169       // If FirstArg user is a CallInst that does not correspond to current
 170       // call site then this function F is not suitable for sret promotion.
 171       if (CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(ArgI)) {
 172         if (CI != Call)
 173           return false;
 174       }
 175       // If FirstArg user is a GEP whose all users are not LoadInst then
 176       // this function F is not suitable for sret promotion.
 177       else if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(ArgI)) {
 178         // TODO : Use dom info and insert PHINodes to collect get results
 179         // from multiple call sites for this GEP.
 180         if (GEP->getParent() != Call->getParent())
 181           return false;
 182         for (Value::use_iterator GEPI = GEP->use_begin(), GEPE = GEP->use_end();
 183              GEPI != GEPE; ++GEPI)
 184           if (!isa<LoadInst>(GEPI))
 185             return false;
 186       }
 187       // Any other FirstArg users make this function unsuitable for sret
 188       // promotion.
 189       else
 190         return false;
 191     }
 192   }
 193
 194   return true;
 195 }
 196
 197 /// cloneFunctionBody - Create a new function based on F and
 198 /// insert it into module. Remove first argument. Use STy as
 199 /// the return type for new function.
 200 Function *SRETPromotion::cloneFunctionBody(Function *F,
 201                                            const StructType *STy) {
 202
 203   const FunctionType *FTy = F->getFunctionType();
 204   std::vector<const Type*> Params;
 205
 206   // Attributes - Keep track of the parameter attributes for the arguments.
 207   SmallVector<AttributeWithIndex, 8> AttributesVec;
 208   const AttrListPtr &PAL = F->getAttributes();
 209
 210   // Add any return attributes.
 211   if (Attributes attrs = PAL.getRetAttributes())
 212     AttributesVec.push_back(AttributeWithIndex::get(0, attrs));
 213
 214   // Skip first argument.
 215   Function::arg_iterator I = F->arg_begin(), E = F->arg_end();
 216   ++I;
 217   // 0th parameter attribute is reserved for return type.
 218   // 1th parameter attribute is for first 1st sret argument.
 219   unsigned ParamIndex = 2;
 220   while (I != E) {
 221     Params.push_back(I->getType());
 222     if (Attributes Attrs = PAL.getParamAttributes(ParamIndex))
 223       AttributesVec.push_back(AttributeWithIndex::get(ParamIndex - 1, Attrs));
 224     ++I;
 225     ++ParamIndex;
 226   }
 227
 228   // Add any fn attributes.
 229   if (Attributes attrs = PAL.getFnAttributes())
 230     AttributesVec.push_back(AttributeWithIndex::get(~0, attrs));
 231
 232
 233   FunctionType *NFTy = Context->getFunctionType(STy, Params, FTy->isVarArg());
 234   Function *NF = Function::Create(NFTy, F->getLinkage());
 235   NF->takeName(F);
 236   NF->copyAttributesFrom(F);
 237   NF->setAttributes(AttrListPtr::get(AttributesVec.begin(), AttributesVec.end()));
 238   F->getParent()->getFunctionList().insert(F, NF);
 239   NF->getBasicBlockList().splice(NF->begin(), F->getBasicBlockList());
 240
 241   // Replace arguments
 242   I = F->arg_begin();
 243   E = F->arg_end();
 244   Function::arg_iterator NI = NF->arg_begin();
 245   ++I;
 246   while (I != E) {
 247       I->replaceAllUsesWith(NI);
 248       NI->takeName(I);
 249       ++I;
 250       ++NI;
 251   }
 252
 253   return NF;
 254 }
 255
 256 /// updateCallSites - Update all sites that call F to use NF.
 257 void SRETPromotion::updateCallSites(Function *F, Function *NF) {
 258   CallGraph &CG = getAnalysis<CallGraph>();
 259   SmallVector<Value*, 16> Args;
 260
 261   // Attributes - Keep track of the parameter attributes for the arguments.
 262   SmallVector<AttributeWithIndex, 8> ArgAttrsVec;
 263
 264   while (!F->use_empty()) {
 265     CallSite CS = CallSite::get(*F->use_begin());
 266     Instruction *Call = CS.getInstruction();
 267
 268     const AttrListPtr &PAL = F->getAttributes();
 269     // Add any return attributes.
 270     if (Attributes attrs = PAL.getRetAttributes())
 271       ArgAttrsVec.push_back(AttributeWithIndex::get(0, attrs));
 272
 273     // Copy arguments, however skip first one.
 274     CallSite::arg_iterator AI = CS.arg_begin(), AE = CS.arg_end();
 275     Value *FirstCArg = *AI;
 276     ++AI;
 277     // 0th parameter attribute is reserved for return type.
 278     // 1th parameter attribute is for first 1st sret argument.
 279     unsigned ParamIndex = 2;
 280     while (AI != AE) {
 281       Args.push_back(*AI);
 282       if (Attributes Attrs = PAL.getParamAttributes(ParamIndex))
 283         ArgAttrsVec.push_back(AttributeWithIndex::get(ParamIndex - 1, Attrs));
 284       ++ParamIndex;
 285       ++AI;
 286     }
 287
 288     // Add any function attributes.
 289     if (Attributes attrs = PAL.getFnAttributes())
 290       ArgAttrsVec.push_back(AttributeWithIndex::get(~0, attrs));
 291
 292     AttrListPtr NewPAL = AttrListPtr::get(ArgAttrsVec.begin(), ArgAttrsVec.end());
 293
 294     // Build new call instruction.
 295     Instruction *New;
 296     if (InvokeInst *II = dyn_cast<InvokeInst>(Call)) {
 297       New = InvokeInst::Create(NF, II->getNormalDest(), II->getUnwindDest(),
 298                                Args.begin(), Args.end(), "", Call);
 299       cast<InvokeInst>(New)->setCallingConv(CS.getCallingConv());
 300       cast<InvokeInst>(New)->setAttributes(NewPAL);
 301     } else {
 302       New = CallInst::Create(NF, Args.begin(), Args.end(), "", Call);
 303       cast<CallInst>(New)->setCallingConv(CS.getCallingConv());
 304       cast<CallInst>(New)->setAttributes(NewPAL);
 305       if (cast<CallInst>(Call)->isTailCall())
 306         cast<CallInst>(New)->setTailCall();
 307     }
 308     Args.clear();
 309     ArgAttrsVec.clear();
 310     New->takeName(Call);
 311
 312     // Update the callgraph to know that the callsite has been transformed.
 313     CG[Call->getParent()->getParent()]->replaceCallSite(Call, New);
 314
 315     // Update all users of sret parameter to extract value using extractvalue.
 316     for (Value::use_iterator UI = FirstCArg->use_begin(),
 317            UE = FirstCArg->use_end(); UI != UE; ) {
 318       User *U2 = *UI++;
 319       CallInst *C2 = dyn_cast<CallInst>(U2);
 320       if (C2 && (C2 == Call))
 321         continue;
 322       else if (GetElementPtrInst *UGEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(U2)) {
 323         ConstantInt *Idx = dyn_cast<ConstantInt>(UGEP->getOperand(2));
 324         assert (Idx && "Unexpected getelementptr index!");
 325         Value *GR = ExtractValueInst::Create(New, Idx->getZExtValue(),
 326                                              "evi", UGEP);
 327         while(!UGEP->use_empty()) {
 328           // isSafeToUpdateAllCallers has checked that all GEP uses are
 329           // LoadInsts
 330           LoadInst *L = cast<LoadInst>(*UGEP->use_begin());
 331           L->replaceAllUsesWith(GR);
 332           L->eraseFromParent();
 333         }
 334         UGEP->eraseFromParent();
 335       }
 336       else assert( 0 && "Unexpected sret parameter use");
 337     }
 338     Call->eraseFromParent();
 339   }
 340 }
 341
 342 /// nestedStructType - Return true if STy includes any
 343 /// other aggregate types
 344 bool SRETPromotion::nestedStructType(const StructType *STy) {
 345   unsigned Num = STy->getNumElements();
 346   for (unsigned i = 0; i < Num; i++) {
 347     const Type *Ty = STy->getElementType(i);
 348     if (!Ty->isSingleValueType() && Ty != Type::VoidTy)
 349       return true;
 350   }
 351   return false;
 352 }