4846282e90eb7d40279bc46dfb0fdb3f5566f55f
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / ObjCARC / ObjCARCOpts.cpp
1 //===- ObjCARCOpts.cpp - ObjC ARC Optimization ----------------------------===//
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 /// \file
10 /// This file defines ObjC ARC optimizations. ARC stands for Automatic
11 /// Reference Counting and is a system for managing reference counts for objects
12 /// in Objective C.
13 ///
14 /// The optimizations performed include elimination of redundant, partially
15 /// redundant, and inconsequential reference count operations, elimination of
16 /// redundant weak pointer operations, and numerous minor simplifications.
17 ///
18 /// WARNING: This file knows about certain library functions. It recognizes them
19 /// by name, and hardwires knowledge of their semantics.
20 ///
21 /// WARNING: This file knows about how certain Objective-C library functions are
22 /// used. Naive LLVM IR transformations which would otherwise be
23 /// behavior-preserving may break these assumptions.
24 ///
25 //===----------------------------------------------------------------------===//
26
27 #include "ObjCARC.h"
28 #include "ARCRuntimeEntryPoints.h"
29 #include "DependencyAnalysis.h"
30 #include "ObjCARCAliasAnalysis.h"
31 #include "ProvenanceAnalysis.h"
32 #include "llvm/ADT/DenseMap.h"
33 #include "llvm/ADT/DenseSet.h"
34 #include "llvm/ADT/STLExtras.h"
35 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
36 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
37 #include "llvm/IR/CFG.h"
38 #include "llvm/IR/IRBuilder.h"
39 #include "llvm/IR/LLVMContext.h"
40 #include "llvm/Support/Debug.h"
41 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
42
43 using namespace llvm;
44 using namespace llvm::objcarc;
45
46 #define DEBUG_TYPE "objc-arc-opts"
47
48 /// \defgroup MiscUtils Miscellaneous utilities that are not ARC specific.
49 /// @{
50
51 namespace {
52   /// \brief An associative container with fast insertion-order (deterministic)
53   /// iteration over its elements. Plus the special blot operation.
54   template<class KeyT, class ValueT>
55   class MapVector {
56     /// Map keys to indices in Vector.
57     typedef DenseMap<KeyT, size_t> MapTy;
58     MapTy Map;
59
60     typedef std::vector<std::pair<KeyT, ValueT> > VectorTy;
61     /// Keys and values.
62     VectorTy Vector;
63
64   public:
65     typedef typename VectorTy::iterator iterator;
66     typedef typename VectorTy::const_iterator const_iterator;
67     iterator begin() { return Vector.begin(); }
68     iterator end() { return Vector.end(); }
69     const_iterator begin() const { return Vector.begin(); }
70     const_iterator end() const { return Vector.end(); }
71
72 #ifdef XDEBUG
73     ~MapVector() {
74       assert(Vector.size() >= Map.size()); // May differ due to blotting.
75       for (typename MapTy::const_iterator I = Map.begin(), E = Map.end();
76            I != E; ++I) {
77         assert(I->second < Vector.size());
78         assert(Vector[I->second].first == I->first);
79       }
80       for (typename VectorTy::const_iterator I = Vector.begin(),
81            E = Vector.end(); I != E; ++I)
82         assert(!I->first ||
83                (Map.count(I->first) &&
84                 Map[I->first] == size_t(I - Vector.begin())));
85     }
86 #endif
87
88     ValueT &operator[](const KeyT &Arg) {
89       std::pair<typename MapTy::iterator, bool> Pair =
90         Map.insert(std::make_pair(Arg, size_t(0)));
91       if (Pair.second) {
92         size_t Num = Vector.size();
93         Pair.first->second = Num;
94         Vector.push_back(std::make_pair(Arg, ValueT()));
95         return Vector[Num].second;
96       }
97       return Vector[Pair.first->second].second;
98     }
99
100     std::pair<iterator, bool>
101     insert(const std::pair<KeyT, ValueT> &InsertPair) {
102       std::pair<typename MapTy::iterator, bool> Pair =
103         Map.insert(std::make_pair(InsertPair.first, size_t(0)));
104       if (Pair.second) {
105         size_t Num = Vector.size();
106         Pair.first->second = Num;
107         Vector.push_back(InsertPair);
108         return std::make_pair(Vector.begin() + Num, true);
109       }
110       return std::make_pair(Vector.begin() + Pair.first->second, false);
111     }
112
113     iterator find(const KeyT &Key) {
114       typename MapTy::iterator It = Map.find(Key);
115       if (It == Map.end()) return Vector.end();
116       return Vector.begin() + It->second;
117     }
118
119     const_iterator find(const KeyT &Key) const {
120       typename MapTy::const_iterator It = Map.find(Key);
121       if (It == Map.end()) return Vector.end();
122       return Vector.begin() + It->second;
123     }
124
125     /// This is similar to erase, but instead of removing the element from the
126     /// vector, it just zeros out the key in the vector. This leaves iterators
127     /// intact, but clients must be prepared for zeroed-out keys when iterating.
128     void blot(const KeyT &Key) {
129       typename MapTy::iterator It = Map.find(Key);
130       if (It == Map.end()) return;
131       Vector[It->second].first = KeyT();
132       Map.erase(It);
133     }
134
135     void clear() {
136       Map.clear();
137       Vector.clear();
138     }
139   };
140 }
141
142 /// @}
143 ///
144 /// \defgroup ARCUtilities Utility declarations/definitions specific to ARC.
145 /// @{
146
147 /// \brief This is similar to StripPointerCastsAndObjCCalls but it stops as soon
148 /// as it finds a value with multiple uses.
149 static const Value *FindSingleUseIdentifiedObject(const Value *Arg) {
150   if (Arg->hasOneUse()) {
151     if (const BitCastInst *BC = dyn_cast<BitCastInst>(Arg))
152       return FindSingleUseIdentifiedObject(BC->getOperand(0));
153     if (const GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(Arg))
154       if (GEP->hasAllZeroIndices())
155         return FindSingleUseIdentifiedObject(GEP->getPointerOperand());
156     if (IsForwarding(GetBasicInstructionClass(Arg)))
157       return FindSingleUseIdentifiedObject(
158                cast<CallInst>(Arg)->getArgOperand(0));
159     if (!IsObjCIdentifiedObject(Arg))
160       return nullptr;
161     return Arg;
162   }
163
164   // If we found an identifiable object but it has multiple uses, but they are
165   // trivial uses, we can still consider this to be a single-use value.
166   if (IsObjCIdentifiedObject(Arg)) {
167     for (const User *U : Arg->users())
168       if (!U->use_empty() || StripPointerCastsAndObjCCalls(U) != Arg)
169          return nullptr;
170
171     return Arg;
172   }
173
174   return nullptr;
175 }
176
177 /// This is a wrapper around getUnderlyingObjCPtr along the lines of
178 /// GetUnderlyingObjects except that it returns early when it sees the first
179 /// alloca.
180 static inline bool AreAnyUnderlyingObjectsAnAlloca(const Value *V) {
181   SmallPtrSet<const Value *, 4> Visited;
182   SmallVector<const Value *, 4> Worklist;
183   Worklist.push_back(V);
184   do {
185     const Value *P = Worklist.pop_back_val();
186     P = GetUnderlyingObjCPtr(P);
187
188     if (isa<AllocaInst>(P))
189       return true;
190
191     if (!Visited.insert(P))
192       continue;
193
194     if (const SelectInst *SI = dyn_cast<const SelectInst>(P)) {
195       Worklist.push_back(SI->getTrueValue());
196       Worklist.push_back(SI->getFalseValue());
197       continue;
198     }
199
200     if (const PHINode *PN = dyn_cast<const PHINode>(P)) {
201       for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
202         Worklist.push_back(PN->getIncomingValue(i));
203       continue;
204     }
205   } while (!Worklist.empty());
206
207   return false;
208 }
209
210
211 /// @}
212 ///
213 /// \defgroup ARCOpt ARC Optimization.
214 /// @{
215
216 // TODO: On code like this:
217 //
218 // objc_retain(%x)
219 // stuff_that_cannot_release()
220 // objc_autorelease(%x)
221 // stuff_that_cannot_release()
222 // objc_retain(%x)
223 // stuff_that_cannot_release()
224 // objc_autorelease(%x)
225 //
226 // The second retain and autorelease can be deleted.
227
228 // TODO: It should be possible to delete
229 // objc_autoreleasePoolPush and objc_autoreleasePoolPop
230 // pairs if nothing is actually autoreleased between them. Also, autorelease
231 // calls followed by objc_autoreleasePoolPop calls (perhaps in ObjC++ code
232 // after inlining) can be turned into plain release calls.
233
234 // TODO: Critical-edge splitting. If the optimial insertion point is
235 // a critical edge, the current algorithm has to fail, because it doesn't
236 // know how to split edges. It should be possible to make the optimizer
237 // think in terms of edges, rather than blocks, and then split critical
238 // edges on demand.
239
240 // TODO: OptimizeSequences could generalized to be Interprocedural.
241
242 // TODO: Recognize that a bunch of other objc runtime calls have
243 // non-escaping arguments and non-releasing arguments, and may be
244 // non-autoreleasing.
245
246 // TODO: Sink autorelease calls as far as possible. Unfortunately we
247 // usually can't sink them past other calls, which would be the main
248 // case where it would be useful.
249
250 // TODO: The pointer returned from objc_loadWeakRetained is retained.
251
252 // TODO: Delete release+retain pairs (rare).
253
254 STATISTIC(NumNoops,       "Number of no-op objc calls eliminated");
255 STATISTIC(NumPartialNoops, "Number of partially no-op objc calls eliminated");
256 STATISTIC(NumAutoreleases,"Number of autoreleases converted to releases");
257 STATISTIC(NumRets,        "Number of return value forwarding "
258                           "retain+autoreleases eliminated");
259 STATISTIC(NumRRs,         "Number of retain+release paths eliminated");
260 STATISTIC(NumPeeps,       "Number of calls peephole-optimized");
261 #ifndef NDEBUG
262 STATISTIC(NumRetainsBeforeOpt,
263           "Number of retains before optimization");
264 STATISTIC(NumReleasesBeforeOpt,
265           "Number of releases before optimization");
266 STATISTIC(NumRetainsAfterOpt,
267           "Number of retains after optimization");
268 STATISTIC(NumReleasesAfterOpt,
269           "Number of releases after optimization");
270 #endif
271
272 namespace {
273   /// \enum Sequence
274   ///
275   /// \brief A sequence of states that a pointer may go through in which an
276   /// objc_retain and objc_release are actually needed.
277   enum Sequence {
278     S_None,
279     S_Retain,         ///< objc_retain(x).
280     S_CanRelease,     ///< foo(x) -- x could possibly see a ref count decrement.
281     S_Use,            ///< any use of x.
282     S_Stop,           ///< like S_Release, but code motion is stopped.
283     S_Release,        ///< objc_release(x).
284     S_MovableRelease  ///< objc_release(x), !clang.imprecise_release.
285   };
286
287   raw_ostream &operator<<(raw_ostream &OS, const Sequence S)
288     LLVM_ATTRIBUTE_UNUSED;
289   raw_ostream &operator<<(raw_ostream &OS, const Sequence S) {
290     switch (S) {
291     case S_None:
292       return OS << "S_None";
293     case S_Retain:
294       return OS << "S_Retain";
295     case S_CanRelease:
296       return OS << "S_CanRelease";
297     case S_Use:
298       return OS << "S_Use";
299     case S_Release:
300       return OS << "S_Release";
301     case S_MovableRelease:
302       return OS << "S_MovableRelease";
303     case S_Stop:
304       return OS << "S_Stop";
305     }
306     llvm_unreachable("Unknown sequence type.");
307   }
308 }
309
310 static Sequence MergeSeqs(Sequence A, Sequence B, bool TopDown) {
311   // The easy cases.
312   if (A == B)
313     return A;
314   if (A == S_None || B == S_None)
315     return S_None;
316
317   if (A > B) std::swap(A, B);
318   if (TopDown) {
319     // Choose the side which is further along in the sequence.
320     if ((A == S_Retain || A == S_CanRelease) &&
321         (B == S_CanRelease || B == S_Use))
322       return B;
323   } else {
324     // Choose the side which is further along in the sequence.
325     if ((A == S_Use || A == S_CanRelease) &&
326         (B == S_Use || B == S_Release || B == S_Stop || B == S_MovableRelease))
327       return A;
328     // If both sides are releases, choose the more conservative one.
329     if (A == S_Stop && (B == S_Release || B == S_MovableRelease))
330       return A;
331     if (A == S_Release && B == S_MovableRelease)
332       return A;
333   }
334
335   return S_None;
336 }
337
338 namespace {
339   /// \brief Unidirectional information about either a
340   /// retain-decrement-use-release sequence or release-use-decrement-retain
341   /// reverse sequence.
342   struct RRInfo {
343     /// After an objc_retain, the reference count of the referenced
344     /// object is known to be positive. Similarly, before an objc_release, the
345     /// reference count of the referenced object is known to be positive. If
346     /// there are retain-release pairs in code regions where the retain count
347     /// is known to be positive, they can be eliminated, regardless of any side
348     /// effects between them.
349     ///
350     /// Also, a retain+release pair nested within another retain+release
351     /// pair all on the known same pointer value can be eliminated, regardless
352     /// of any intervening side effects.
353     ///
354     /// KnownSafe is true when either of these conditions is satisfied.
355     bool KnownSafe;
356
357     /// True of the objc_release calls are all marked with the "tail" keyword.
358     bool IsTailCallRelease;
359
360     /// If the Calls are objc_release calls and they all have a
361     /// clang.imprecise_release tag, this is the metadata tag.
362     MDNode *ReleaseMetadata;
363
364     /// For a top-down sequence, the set of objc_retains or
365     /// objc_retainBlocks. For bottom-up, the set of objc_releases.
366     SmallPtrSet<Instruction *, 2> Calls;
367
368     /// The set of optimal insert positions for moving calls in the opposite
369     /// sequence.
370     SmallPtrSet<Instruction *, 2> ReverseInsertPts;
371
372     /// If this is true, we cannot perform code motion but can still remove
373     /// retain/release pairs.
374     bool CFGHazardAfflicted;
375
376     RRInfo() :
377       KnownSafe(false), IsTailCallRelease(false), ReleaseMetadata(nullptr),
378       CFGHazardAfflicted(false) {}
379
380     void clear();
381
382     /// Conservatively merge the two RRInfo. Returns true if a partial merge has
383     /// occurred, false otherwise.
384     bool Merge(const RRInfo &Other);
385
386   };
387 }
388
389 void RRInfo::clear() {
390   KnownSafe = false;
391   IsTailCallRelease = false;
392   ReleaseMetadata = nullptr;
393   Calls.clear();
394   ReverseInsertPts.clear();
395   CFGHazardAfflicted = false;
396 }
397
398 bool RRInfo::Merge(const RRInfo &Other) {
399     // Conservatively merge the ReleaseMetadata information.
400     if (ReleaseMetadata != Other.ReleaseMetadata)
401       ReleaseMetadata = nullptr;
402
403     // Conservatively merge the boolean state.
404     KnownSafe &= Other.KnownSafe;
405     IsTailCallRelease &= Other.IsTailCallRelease;
406     CFGHazardAfflicted |= Other.CFGHazardAfflicted;
407
408     // Merge the call sets.
409     Calls.insert(Other.Calls.begin(), Other.Calls.end());
410
411     // Merge the insert point sets. If there are any differences,
412     // that makes this a partial merge.
413     bool Partial = ReverseInsertPts.size() != Other.ReverseInsertPts.size();
414     for (Instruction *Inst : Other.ReverseInsertPts)
415       Partial |= ReverseInsertPts.insert(Inst);
416     return Partial;
417 }
418
419 namespace {
420   /// \brief This class summarizes several per-pointer runtime properties which
421   /// are propogated through the flow graph.
422   class PtrState {
423     /// True if the reference count is known to be incremented.
424     bool KnownPositiveRefCount;
425
426     /// True if we've seen an opportunity for partial RR elimination, such as
427     /// pushing calls into a CFG triangle or into one side of a CFG diamond.
428     bool Partial;
429
430     /// The current position in the sequence.
431     unsigned char Seq : 8;
432
433     /// Unidirectional information about the current sequence.
434     RRInfo RRI;
435
436   public:
437     PtrState() : KnownPositiveRefCount(false), Partial(false),
438                  Seq(S_None) {}
439
440
441     bool IsKnownSafe() const {
442       return RRI.KnownSafe;
443     }
444
445     void SetKnownSafe(const bool NewValue) {
446       RRI.KnownSafe = NewValue;
447     }
448
449     bool IsTailCallRelease() const {
450       return RRI.IsTailCallRelease;
451     }
452
453     void SetTailCallRelease(const bool NewValue) {
454       RRI.IsTailCallRelease = NewValue;
455     }
456
457     bool IsTrackingImpreciseReleases() const {
458       return RRI.ReleaseMetadata != nullptr;
459     }
460
461     const MDNode *GetReleaseMetadata() const {
462       return RRI.ReleaseMetadata;
463     }
464
465     void SetReleaseMetadata(MDNode *NewValue) {
466       RRI.ReleaseMetadata = NewValue;
467     }
468
469     bool IsCFGHazardAfflicted() const {
470       return RRI.CFGHazardAfflicted;
471     }
472
473     void SetCFGHazardAfflicted(const bool NewValue) {
474       RRI.CFGHazardAfflicted = NewValue;
475     }
476
477     void SetKnownPositiveRefCount() {
478       DEBUG(dbgs() << "Setting Known Positive.\n");
479       KnownPositiveRefCount = true;
480     }
481
482     void ClearKnownPositiveRefCount() {
483       DEBUG(dbgs() << "Clearing Known Positive.\n");
484       KnownPositiveRefCount = false;
485     }
486
487     bool HasKnownPositiveRefCount() const {
488       return KnownPositiveRefCount;
489     }
490
491     void SetSeq(Sequence NewSeq) {
492       DEBUG(dbgs() << "Old: " << Seq << "; New: " << NewSeq << "\n");
493       Seq = NewSeq;
494     }
495
496     Sequence GetSeq() const {
497       return static_cast<Sequence>(Seq);
498     }
499
500     void ClearSequenceProgress() {
501       ResetSequenceProgress(S_None);
502     }
503
504     void ResetSequenceProgress(Sequence NewSeq) {
505       DEBUG(dbgs() << "Resetting sequence progress.\n");
506       SetSeq(NewSeq);
507       Partial = false;
508       RRI.clear();
509     }
510
511     void Merge(const PtrState &Other, bool TopDown);
512
513     void InsertCall(Instruction *I) {
514       RRI.Calls.insert(I);
515     }
516
517     void InsertReverseInsertPt(Instruction *I) {
518       RRI.ReverseInsertPts.insert(I);
519     }
520
521     void ClearReverseInsertPts() {
522       RRI.ReverseInsertPts.clear();
523     }
524
525     bool HasReverseInsertPts() const {
526       return !RRI.ReverseInsertPts.empty();
527     }
528
529     const RRInfo &GetRRInfo() const {
530       return RRI;
531     }
532   };
533 }
534
535 void
536 PtrState::Merge(const PtrState &Other, bool TopDown) {
537   Seq = MergeSeqs(GetSeq(), Other.GetSeq(), TopDown);
538   KnownPositiveRefCount &= Other.KnownPositiveRefCount;
539
540   // If we're not in a sequence (anymore), drop all associated state.
541   if (Seq == S_None) {
542     Partial = false;
543     RRI.clear();
544   } else if (Partial || Other.Partial) {
545     // If we're doing a merge on a path that's previously seen a partial
546     // merge, conservatively drop the sequence, to avoid doing partial
547     // RR elimination. If the branch predicates for the two merge differ,
548     // mixing them is unsafe.
549     ClearSequenceProgress();
550   } else {
551     // Otherwise merge the other PtrState's RRInfo into our RRInfo. At this
552     // point, we know that currently we are not partial. Stash whether or not
553     // the merge operation caused us to undergo a partial merging of reverse
554     // insertion points.
555     Partial = RRI.Merge(Other.RRI);
556   }
557 }
558
559 namespace {
560   /// \brief Per-BasicBlock state.
561   class BBState {
562     /// The number of unique control paths from the entry which can reach this
563     /// block.
564     unsigned TopDownPathCount;
565
566     /// The number of unique control paths to exits from this block.
567     unsigned BottomUpPathCount;
568
569     /// A type for PerPtrTopDown and PerPtrBottomUp.
570     typedef MapVector<const Value *, PtrState> MapTy;
571
572     /// The top-down traversal uses this to record information known about a
573     /// pointer at the bottom of each block.
574     MapTy PerPtrTopDown;
575
576     /// The bottom-up traversal uses this to record information known about a
577     /// pointer at the top of each block.
578     MapTy PerPtrBottomUp;
579
580     /// Effective predecessors of the current block ignoring ignorable edges and
581     /// ignored backedges.
582     SmallVector<BasicBlock *, 2> Preds;
583     /// Effective successors of the current block ignoring ignorable edges and
584     /// ignored backedges.
585     SmallVector<BasicBlock *, 2> Succs;
586
587   public:
588     static const unsigned OverflowOccurredValue;
589
590     BBState() : TopDownPathCount(0), BottomUpPathCount(0) { }
591
592     typedef MapTy::iterator ptr_iterator;
593     typedef MapTy::const_iterator ptr_const_iterator;
594
595     ptr_iterator top_down_ptr_begin() { return PerPtrTopDown.begin(); }
596     ptr_iterator top_down_ptr_end() { return PerPtrTopDown.end(); }
597     ptr_const_iterator top_down_ptr_begin() const {
598       return PerPtrTopDown.begin();
599     }
600     ptr_const_iterator top_down_ptr_end() const {
601       return PerPtrTopDown.end();
602     }
603
604     ptr_iterator bottom_up_ptr_begin() { return PerPtrBottomUp.begin(); }
605     ptr_iterator bottom_up_ptr_end() { return PerPtrBottomUp.end(); }
606     ptr_const_iterator bottom_up_ptr_begin() const {
607       return PerPtrBottomUp.begin();
608     }
609     ptr_const_iterator bottom_up_ptr_end() const {
610       return PerPtrBottomUp.end();
611     }
612
613     /// Mark this block as being an entry block, which has one path from the
614     /// entry by definition.
615     void SetAsEntry() { TopDownPathCount = 1; }
616
617     /// Mark this block as being an exit block, which has one path to an exit by
618     /// definition.
619     void SetAsExit()  { BottomUpPathCount = 1; }
620
621     /// Attempt to find the PtrState object describing the top down state for
622     /// pointer Arg. Return a new initialized PtrState describing the top down
623     /// state for Arg if we do not find one.
624     PtrState &getPtrTopDownState(const Value *Arg) {
625       return PerPtrTopDown[Arg];
626     }
627
628     /// Attempt to find the PtrState object describing the bottom up state for
629     /// pointer Arg. Return a new initialized PtrState describing the bottom up
630     /// state for Arg if we do not find one.
631     PtrState &getPtrBottomUpState(const Value *Arg) {
632       return PerPtrBottomUp[Arg];
633     }
634
635     /// Attempt to find the PtrState object describing the bottom up state for
636     /// pointer Arg.
637     ptr_iterator findPtrBottomUpState(const Value *Arg) {
638       return PerPtrBottomUp.find(Arg);
639     }
640
641     void clearBottomUpPointers() {
642       PerPtrBottomUp.clear();
643     }
644
645     void clearTopDownPointers() {
646       PerPtrTopDown.clear();
647     }
648
649     void InitFromPred(const BBState &Other);
650     void InitFromSucc(const BBState &Other);
651     void MergePred(const BBState &Other);
652     void MergeSucc(const BBState &Other);
653
654     /// Compute the number of possible unique paths from an entry to an exit
655     /// which pass through this block. This is only valid after both the
656     /// top-down and bottom-up traversals are complete.
657     ///
658     /// Returns true if overflow occurred. Returns false if overflow did not
659     /// occur.
660     bool GetAllPathCountWithOverflow(unsigned &PathCount) const {
661       if (TopDownPathCount == OverflowOccurredValue ||
662           BottomUpPathCount == OverflowOccurredValue)
663         return true;
664       unsigned long long Product =
665         (unsigned long long)TopDownPathCount*BottomUpPathCount;
666       // Overflow occurred if any of the upper bits of Product are set or if all
667       // the lower bits of Product are all set.
668       return (Product >> 32) ||
669              ((PathCount = Product) == OverflowOccurredValue);
670     }
671
672     // Specialized CFG utilities.
673     typedef SmallVectorImpl<BasicBlock *>::const_iterator edge_iterator;
674     edge_iterator pred_begin() const { return Preds.begin(); }
675     edge_iterator pred_end() const { return Preds.end(); }
676     edge_iterator succ_begin() const { return Succs.begin(); }
677     edge_iterator succ_end() const { return Succs.end(); }
678
679     void addSucc(BasicBlock *Succ) { Succs.push_back(Succ); }
680     void addPred(BasicBlock *Pred) { Preds.push_back(Pred); }
681
682     bool isExit() const { return Succs.empty(); }
683   };
684
685   const unsigned BBState::OverflowOccurredValue = 0xffffffff;
686 }
687
688 void BBState::InitFromPred(const BBState &Other) {
689   PerPtrTopDown = Other.PerPtrTopDown;
690   TopDownPathCount = Other.TopDownPathCount;
691 }
692
693 void BBState::InitFromSucc(const BBState &Other) {
694   PerPtrBottomUp = Other.PerPtrBottomUp;
695   BottomUpPathCount = Other.BottomUpPathCount;
696 }
697
698 /// The top-down traversal uses this to merge information about predecessors to
699 /// form the initial state for a new block.
700 void BBState::MergePred(const BBState &Other) {
701   if (TopDownPathCount == OverflowOccurredValue)
702     return;
703
704   // Other.TopDownPathCount can be 0, in which case it is either dead or a
705   // loop backedge. Loop backedges are special.
706   TopDownPathCount += Other.TopDownPathCount;
707
708   // In order to be consistent, we clear the top down pointers when by adding
709   // TopDownPathCount becomes OverflowOccurredValue even though "true" overflow
710   // has not occurred.
711   if (TopDownPathCount == OverflowOccurredValue) {
712     clearTopDownPointers();
713     return;
714   }
715
716   // Check for overflow. If we have overflow, fall back to conservative
717   // behavior.
718   if (TopDownPathCount < Other.TopDownPathCount) {
719     TopDownPathCount = OverflowOccurredValue;
720     clearTopDownPointers();
721     return;
722   }
723
724   // For each entry in the other set, if our set has an entry with the same key,
725   // merge the entries. Otherwise, copy the entry and merge it with an empty
726   // entry.
727   for (ptr_const_iterator MI = Other.top_down_ptr_begin(),
728        ME = Other.top_down_ptr_end(); MI != ME; ++MI) {
729     std::pair<ptr_iterator, bool> Pair = PerPtrTopDown.insert(*MI);
730     Pair.first->second.Merge(Pair.second ? PtrState() : MI->second,
731                              /*TopDown=*/true);
732   }
733
734   // For each entry in our set, if the other set doesn't have an entry with the
735   // same key, force it to merge with an empty entry.
736   for (ptr_iterator MI = top_down_ptr_begin(),
737        ME = top_down_ptr_end(); MI != ME; ++MI)
738     if (Other.PerPtrTopDown.find(MI->first) == Other.PerPtrTopDown.end())
739       MI->second.Merge(PtrState(), /*TopDown=*/true);
740 }
741
742 /// The bottom-up traversal uses this to merge information about successors to
743 /// form the initial state for a new block.
744 void BBState::MergeSucc(const BBState &Other) {
745   if (BottomUpPathCount == OverflowOccurredValue)
746     return;
747
748   // Other.BottomUpPathCount can be 0, in which case it is either dead or a
749   // loop backedge. Loop backedges are special.
750   BottomUpPathCount += Other.BottomUpPathCount;
751
752   // In order to be consistent, we clear the top down pointers when by adding
753   // BottomUpPathCount becomes OverflowOccurredValue even though "true" overflow
754   // has not occurred.
755   if (BottomUpPathCount == OverflowOccurredValue) {
756     clearBottomUpPointers();
757     return;
758   }
759
760   // Check for overflow. If we have overflow, fall back to conservative
761   // behavior.
762   if (BottomUpPathCount < Other.BottomUpPathCount) {
763     BottomUpPathCount = OverflowOccurredValue;
764     clearBottomUpPointers();
765     return;
766   }
767
768   // For each entry in the other set, if our set has an entry with the
769   // same key, merge the entries. Otherwise, copy the entry and merge
770   // it with an empty entry.
771   for (ptr_const_iterator MI = Other.bottom_up_ptr_begin(),
772        ME = Other.bottom_up_ptr_end(); MI != ME; ++MI) {
773     std::pair<ptr_iterator, bool> Pair = PerPtrBottomUp.insert(*MI);
774     Pair.first->second.Merge(Pair.second ? PtrState() : MI->second,
775                              /*TopDown=*/false);
776   }
777
778   // For each entry in our set, if the other set doesn't have an entry
779   // with the same key, force it to merge with an empty entry.
780   for (ptr_iterator MI = bottom_up_ptr_begin(),
781        ME = bottom_up_ptr_end(); MI != ME; ++MI)
782     if (Other.PerPtrBottomUp.find(MI->first) == Other.PerPtrBottomUp.end())
783       MI->second.Merge(PtrState(), /*TopDown=*/false);
784 }
785
786 // Only enable ARC Annotations if we are building a debug version of
787 // libObjCARCOpts.
788 #ifndef NDEBUG
789 #define ARC_ANNOTATIONS
790 #endif
791
792 // Define some macros along the lines of DEBUG and some helper functions to make
793 // it cleaner to create annotations in the source code and to no-op when not
794 // building in debug mode.
795 #ifdef ARC_ANNOTATIONS
796
797 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
798
799 /// Enable/disable ARC sequence annotations.
800 static cl::opt<bool>
801 EnableARCAnnotations("enable-objc-arc-annotations", cl::init(false),
802                      cl::desc("Enable emission of arc data flow analysis "
803                               "annotations"));
804 static cl::opt<bool>
805 DisableCheckForCFGHazards("disable-objc-arc-checkforcfghazards", cl::init(false),
806                           cl::desc("Disable check for cfg hazards when "
807                                    "annotating"));
808 static cl::opt<std::string>
809 ARCAnnotationTargetIdentifier("objc-arc-annotation-target-identifier",
810                               cl::init(""),
811                               cl::desc("filter out all data flow annotations "
812                                        "but those that apply to the given "
813                                        "target llvm identifier."));
814
815 /// This function appends a unique ARCAnnotationProvenanceSourceMDKind id to an
816 /// instruction so that we can track backwards when post processing via the llvm
817 /// arc annotation processor tool. If the function is an
818 static MDString *AppendMDNodeToSourcePtr(unsigned NodeId,
819                                          Value *Ptr) {
820   MDString *Hash = nullptr;
821
822   // If pointer is a result of an instruction and it does not have a source
823   // MDNode it, attach a new MDNode onto it. If pointer is a result of
824   // an instruction and does have a source MDNode attached to it, return a
825   // reference to said Node. Otherwise just return 0.
826   if (Instruction *Inst = dyn_cast<Instruction>(Ptr)) {
827     MDNode *Node;
828     if (!(Node = Inst->getMDNode(NodeId))) {
829       // We do not have any node. Generate and attatch the hash MDString to the
830       // instruction.
831
832       // We just use an MDString to ensure that this metadata gets written out
833       // of line at the module level and to provide a very simple format
834       // encoding the information herein. Both of these makes it simpler to
835       // parse the annotations by a simple external program.
836       std::string Str;
837       raw_string_ostream os(Str);
838       os << "(" << Inst->getParent()->getParent()->getName() << ",%"
839          << Inst->getName() << ")";
840
841       Hash = MDString::get(Inst->getContext(), os.str());
842       Inst->setMetadata(NodeId, MDNode::get(Inst->getContext(),Hash));
843     } else {
844       // We have a node. Grab its hash and return it.
845       assert(Node->getNumOperands() == 1 &&
846         "An ARCAnnotationProvenanceSourceMDKind can only have 1 operand.");
847       Hash = cast<MDString>(Node->getOperand(0));
848     }
849   } else if (Argument *Arg = dyn_cast<Argument>(Ptr)) {
850     std::string str;
851     raw_string_ostream os(str);
852     os << "(" << Arg->getParent()->getName() << ",%" << Arg->getName()
853        << ")";
854     Hash = MDString::get(Arg->getContext(), os.str());
855   }
856
857   return Hash;
858 }
859
860 static std::string SequenceToString(Sequence A) {
861   std::string str;
862   raw_string_ostream os(str);
863   os << A;
864   return os.str();
865 }
866
867 /// Helper function to change a Sequence into a String object using our overload
868 /// for raw_ostream so we only have printing code in one location.
869 static MDString *SequenceToMDString(LLVMContext &Context,
870                                     Sequence A) {
871   return MDString::get(Context, SequenceToString(A));
872 }
873
874 /// A simple function to generate a MDNode which describes the change in state
875 /// for Value *Ptr caused by Instruction *Inst.
876 static void AppendMDNodeToInstForPtr(unsigned NodeId,
877                                      Instruction *Inst,
878                                      Value *Ptr,
879                                      MDString *PtrSourceMDNodeID,
880                                      Sequence OldSeq,
881                                      Sequence NewSeq) {
882   MDNode *Node = nullptr;
883   Value *tmp[3] = {PtrSourceMDNodeID,
884                    SequenceToMDString(Inst->getContext(),
885                                       OldSeq),
886                    SequenceToMDString(Inst->getContext(),
887                                       NewSeq)};
888   Node = MDNode::get(Inst->getContext(), tmp);
889
890   Inst->setMetadata(NodeId, Node);
891 }
892
893 /// Add to the beginning of the basic block llvm.ptr.annotations which show the
894 /// state of a pointer at the entrance to a basic block.
895 static void GenerateARCBBEntranceAnnotation(const char *Name, BasicBlock *BB,
896                                             Value *Ptr, Sequence Seq) {
897   // If we have a target identifier, make sure that we match it before
898   // continuing.
899   if(!ARCAnnotationTargetIdentifier.empty() &&
900      !Ptr->getName().equals(ARCAnnotationTargetIdentifier))
901     return;
902
903   Module *M = BB->getParent()->getParent();
904   LLVMContext &C = M->getContext();
905   Type *I8X = PointerType::getUnqual(Type::getInt8Ty(C));
906   Type *I8XX = PointerType::getUnqual(I8X);
907   Type *Params[] = {I8XX, I8XX};
908   FunctionType *FTy = FunctionType::get(Type::getVoidTy(C), Params,
909                                         /*isVarArg=*/false);
910   Constant *Callee = M->getOrInsertFunction(Name, FTy);
911
912   IRBuilder<> Builder(BB, BB->getFirstInsertionPt());
913
914   Value *PtrName;
915   StringRef Tmp = Ptr->getName();
916   if (nullptr == (PtrName = M->getGlobalVariable(Tmp, true))) {
917     Value *ActualPtrName = Builder.CreateGlobalStringPtr(Tmp,
918                                                          Tmp + "_STR");
919     PtrName = new GlobalVariable(*M, I8X, true, GlobalVariable::InternalLinkage,
920                                  cast<Constant>(ActualPtrName), Tmp);
921   }
922
923   Value *S;
924   std::string SeqStr = SequenceToString(Seq);
925   if (nullptr == (S = M->getGlobalVariable(SeqStr, true))) {
926     Value *ActualPtrName = Builder.CreateGlobalStringPtr(SeqStr,
927                                                          SeqStr + "_STR");
928     S = new GlobalVariable(*M, I8X, true, GlobalVariable::InternalLinkage,
929                            cast<Constant>(ActualPtrName), SeqStr);
930   }
931
932   Builder.CreateCall2(Callee, PtrName, S);
933 }
934
935 /// Add to the end of the basic block llvm.ptr.annotations which show the state
936 /// of the pointer at the bottom of the basic block.
937 static void GenerateARCBBTerminatorAnnotation(const char *Name, BasicBlock *BB,
938                                               Value *Ptr, Sequence Seq) {
939   // If we have a target identifier, make sure that we match it before emitting
940   // an annotation.
941   if(!ARCAnnotationTargetIdentifier.empty() &&
942      !Ptr->getName().equals(ARCAnnotationTargetIdentifier))
943     return;
944
945   Module *M = BB->getParent()->getParent();
946   LLVMContext &C = M->getContext();
947   Type *I8X = PointerType::getUnqual(Type::getInt8Ty(C));
948   Type *I8XX = PointerType::getUnqual(I8X);
949   Type *Params[] = {I8XX, I8XX};
950   FunctionType *FTy = FunctionType::get(Type::getVoidTy(C), Params,
951                                         /*isVarArg=*/false);
952   Constant *Callee = M->getOrInsertFunction(Name, FTy);
953
954   IRBuilder<> Builder(BB, std::prev(BB->end()));
955
956   Value *PtrName;
957   StringRef Tmp = Ptr->getName();
958   if (nullptr == (PtrName = M->getGlobalVariable(Tmp, true))) {
959     Value *ActualPtrName = Builder.CreateGlobalStringPtr(Tmp,
960                                                          Tmp + "_STR");
961     PtrName = new GlobalVariable(*M, I8X, true, GlobalVariable::InternalLinkage,
962                                  cast<Constant>(ActualPtrName), Tmp);
963   }
964
965   Value *S;
966   std::string SeqStr = SequenceToString(Seq);
967   if (nullptr == (S = M->getGlobalVariable(SeqStr, true))) {
968     Value *ActualPtrName = Builder.CreateGlobalStringPtr(SeqStr,
969                                                          SeqStr + "_STR");
970     S = new GlobalVariable(*M, I8X, true, GlobalVariable::InternalLinkage,
971                            cast<Constant>(ActualPtrName), SeqStr);
972   }
973   Builder.CreateCall2(Callee, PtrName, S);
974 }
975
976 /// Adds a source annotation to pointer and a state change annotation to Inst
977 /// referencing the source annotation and the old/new state of pointer.
978 static void GenerateARCAnnotation(unsigned InstMDId,
979                                   unsigned PtrMDId,
980                                   Instruction *Inst,
981                                   Value *Ptr,
982                                   Sequence OldSeq,
983                                   Sequence NewSeq) {
984   if (EnableARCAnnotations) {
985     // If we have a target identifier, make sure that we match it before
986     // emitting an annotation.
987     if(!ARCAnnotationTargetIdentifier.empty() &&
988        !Ptr->getName().equals(ARCAnnotationTargetIdentifier))
989       return;
990
991     // First generate the source annotation on our pointer. This will return an
992     // MDString* if Ptr actually comes from an instruction implying we can put
993     // in a source annotation. If AppendMDNodeToSourcePtr returns 0 (i.e. NULL),
994     // then we know that our pointer is from an Argument so we put a reference
995     // to the argument number.
996     //
997     // The point of this is to make it easy for the
998     // llvm-arc-annotation-processor tool to cross reference where the source
999     // pointer is in the LLVM IR since the LLVM IR parser does not submit such
1000     // information via debug info for backends to use (since why would anyone
1001     // need such a thing from LLVM IR besides in non-standard cases
1002     // [i.e. this]).
1003     MDString *SourcePtrMDNode =
1004       AppendMDNodeToSourcePtr(PtrMDId, Ptr);
1005     AppendMDNodeToInstForPtr(InstMDId, Inst, Ptr, SourcePtrMDNode, OldSeq,
1006                              NewSeq);
1007   }
1008 }
1009
1010 // The actual interface for accessing the above functionality is defined via
1011 // some simple macros which are defined below. We do this so that the user does
1012 // not need to pass in what metadata id is needed resulting in cleaner code and
1013 // additionally since it provides an easy way to conditionally no-op all
1014 // annotation support in a non-debug build.
1015
1016 /// Use this macro to annotate a sequence state change when processing
1017 /// instructions bottom up,
1018 #define ANNOTATE_BOTTOMUP(inst, ptr, old, new)                          \
1019   GenerateARCAnnotation(ARCAnnotationBottomUpMDKind,                    \
1020                         ARCAnnotationProvenanceSourceMDKind, (inst),    \
1021                         const_cast<Value*>(ptr), (old), (new))
1022 /// Use this macro to annotate a sequence state change when processing
1023 /// instructions top down.
1024 #define ANNOTATE_TOPDOWN(inst, ptr, old, new)                           \
1025   GenerateARCAnnotation(ARCAnnotationTopDownMDKind,                     \
1026                         ARCAnnotationProvenanceSourceMDKind, (inst),    \
1027                         const_cast<Value*>(ptr), (old), (new))
1028
1029 #define ANNOTATE_BB(_states, _bb, _name, _type, _direction)                   \
1030   do {                                                                        \
1031     if (EnableARCAnnotations) {                                               \
1032       for(BBState::ptr_const_iterator I = (_states)._direction##_ptr_begin(), \
1033           E = (_states)._direction##_ptr_end(); I != E; ++I) {                \
1034         Value *Ptr = const_cast<Value*>(I->first);                            \
1035         Sequence Seq = I->second.GetSeq();                                    \
1036         GenerateARCBB ## _type ## Annotation(_name, (_bb), Ptr, Seq);         \
1037       }                                                                       \
1038     }                                                                         \
1039   } while (0)
1040
1041 #define ANNOTATE_BOTTOMUP_BBSTART(_states, _basicblock)                       \
1042     ANNOTATE_BB(_states, _basicblock, "llvm.arc.annotation.bottomup.bbstart", \
1043                 Entrance, bottom_up)
1044 #define ANNOTATE_BOTTOMUP_BBEND(_states, _basicblock)                         \
1045     ANNOTATE_BB(_states, _basicblock, "llvm.arc.annotation.bottomup.bbend",   \
1046                 Terminator, bottom_up)
1047 #define ANNOTATE_TOPDOWN_BBSTART(_states, _basicblock)                        \
1048     ANNOTATE_BB(_states, _basicblock, "llvm.arc.annotation.topdown.bbstart",  \
1049                 Entrance, top_down)
1050 #define ANNOTATE_TOPDOWN_BBEND(_states, _basicblock)                          \
1051     ANNOTATE_BB(_states, _basicblock, "llvm.arc.annotation.topdown.bbend",    \
1052                 Terminator, top_down)
1053
1054 #else // !ARC_ANNOTATION
1055 // If annotations are off, noop.
1056 #define ANNOTATE_BOTTOMUP(inst, ptr, old, new)
1057 #define ANNOTATE_TOPDOWN(inst, ptr, old, new)
1058 #define ANNOTATE_BOTTOMUP_BBSTART(states, basicblock)
1059 #define ANNOTATE_BOTTOMUP_BBEND(states, basicblock)
1060 #define ANNOTATE_TOPDOWN_BBSTART(states, basicblock)
1061 #define ANNOTATE_TOPDOWN_BBEND(states, basicblock)
1062 #endif // !ARC_ANNOTATION
1063
1064 namespace {
1065   /// \brief The main ARC optimization pass.
1066   class ObjCARCOpt : public FunctionPass {
1067     bool Changed;
1068     ProvenanceAnalysis PA;
1069     ARCRuntimeEntryPoints EP;
1070
1071     // This is used to track if a pointer is stored into an alloca.
1072     DenseSet<const Value *> MultiOwnersSet;
1073
1074     /// A flag indicating whether this optimization pass should run.
1075     bool Run;
1076
1077     /// Flags which determine whether each of the interesting runtine functions
1078     /// is in fact used in the current function.
1079     unsigned UsedInThisFunction;
1080
1081     /// The Metadata Kind for clang.imprecise_release metadata.
1082     unsigned ImpreciseReleaseMDKind;
1083
1084     /// The Metadata Kind for clang.arc.copy_on_escape metadata.
1085     unsigned CopyOnEscapeMDKind;
1086
1087     /// The Metadata Kind for clang.arc.no_objc_arc_exceptions metadata.
1088     unsigned NoObjCARCExceptionsMDKind;
1089
1090 #ifdef ARC_ANNOTATIONS
1091     /// The Metadata Kind for llvm.arc.annotation.bottomup metadata.
1092     unsigned ARCAnnotationBottomUpMDKind;
1093     /// The Metadata Kind for llvm.arc.annotation.topdown metadata.
1094     unsigned ARCAnnotationTopDownMDKind;
1095     /// The Metadata Kind for llvm.arc.annotation.provenancesource metadata.
1096     unsigned ARCAnnotationProvenanceSourceMDKind;
1097 #endif // ARC_ANNOATIONS
1098
1099     bool OptimizeRetainRVCall(Function &F, Instruction *RetainRV);
1100     void OptimizeAutoreleaseRVCall(Function &F, Instruction *AutoreleaseRV,
1101                                    InstructionClass &Class);
1102     void OptimizeIndividualCalls(Function &F);
1103
1104     void CheckForCFGHazards(const BasicBlock *BB,
1105                             DenseMap<const BasicBlock *, BBState> &BBStates,
1106                             BBState &MyStates) const;
1107     bool VisitInstructionBottomUp(Instruction *Inst,
1108                                   BasicBlock *BB,
1109                                   MapVector<Value *, RRInfo> &Retains,
1110                                   BBState &MyStates);
1111     bool VisitBottomUp(BasicBlock *BB,
1112                        DenseMap<const BasicBlock *, BBState> &BBStates,
1113                        MapVector<Value *, RRInfo> &Retains);
1114     bool VisitInstructionTopDown(Instruction *Inst,
1115                                  DenseMap<Value *, RRInfo> &Releases,
1116                                  BBState &MyStates);
1117     bool VisitTopDown(BasicBlock *BB,
1118                       DenseMap<const BasicBlock *, BBState> &BBStates,
1119                       DenseMap<Value *, RRInfo> &Releases);
1120     bool Visit(Function &F,
1121                DenseMap<const BasicBlock *, BBState> &BBStates,
1122                MapVector<Value *, RRInfo> &Retains,
1123                DenseMap<Value *, RRInfo> &Releases);
1124
1125     void MoveCalls(Value *Arg, RRInfo &RetainsToMove, RRInfo &ReleasesToMove,
1126                    MapVector<Value *, RRInfo> &Retains,
1127                    DenseMap<Value *, RRInfo> &Releases,
1128                    SmallVectorImpl<Instruction *> &DeadInsts,
1129                    Module *M);
1130
1131     bool ConnectTDBUTraversals(DenseMap<const BasicBlock *, BBState> &BBStates,
1132                                MapVector<Value *, RRInfo> &Retains,
1133                                DenseMap<Value *, RRInfo> &Releases,
1134                                Module *M,
1135                                SmallVectorImpl<Instruction *> &NewRetains,
1136                                SmallVectorImpl<Instruction *> &NewReleases,
1137                                SmallVectorImpl<Instruction *> &DeadInsts,
1138                                RRInfo &RetainsToMove,
1139                                RRInfo &ReleasesToMove,
1140                                Value *Arg,
1141                                bool KnownSafe,
1142                                bool &AnyPairsCompletelyEliminated);
1143
1144     bool PerformCodePlacement(DenseMap<const BasicBlock *, BBState> &BBStates,
1145                               MapVector<Value *, RRInfo> &Retains,
1146                               DenseMap<Value *, RRInfo> &Releases,
1147                               Module *M);
1148
1149     void OptimizeWeakCalls(Function &F);
1150
1151     bool OptimizeSequences(Function &F);
1152
1153     void OptimizeReturns(Function &F);
1154
1155 #ifndef NDEBUG
1156     void GatherStatistics(Function &F, bool AfterOptimization = false);
1157 #endif
1158
1159     void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const override;
1160     bool doInitialization(Module &M) override;
1161     bool runOnFunction(Function &F) override;
1162     void releaseMemory() override;
1163
1164   public:
1165     static char ID;
1166     ObjCARCOpt() : FunctionPass(ID) {
1167       initializeObjCARCOptPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
1168     }
1169   };
1170 }
1171
1172 char ObjCARCOpt::ID = 0;
1173 INITIALIZE_PASS_BEGIN(ObjCARCOpt,
1174                       "objc-arc", "ObjC ARC optimization", false, false)
1175 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(ObjCARCAliasAnalysis)
1176 INITIALIZE_PASS_END(ObjCARCOpt,
1177                     "objc-arc", "ObjC ARC optimization", false, false)
1178
1179 Pass *llvm::createObjCARCOptPass() {
1180   return new ObjCARCOpt();
1181 }
1182
1183 void ObjCARCOpt::getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
1184   AU.addRequired<ObjCARCAliasAnalysis>();
1185   AU.addRequired<AliasAnalysis>();
1186   // ARC optimization doesn't currently split critical edges.
1187   AU.setPreservesCFG();
1188 }
1189
1190 /// Turn objc_retainAutoreleasedReturnValue into objc_retain if the operand is
1191 /// not a return value.  Or, if it can be paired with an
1192 /// objc_autoreleaseReturnValue, delete the pair and return true.
1193 bool
1194 ObjCARCOpt::OptimizeRetainRVCall(Function &F, Instruction *RetainRV) {
1195   // Check for the argument being from an immediately preceding call or invoke.
1196   const Value *Arg = GetObjCArg(RetainRV);
1197   ImmutableCallSite CS(Arg);
1198   if (const Instruction *Call = CS.getInstruction()) {
1199     if (Call->getParent() == RetainRV->getParent()) {
1200       BasicBlock::const_iterator I = Call;
1201       ++I;
1202       while (IsNoopInstruction(I)) ++I;
1203       if (&*I == RetainRV)
1204         return false;
1205     } else if (const InvokeInst *II = dyn_cast<InvokeInst>(Call)) {
1206       BasicBlock *RetainRVParent = RetainRV->getParent();
1207       if (II->getNormalDest() == RetainRVParent) {
1208         BasicBlock::const_iterator I = RetainRVParent->begin();
1209         while (IsNoopInstruction(I)) ++I;
1210         if (&*I == RetainRV)
1211           return false;
1212       }
1213     }
1214   }
1215
1216   // Check for being preceded by an objc_autoreleaseReturnValue on the same
1217   // pointer. In this case, we can delete the pair.
1218   BasicBlock::iterator I = RetainRV, Begin = RetainRV->getParent()->begin();
1219   if (I != Begin) {
1220     do --I; while (I != Begin && IsNoopInstruction(I));
1221     if (GetBasicInstructionClass(I) == IC_AutoreleaseRV &&
1222         GetObjCArg(I) == Arg) {
1223       Changed = true;
1224       ++NumPeeps;
1225
1226       DEBUG(dbgs() << "Erasing autoreleaseRV,retainRV pair: " << *I << "\n"
1227                    << "Erasing " << *RetainRV << "\n");
1228
1229       EraseInstruction(I);
1230       EraseInstruction(RetainRV);
1231       return true;
1232     }
1233   }
1234
1235   // Turn it to a plain objc_retain.
1236   Changed = true;
1237   ++NumPeeps;
1238
1239   DEBUG(dbgs() << "Transforming objc_retainAutoreleasedReturnValue => "
1240                   "objc_retain since the operand is not a return value.\n"
1241                   "Old = " << *RetainRV << "\n");
1242
1243   Constant *NewDecl = EP.get(ARCRuntimeEntryPoints::EPT_Retain);
1244   cast<CallInst>(RetainRV)->setCalledFunction(NewDecl);
1245
1246   DEBUG(dbgs() << "New = " << *RetainRV << "\n");
1247
1248   return false;
1249 }
1250
1251 /// Turn objc_autoreleaseReturnValue into objc_autorelease if the result is not
1252 /// used as a return value.
1253 void
1254 ObjCARCOpt::OptimizeAutoreleaseRVCall(Function &F, Instruction *AutoreleaseRV,
1255                                       InstructionClass &Class) {
1256   // Check for a return of the pointer value.
1257   const Value *Ptr = GetObjCArg(AutoreleaseRV);
1258   SmallVector<const Value *, 2> Users;
1259   Users.push_back(Ptr);
1260   do {
1261     Ptr = Users.pop_back_val();
1262     for (const User *U : Ptr->users()) {
1263       if (isa<ReturnInst>(U) || GetBasicInstructionClass(U) == IC_RetainRV)
1264         return;
1265       if (isa<BitCastInst>(U))
1266         Users.push_back(U);
1267     }
1268   } while (!Users.empty());
1269
1270   Changed = true;
1271   ++NumPeeps;
1272
1273   DEBUG(dbgs() << "Transforming objc_autoreleaseReturnValue => "
1274                   "objc_autorelease since its operand is not used as a return "
1275                   "value.\n"
1276                   "Old = " << *AutoreleaseRV << "\n");
1277
1278   CallInst *AutoreleaseRVCI = cast<CallInst>(AutoreleaseRV);
1279   Constant *NewDecl = EP.get(ARCRuntimeEntryPoints::EPT_Autorelease);
1280   AutoreleaseRVCI->setCalledFunction(NewDecl);
1281   AutoreleaseRVCI->setTailCall(false); // Never tail call objc_autorelease.
1282   Class = IC_Autorelease;
1283
1284   DEBUG(dbgs() << "New: " << *AutoreleaseRV << "\n");
1285
1286 }
1287
1288 /// Visit each call, one at a time, and make simplifications without doing any
1289 /// additional analysis.
1290 void ObjCARCOpt::OptimizeIndividualCalls(Function &F) {
1291   DEBUG(dbgs() << "\n== ObjCARCOpt::OptimizeIndividualCalls ==\n");
1292   // Reset all the flags in preparation for recomputing them.
1293   UsedInThisFunction = 0;
1294
1295   // Visit all objc_* calls in F.
1296   for (inst_iterator I = inst_begin(&F), E = inst_end(&F); I != E; ) {
1297     Instruction *Inst = &*I++;
1298
1299     InstructionClass Class = GetBasicInstructionClass(Inst);
1300
1301     DEBUG(dbgs() << "Visiting: Class: " << Class << "; " << *Inst << "\n");
1302
1303     switch (Class) {
1304     default: break;
1305
1306     // Delete no-op casts. These function calls have special semantics, but
1307     // the semantics are entirely implemented via lowering in the front-end,
1308     // so by the time they reach the optimizer, they are just no-op calls
1309     // which return their argument.
1310     //
1311     // There are gray areas here, as the ability to cast reference-counted
1312     // pointers to raw void* and back allows code to break ARC assumptions,
1313     // however these are currently considered to be unimportant.
1314     case IC_NoopCast:
1315       Changed = true;
1316       ++NumNoops;
1317       DEBUG(dbgs() << "Erasing no-op cast: " << *Inst << "\n");
1318       EraseInstruction(Inst);
1319       continue;
1320
1321     // If the pointer-to-weak-pointer is null, it's undefined behavior.
1322     case IC_StoreWeak:
1323     case IC_LoadWeak:
1324     case IC_LoadWeakRetained:
1325     case IC_InitWeak:
1326     case IC_DestroyWeak: {
1327       CallInst *CI = cast<CallInst>(Inst);
1328       if (IsNullOrUndef(CI->getArgOperand(0))) {
1329         Changed = true;
1330         Type *Ty = CI->getArgOperand(0)->getType();
1331         new StoreInst(UndefValue::get(cast<PointerType>(Ty)->getElementType()),
1332                       Constant::getNullValue(Ty),
1333                       CI);
1334         llvm::Value *NewValue = UndefValue::get(CI->getType());
1335         DEBUG(dbgs() << "A null pointer-to-weak-pointer is undefined behavior."
1336                        "\nOld = " << *CI << "\nNew = " << *NewValue << "\n");
1337         CI->replaceAllUsesWith(NewValue);
1338         CI->eraseFromParent();
1339         continue;
1340       }
1341       break;
1342     }
1343     case IC_CopyWeak:
1344     case IC_MoveWeak: {
1345       CallInst *CI = cast<CallInst>(Inst);
1346       if (IsNullOrUndef(CI->getArgOperand(0)) ||
1347           IsNullOrUndef(CI->getArgOperand(1))) {
1348         Changed = true;
1349         Type *Ty = CI->getArgOperand(0)->getType();
1350         new StoreInst(UndefValue::get(cast<PointerType>(Ty)->getElementType()),
1351                       Constant::getNullValue(Ty),
1352                       CI);
1353
1354         llvm::Value *NewValue = UndefValue::get(CI->getType());
1355         DEBUG(dbgs() << "A null pointer-to-weak-pointer is undefined behavior."
1356                         "\nOld = " << *CI << "\nNew = " << *NewValue << "\n");
1357
1358         CI->replaceAllUsesWith(NewValue);
1359         CI->eraseFromParent();
1360         continue;
1361       }
1362       break;
1363     }
1364     case IC_RetainRV:
1365       if (OptimizeRetainRVCall(F, Inst))
1366         continue;
1367       break;
1368     case IC_AutoreleaseRV:
1369       OptimizeAutoreleaseRVCall(F, Inst, Class);
1370       break;
1371     }
1372
1373     // objc_autorelease(x) -> objc_release(x) if x is otherwise unused.
1374     if (IsAutorelease(Class) && Inst->use_empty()) {
1375       CallInst *Call = cast<CallInst>(Inst);
1376       const Value *Arg = Call->getArgOperand(0);
1377       Arg = FindSingleUseIdentifiedObject(Arg);
1378       if (Arg) {
1379         Changed = true;
1380         ++NumAutoreleases;
1381
1382         // Create the declaration lazily.
1383         LLVMContext &C = Inst->getContext();
1384
1385         Constant *Decl = EP.get(ARCRuntimeEntryPoints::EPT_Release);
1386         CallInst *NewCall = CallInst::Create(Decl, Call->getArgOperand(0), "",
1387                                              Call);
1388         NewCall->setMetadata(ImpreciseReleaseMDKind, MDNode::get(C, None));
1389
1390         DEBUG(dbgs() << "Replacing autorelease{,RV}(x) with objc_release(x) "
1391               "since x is otherwise unused.\nOld: " << *Call << "\nNew: "
1392               << *NewCall << "\n");
1393
1394         EraseInstruction(Call);
1395         Inst = NewCall;
1396         Class = IC_Release;
1397       }
1398     }
1399
1400     // For functions which can never be passed stack arguments, add
1401     // a tail keyword.
1402     if (IsAlwaysTail(Class)) {
1403       Changed = true;
1404       DEBUG(dbgs() << "Adding tail keyword to function since it can never be "
1405                       "passed stack args: " << *Inst << "\n");
1406       cast<CallInst>(Inst)->setTailCall();
1407     }
1408
1409     // Ensure that functions that can never have a "tail" keyword due to the
1410     // semantics of ARC truly do not do so.
1411     if (IsNeverTail(Class)) {
1412       Changed = true;
1413       DEBUG(dbgs() << "Removing tail keyword from function: " << *Inst <<
1414             "\n");
1415       cast<CallInst>(Inst)->setTailCall(false);
1416     }
1417
1418     // Set nounwind as needed.
1419     if (IsNoThrow(Class)) {
1420       Changed = true;
1421       DEBUG(dbgs() << "Found no throw class. Setting nounwind on: " << *Inst
1422                    << "\n");
1423       cast<CallInst>(Inst)->setDoesNotThrow();
1424     }
1425
1426     if (!IsNoopOnNull(Class)) {
1427       UsedInThisFunction |= 1 << Class;
1428       continue;
1429     }
1430
1431     const Value *Arg = GetObjCArg(Inst);
1432
1433     // ARC calls with null are no-ops. Delete them.
1434     if (IsNullOrUndef(Arg)) {
1435       Changed = true;
1436       ++NumNoops;
1437       DEBUG(dbgs() << "ARC calls with  null are no-ops. Erasing: " << *Inst
1438             << "\n");
1439       EraseInstruction(Inst);
1440       continue;
1441     }
1442
1443     // Keep track of which of retain, release, autorelease, and retain_block
1444     // are actually present in this function.
1445     UsedInThisFunction |= 1 << Class;
1446
1447     // If Arg is a PHI, and one or more incoming values to the
1448     // PHI are null, and the call is control-equivalent to the PHI, and there
1449     // are no relevant side effects between the PHI and the call, the call
1450     // could be pushed up to just those paths with non-null incoming values.
1451     // For now, don't bother splitting critical edges for this.
1452     SmallVector<std::pair<Instruction *, const Value *>, 4> Worklist;
1453     Worklist.push_back(std::make_pair(Inst, Arg));
1454     do {
1455       std::pair<Instruction *, const Value *> Pair = Worklist.pop_back_val();
1456       Inst = Pair.first;
1457       Arg = Pair.second;
1458
1459       const PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(Arg);
1460       if (!PN) continue;
1461
1462       // Determine if the PHI has any null operands, or any incoming
1463       // critical edges.
1464       bool HasNull = false;
1465       bool HasCriticalEdges = false;
1466       for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
1467         Value *Incoming =
1468           StripPointerCastsAndObjCCalls(PN->getIncomingValue(i));
1469         if (IsNullOrUndef(Incoming))
1470           HasNull = true;
1471         else if (cast<TerminatorInst>(PN->getIncomingBlock(i)->back())
1472                    .getNumSuccessors() != 1) {
1473           HasCriticalEdges = true;
1474           break;
1475         }
1476       }
1477       // If we have null operands and no critical edges, optimize.
1478       if (!HasCriticalEdges && HasNull) {
1479         SmallPtrSet<Instruction *, 4> DependingInstructions;
1480         SmallPtrSet<const BasicBlock *, 4> Visited;
1481
1482         // Check that there is nothing that cares about the reference
1483         // count between the call and the phi.
1484         switch (Class) {
1485         case IC_Retain:
1486         case IC_RetainBlock:
1487           // These can always be moved up.
1488           break;
1489         case IC_Release:
1490           // These can't be moved across things that care about the retain
1491           // count.
1492           FindDependencies(NeedsPositiveRetainCount, Arg,
1493                            Inst->getParent(), Inst,
1494                            DependingInstructions, Visited, PA);
1495           break;
1496         case IC_Autorelease:
1497           // These can't be moved across autorelease pool scope boundaries.
1498           FindDependencies(AutoreleasePoolBoundary, Arg,
1499                            Inst->getParent(), Inst,
1500                            DependingInstructions, Visited, PA);
1501           break;
1502         case IC_RetainRV:
1503         case IC_AutoreleaseRV:
1504           // Don't move these; the RV optimization depends on the autoreleaseRV
1505           // being tail called, and the retainRV being immediately after a call
1506           // (which might still happen if we get lucky with codegen layout, but
1507           // it's not worth taking the chance).
1508           continue;
1509         default:
1510           llvm_unreachable("Invalid dependence flavor");
1511         }
1512
1513         if (DependingInstructions.size() == 1 &&
1514             *DependingInstructions.begin() == PN) {
1515           Changed = true;
1516           ++NumPartialNoops;
1517           // Clone the call into each predecessor that has a non-null value.
1518           CallInst *CInst = cast<CallInst>(Inst);
1519           Type *ParamTy = CInst->getArgOperand(0)->getType();
1520           for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
1521             Value *Incoming =
1522               StripPointerCastsAndObjCCalls(PN->getIncomingValue(i));
1523             if (!IsNullOrUndef(Incoming)) {
1524               CallInst *Clone = cast<CallInst>(CInst->clone());
1525               Value *Op = PN->getIncomingValue(i);
1526               Instruction *InsertPos = &PN->getIncomingBlock(i)->back();
1527               if (Op->getType() != ParamTy)
1528                 Op = new BitCastInst(Op, ParamTy, "", InsertPos);
1529               Clone->setArgOperand(0, Op);
1530               Clone->insertBefore(InsertPos);
1531
1532               DEBUG(dbgs() << "Cloning "
1533                            << *CInst << "\n"
1534                            "And inserting clone at " << *InsertPos << "\n");
1535               Worklist.push_back(std::make_pair(Clone, Incoming));
1536             }
1537           }
1538           // Erase the original call.
1539           DEBUG(dbgs() << "Erasing: " << *CInst << "\n");
1540           EraseInstruction(CInst);
1541           continue;
1542         }
1543       }
1544     } while (!Worklist.empty());
1545   }
1546 }
1547
1548 /// If we have a top down pointer in the S_Use state, make sure that there are
1549 /// no CFG hazards by checking the states of various bottom up pointers.
1550 static void CheckForUseCFGHazard(const Sequence SuccSSeq,
1551                                  const bool SuccSRRIKnownSafe,
1552                                  PtrState &S,
1553                                  bool &SomeSuccHasSame,
1554                                  bool &AllSuccsHaveSame,
1555                                  bool &NotAllSeqEqualButKnownSafe,
1556                                  bool &ShouldContinue) {
1557   switch (SuccSSeq) {
1558   case S_CanRelease: {
1559     if (!S.IsKnownSafe() && !SuccSRRIKnownSafe) {
1560       S.ClearSequenceProgress();
1561       break;
1562     }
1563     S.SetCFGHazardAfflicted(true);
1564     ShouldContinue = true;
1565     break;
1566   }
1567   case S_Use:
1568     SomeSuccHasSame = true;
1569     break;
1570   case S_Stop:
1571   case S_Release:
1572   case S_MovableRelease:
1573     if (!S.IsKnownSafe() && !SuccSRRIKnownSafe)
1574       AllSuccsHaveSame = false;
1575     else
1576       NotAllSeqEqualButKnownSafe = true;
1577     break;
1578   case S_Retain:
1579     llvm_unreachable("bottom-up pointer in retain state!");
1580   case S_None:
1581     llvm_unreachable("This should have been handled earlier.");
1582   }
1583 }
1584
1585 /// If we have a Top Down pointer in the S_CanRelease state, make sure that
1586 /// there are no CFG hazards by checking the states of various bottom up
1587 /// pointers.
1588 static void CheckForCanReleaseCFGHazard(const Sequence SuccSSeq,
1589                                         const bool SuccSRRIKnownSafe,
1590                                         PtrState &S,
1591                                         bool &SomeSuccHasSame,
1592                                         bool &AllSuccsHaveSame,
1593                                         bool &NotAllSeqEqualButKnownSafe) {
1594   switch (SuccSSeq) {
1595   case S_CanRelease:
1596     SomeSuccHasSame = true;
1597     break;
1598   case S_Stop:
1599   case S_Release:
1600   case S_MovableRelease:
1601   case S_Use:
1602     if (!S.IsKnownSafe() && !SuccSRRIKnownSafe)
1603       AllSuccsHaveSame = false;
1604     else
1605       NotAllSeqEqualButKnownSafe = true;
1606     break;
1607   case S_Retain:
1608     llvm_unreachable("bottom-up pointer in retain state!");
1609   case S_None:
1610     llvm_unreachable("This should have been handled earlier.");
1611   }
1612 }
1613
1614 /// Check for critical edges, loop boundaries, irreducible control flow, or
1615 /// other CFG structures where moving code across the edge would result in it
1616 /// being executed more.
1617 void
1618 ObjCARCOpt::CheckForCFGHazards(const BasicBlock *BB,
1619                                DenseMap<const BasicBlock *, BBState> &BBStates,
1620                                BBState &MyStates) const {
1621   // If any top-down local-use or possible-dec has a succ which is earlier in
1622   // the sequence, forget it.
1623   for (BBState::ptr_iterator I = MyStates.top_down_ptr_begin(),
1624          E = MyStates.top_down_ptr_end(); I != E; ++I) {
1625     PtrState &S = I->second;
1626     const Sequence Seq = I->second.GetSeq();
1627
1628     // We only care about S_Retain, S_CanRelease, and S_Use.
1629     if (Seq == S_None)
1630       continue;
1631
1632     // Make sure that if extra top down states are added in the future that this
1633     // code is updated to handle it.
1634     assert((Seq == S_Retain || Seq == S_CanRelease || Seq == S_Use) &&
1635            "Unknown top down sequence state.");
1636
1637     const Value *Arg = I->first;
1638     const TerminatorInst *TI = cast<TerminatorInst>(&BB->back());
1639     bool SomeSuccHasSame = false;
1640     bool AllSuccsHaveSame = true;
1641     bool NotAllSeqEqualButKnownSafe = false;
1642
1643     succ_const_iterator SI(TI), SE(TI, false);
1644
1645     for (; SI != SE; ++SI) {
1646       // If VisitBottomUp has pointer information for this successor, take
1647       // what we know about it.
1648       const DenseMap<const BasicBlock *, BBState>::iterator BBI =
1649         BBStates.find(*SI);
1650       assert(BBI != BBStates.end());
1651       const PtrState &SuccS = BBI->second.getPtrBottomUpState(Arg);
1652       const Sequence SuccSSeq = SuccS.GetSeq();
1653
1654       // If bottom up, the pointer is in an S_None state, clear the sequence
1655       // progress since the sequence in the bottom up state finished
1656       // suggesting a mismatch in between retains/releases. This is true for
1657       // all three cases that we are handling here: S_Retain, S_Use, and
1658       // S_CanRelease.
1659       if (SuccSSeq == S_None) {
1660         S.ClearSequenceProgress();
1661         continue;
1662       }
1663
1664       // If we have S_Use or S_CanRelease, perform our check for cfg hazard
1665       // checks.
1666       const bool SuccSRRIKnownSafe = SuccS.IsKnownSafe();
1667
1668       // *NOTE* We do not use Seq from above here since we are allowing for
1669       // S.GetSeq() to change while we are visiting basic blocks.
1670       switch(S.GetSeq()) {
1671       case S_Use: {
1672         bool ShouldContinue = false;
1673         CheckForUseCFGHazard(SuccSSeq, SuccSRRIKnownSafe, S, SomeSuccHasSame,
1674                              AllSuccsHaveSame, NotAllSeqEqualButKnownSafe,
1675                              ShouldContinue);
1676         if (ShouldContinue)
1677           continue;
1678         break;
1679       }
1680       case S_CanRelease: {
1681         CheckForCanReleaseCFGHazard(SuccSSeq, SuccSRRIKnownSafe, S,
1682                                     SomeSuccHasSame, AllSuccsHaveSame,
1683                                     NotAllSeqEqualButKnownSafe);
1684         break;
1685       }
1686       case S_Retain:
1687       case S_None:
1688       case S_Stop:
1689       case S_Release:
1690       case S_MovableRelease:
1691         break;
1692       }
1693     }
1694
1695     // If the state at the other end of any of the successor edges
1696     // matches the current state, require all edges to match. This
1697     // guards against loops in the middle of a sequence.
1698     if (SomeSuccHasSame && !AllSuccsHaveSame) {
1699       S.ClearSequenceProgress();
1700     } else if (NotAllSeqEqualButKnownSafe) {
1701       // If we would have cleared the state foregoing the fact that we are known
1702       // safe, stop code motion. This is because whether or not it is safe to
1703       // remove RR pairs via KnownSafe is an orthogonal concept to whether we
1704       // are allowed to perform code motion.
1705       S.SetCFGHazardAfflicted(true);
1706     }
1707   }
1708 }
1709
1710 bool
1711 ObjCARCOpt::VisitInstructionBottomUp(Instruction *Inst,
1712                                      BasicBlock *BB,
1713                                      MapVector<Value *, RRInfo> &Retains,
1714                                      BBState &MyStates) {
1715   bool NestingDetected = false;
1716   InstructionClass Class = GetInstructionClass(Inst);
1717   const Value *Arg = nullptr;
1718
1719   DEBUG(dbgs() << "Class: " << Class << "\n");
1720
1721   switch (Class) {
1722   case IC_Release: {
1723     Arg = GetObjCArg(Inst);
1724
1725     PtrState &S = MyStates.getPtrBottomUpState(Arg);
1726
1727     // If we see two releases in a row on the same pointer. If so, make
1728     // a note, and we'll cicle back to revisit it after we've
1729     // hopefully eliminated the second release, which may allow us to
1730     // eliminate the first release too.
1731     // Theoretically we could implement removal of nested retain+release
1732     // pairs by making PtrState hold a stack of states, but this is
1733     // simple and avoids adding overhead for the non-nested case.
1734     if (S.GetSeq() == S_Release || S.GetSeq() == S_MovableRelease) {
1735       DEBUG(dbgs() << "Found nested releases (i.e. a release pair)\n");
1736       NestingDetected = true;
1737     }
1738
1739     MDNode *ReleaseMetadata = Inst->getMDNode(ImpreciseReleaseMDKind);
1740     Sequence NewSeq = ReleaseMetadata ? S_MovableRelease : S_Release;
1741     ANNOTATE_BOTTOMUP(Inst, Arg, S.GetSeq(), NewSeq);
1742     S.ResetSequenceProgress(NewSeq);
1743     S.SetReleaseMetadata(ReleaseMetadata);
1744     S.SetKnownSafe(S.HasKnownPositiveRefCount());
1745     S.SetTailCallRelease(cast<CallInst>(Inst)->isTailCall());
1746     S.InsertCall(Inst);
1747     S.SetKnownPositiveRefCount();
1748     break;
1749   }
1750   case IC_RetainBlock:
1751     // In OptimizeIndividualCalls, we have strength reduced all optimizable
1752     // objc_retainBlocks to objc_retains. Thus at this point any
1753     // objc_retainBlocks that we see are not optimizable.
1754     break;
1755   case IC_Retain:
1756   case IC_RetainRV: {
1757     Arg = GetObjCArg(Inst);
1758
1759     PtrState &S = MyStates.getPtrBottomUpState(Arg);
1760     S.SetKnownPositiveRefCount();
1761
1762     Sequence OldSeq = S.GetSeq();
1763     switch (OldSeq) {
1764     case S_Stop:
1765     case S_Release:
1766     case S_MovableRelease:
1767     case S_Use:
1768       // If OldSeq is not S_Use or OldSeq is S_Use and we are tracking an
1769       // imprecise release, clear our reverse insertion points.
1770       if (OldSeq != S_Use || S.IsTrackingImpreciseReleases())
1771         S.ClearReverseInsertPts();
1772       // FALL THROUGH
1773     case S_CanRelease:
1774       // Don't do retain+release tracking for IC_RetainRV, because it's
1775       // better to let it remain as the first instruction after a call.
1776       if (Class != IC_RetainRV)
1777         Retains[Inst] = S.GetRRInfo();
1778       S.ClearSequenceProgress();
1779       break;
1780     case S_None:
1781       break;
1782     case S_Retain:
1783       llvm_unreachable("bottom-up pointer in retain state!");
1784     }
1785     ANNOTATE_BOTTOMUP(Inst, Arg, OldSeq, S.GetSeq());
1786     // A retain moving bottom up can be a use.
1787     break;
1788   }
1789   case IC_AutoreleasepoolPop:
1790     // Conservatively, clear MyStates for all known pointers.
1791     MyStates.clearBottomUpPointers();
1792     return NestingDetected;
1793   case IC_AutoreleasepoolPush:
1794   case IC_None:
1795     // These are irrelevant.
1796     return NestingDetected;
1797   case IC_User:
1798     // If we have a store into an alloca of a pointer we are tracking, the
1799     // pointer has multiple owners implying that we must be more conservative.
1800     //
1801     // This comes up in the context of a pointer being ``KnownSafe''. In the
1802     // presence of a block being initialized, the frontend will emit the
1803     // objc_retain on the original pointer and the release on the pointer loaded
1804     // from the alloca. The optimizer will through the provenance analysis
1805     // realize that the two are related, but since we only require KnownSafe in
1806     // one direction, will match the inner retain on the original pointer with
1807     // the guard release on the original pointer. This is fixed by ensuring that
1808     // in the presence of allocas we only unconditionally remove pointers if
1809     // both our retain and our release are KnownSafe.
1810     if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Inst)) {
1811       if (AreAnyUnderlyingObjectsAnAlloca(SI->getPointerOperand())) {
1812         BBState::ptr_iterator I = MyStates.findPtrBottomUpState(
1813           StripPointerCastsAndObjCCalls(SI->getValueOperand()));
1814         if (I != MyStates.bottom_up_ptr_end())
1815           MultiOwnersSet.insert(I->first);
1816       }
1817     }
1818     break;
1819   default:
1820     break;
1821   }
1822
1823   // Consider any other possible effects of this instruction on each
1824   // pointer being tracked.
1825   for (BBState::ptr_iterator MI = MyStates.bottom_up_ptr_begin(),
1826        ME = MyStates.bottom_up_ptr_end(); MI != ME; ++MI) {
1827     const Value *Ptr = MI->first;
1828     if (Ptr == Arg)
1829       continue; // Handled above.
1830     PtrState &S = MI->second;
1831     Sequence Seq = S.GetSeq();
1832
1833     // Check for possible releases.
1834     if (CanAlterRefCount(Inst, Ptr, PA, Class)) {
1835       DEBUG(dbgs() << "CanAlterRefCount: Seq: " << Seq << "; " << *Ptr
1836             << "\n");
1837       S.ClearKnownPositiveRefCount();
1838       switch (Seq) {
1839       case S_Use:
1840         S.SetSeq(S_CanRelease);
1841         ANNOTATE_BOTTOMUP(Inst, Ptr, Seq, S.GetSeq());
1842         continue;
1843       case S_CanRelease:
1844       case S_Release:
1845       case S_MovableRelease:
1846       case S_Stop:
1847       case S_None:
1848         break;
1849       case S_Retain:
1850         llvm_unreachable("bottom-up pointer in retain state!");
1851       }
1852     }
1853
1854     // Check for possible direct uses.
1855     switch (Seq) {
1856     case S_Release:
1857     case S_MovableRelease:
1858       if (CanUse(Inst, Ptr, PA, Class)) {
1859         DEBUG(dbgs() << "CanUse: Seq: " << Seq << "; " << *Ptr
1860               << "\n");
1861         assert(!S.HasReverseInsertPts());
1862         // If this is an invoke instruction, we're scanning it as part of
1863         // one of its successor blocks, since we can't insert code after it
1864         // in its own block, and we don't want to split critical edges.
1865         if (isa<InvokeInst>(Inst))
1866           S.InsertReverseInsertPt(BB->getFirstInsertionPt());
1867         else
1868           S.InsertReverseInsertPt(std::next(BasicBlock::iterator(Inst)));
1869         S.SetSeq(S_Use);
1870         ANNOTATE_BOTTOMUP(Inst, Ptr, Seq, S_Use);
1871       } else if (Seq == S_Release && IsUser(Class)) {
1872         DEBUG(dbgs() << "PreciseReleaseUse: Seq: " << Seq << "; " << *Ptr
1873               << "\n");
1874         // Non-movable releases depend on any possible objc pointer use.
1875         S.SetSeq(S_Stop);
1876         ANNOTATE_BOTTOMUP(Inst, Ptr, S_Release, S_Stop);
1877         assert(!S.HasReverseInsertPts());
1878         // As above; handle invoke specially.
1879         if (isa<InvokeInst>(Inst))
1880           S.InsertReverseInsertPt(BB->getFirstInsertionPt());
1881         else
1882           S.InsertReverseInsertPt(std::next(BasicBlock::iterator(Inst)));
1883       }
1884       break;
1885     case S_Stop:
1886       if (CanUse(Inst, Ptr, PA, Class)) {
1887         DEBUG(dbgs() << "PreciseStopUse: Seq: " << Seq << "; " << *Ptr
1888               << "\n");
1889         S.SetSeq(S_Use);
1890         ANNOTATE_BOTTOMUP(Inst, Ptr, Seq, S_Use);
1891       }
1892       break;
1893     case S_CanRelease:
1894     case S_Use:
1895     case S_None:
1896       break;
1897     case S_Retain:
1898       llvm_unreachable("bottom-up pointer in retain state!");
1899     }
1900   }
1901
1902   return NestingDetected;
1903 }
1904
1905 bool
1906 ObjCARCOpt::VisitBottomUp(BasicBlock *BB,
1907                           DenseMap<const BasicBlock *, BBState> &BBStates,
1908                           MapVector<Value *, RRInfo> &Retains) {
1909
1910   DEBUG(dbgs() << "\n== ObjCARCOpt::VisitBottomUp ==\n");
1911
1912   bool NestingDetected = false;
1913   BBState &MyStates = BBStates[BB];
1914
1915   // Merge the states from each successor to compute the initial state
1916   // for the current block.
1917   BBState::edge_iterator SI(MyStates.succ_begin()),
1918                          SE(MyStates.succ_end());
1919   if (SI != SE) {
1920     const BasicBlock *Succ = *SI;
1921     DenseMap<const BasicBlock *, BBState>::iterator I = BBStates.find(Succ);
1922     assert(I != BBStates.end());
1923     MyStates.InitFromSucc(I->second);
1924     ++SI;
1925     for (; SI != SE; ++SI) {
1926       Succ = *SI;
1927       I = BBStates.find(Succ);
1928       assert(I != BBStates.end());
1929       MyStates.MergeSucc(I->second);
1930     }
1931   }
1932
1933   // If ARC Annotations are enabled, output the current state of pointers at the
1934   // bottom of the basic block.
1935   ANNOTATE_BOTTOMUP_BBEND(MyStates, BB);
1936
1937   // Visit all the instructions, bottom-up.
1938   for (BasicBlock::iterator I = BB->end(), E = BB->begin(); I != E; --I) {
1939     Instruction *Inst = std::prev(I);
1940
1941     // Invoke instructions are visited as part of their successors (below).
1942     if (isa<InvokeInst>(Inst))
1943       continue;
1944
1945     DEBUG(dbgs() << "Visiting " << *Inst << "\n");
1946
1947     NestingDetected |= VisitInstructionBottomUp(Inst, BB, Retains, MyStates);
1948   }
1949
1950   // If there's a predecessor with an invoke, visit the invoke as if it were
1951   // part of this block, since we can't insert code after an invoke in its own
1952   // block, and we don't want to split critical edges.
1953   for (BBState::edge_iterator PI(MyStates.pred_begin()),
1954        PE(MyStates.pred_end()); PI != PE; ++PI) {
1955     BasicBlock *Pred = *PI;
1956     if (InvokeInst *II = dyn_cast<InvokeInst>(&Pred->back()))
1957       NestingDetected |= VisitInstructionBottomUp(II, BB, Retains, MyStates);
1958   }
1959
1960   // If ARC Annotations are enabled, output the current state of pointers at the
1961   // top of the basic block.
1962   ANNOTATE_BOTTOMUP_BBSTART(MyStates, BB);
1963
1964   return NestingDetected;
1965 }
1966
1967 bool
1968 ObjCARCOpt::VisitInstructionTopDown(Instruction *Inst,
1969                                     DenseMap<Value *, RRInfo> &Releases,
1970                                     BBState &MyStates) {
1971   bool NestingDetected = false;
1972   InstructionClass Class = GetInstructionClass(Inst);
1973   const Value *Arg = nullptr;
1974
1975   switch (Class) {
1976   case IC_RetainBlock:
1977     // In OptimizeIndividualCalls, we have strength reduced all optimizable
1978     // objc_retainBlocks to objc_retains. Thus at this point any
1979     // objc_retainBlocks that we see are not optimizable.
1980     break;
1981   case IC_Retain:
1982   case IC_RetainRV: {
1983     Arg = GetObjCArg(Inst);
1984
1985     PtrState &S = MyStates.getPtrTopDownState(Arg);
1986
1987     // Don't do retain+release tracking for IC_RetainRV, because it's
1988     // better to let it remain as the first instruction after a call.
1989     if (Class != IC_RetainRV) {
1990       // If we see two retains in a row on the same pointer. If so, make
1991       // a note, and we'll cicle back to revisit it after we've
1992       // hopefully eliminated the second retain, which may allow us to
1993       // eliminate the first retain too.
1994       // Theoretically we could implement removal of nested retain+release
1995       // pairs by making PtrState hold a stack of states, but this is
1996       // simple and avoids adding overhead for the non-nested case.
1997       if (S.GetSeq() == S_Retain)
1998         NestingDetected = true;
1999
2000       ANNOTATE_TOPDOWN(Inst, Arg, S.GetSeq(), S_Retain);
2001       S.ResetSequenceProgress(S_Retain);
2002       S.SetKnownSafe(S.HasKnownPositiveRefCount());
2003       S.InsertCall(Inst);
2004     }
2005
2006     S.SetKnownPositiveRefCount();
2007
2008     // A retain can be a potential use; procede to the generic checking
2009     // code below.
2010     break;
2011   }
2012   case IC_Release: {
2013     Arg = GetObjCArg(Inst);
2014
2015     PtrState &S = MyStates.getPtrTopDownState(Arg);
2016     S.ClearKnownPositiveRefCount();
2017
2018     Sequence OldSeq = S.GetSeq();
2019
2020     MDNode *ReleaseMetadata = Inst->getMDNode(ImpreciseReleaseMDKind);
2021
2022     switch (OldSeq) {
2023     case S_Retain:
2024     case S_CanRelease:
2025       if (OldSeq == S_Retain || ReleaseMetadata != nullptr)
2026         S.ClearReverseInsertPts();
2027       // FALL THROUGH
2028     case S_Use:
2029       S.SetReleaseMetadata(ReleaseMetadata);
2030       S.SetTailCallRelease(cast<CallInst>(Inst)->isTailCall());
2031       Releases[Inst] = S.GetRRInfo();
2032       ANNOTATE_TOPDOWN(Inst, Arg, S.GetSeq(), S_None);
2033       S.ClearSequenceProgress();
2034       break;
2035     case S_None:
2036       break;
2037     case S_Stop:
2038     case S_Release:
2039     case S_MovableRelease:
2040       llvm_unreachable("top-down pointer in release state!");
2041     }
2042     break;
2043   }
2044   case IC_AutoreleasepoolPop:
2045     // Conservatively, clear MyStates for all known pointers.
2046     MyStates.clearTopDownPointers();
2047     return NestingDetected;
2048   case IC_AutoreleasepoolPush:
2049   case IC_None:
2050     // These are irrelevant.
2051     return NestingDetected;
2052   default:
2053     break;
2054   }
2055
2056   // Consider any other possible effects of this instruction on each
2057   // pointer being tracked.
2058   for (BBState::ptr_iterator MI = MyStates.top_down_ptr_begin(),
2059        ME = MyStates.top_down_ptr_end(); MI != ME; ++MI) {
2060     const Value *Ptr = MI->first;
2061     if (Ptr == Arg)
2062       continue; // Handled above.
2063     PtrState &S = MI->second;
2064     Sequence Seq = S.GetSeq();
2065
2066     // Check for possible releases.
2067     if (CanAlterRefCount(Inst, Ptr, PA, Class)) {
2068       DEBUG(dbgs() << "CanAlterRefCount: Seq: " << Seq << "; " << *Ptr
2069             << "\n");
2070       S.ClearKnownPositiveRefCount();
2071       switch (Seq) {
2072       case S_Retain:
2073         S.SetSeq(S_CanRelease);
2074         ANNOTATE_TOPDOWN(Inst, Ptr, Seq, S_CanRelease);
2075         assert(!S.HasReverseInsertPts());
2076         S.InsertReverseInsertPt(Inst);
2077
2078         // One call can't cause a transition from S_Retain to S_CanRelease
2079         // and S_CanRelease to S_Use. If we've made the first transition,
2080         // we're done.
2081         continue;
2082       case S_Use:
2083       case S_CanRelease:
2084       case S_None:
2085         break;
2086       case S_Stop:
2087       case S_Release:
2088       case S_MovableRelease:
2089         llvm_unreachable("top-down pointer in release state!");
2090       }
2091     }
2092
2093     // Check for possible direct uses.
2094     switch (Seq) {
2095     case S_CanRelease:
2096       if (CanUse(Inst, Ptr, PA, Class)) {
2097         DEBUG(dbgs() << "CanUse: Seq: " << Seq << "; " << *Ptr
2098               << "\n");
2099         S.SetSeq(S_Use);
2100         ANNOTATE_TOPDOWN(Inst, Ptr, Seq, S_Use);
2101       }
2102       break;
2103     case S_Retain:
2104     case S_Use:
2105     case S_None:
2106       break;
2107     case S_Stop:
2108     case S_Release:
2109     case S_MovableRelease:
2110       llvm_unreachable("top-down pointer in release state!");
2111     }
2112   }
2113
2114   return NestingDetected;
2115 }
2116
2117 bool
2118 ObjCARCOpt::VisitTopDown(BasicBlock *BB,
2119                          DenseMap<const BasicBlock *, BBState> &BBStates,
2120                          DenseMap<Value *, RRInfo> &Releases) {
2121   DEBUG(dbgs() << "\n== ObjCARCOpt::VisitTopDown ==\n");
2122   bool NestingDetected = false;
2123   BBState &MyStates = BBStates[BB];
2124
2125   // Merge the states from each predecessor to compute the initial state
2126   // for the current block.
2127   BBState::edge_iterator PI(MyStates.pred_begin()),
2128                          PE(MyStates.pred_end());
2129   if (PI != PE) {
2130     const BasicBlock *Pred = *PI;
2131     DenseMap<const BasicBlock *, BBState>::iterator I = BBStates.find(Pred);
2132     assert(I != BBStates.end());
2133     MyStates.InitFromPred(I->second);
2134     ++PI;
2135     for (; PI != PE; ++PI) {
2136       Pred = *PI;
2137       I = BBStates.find(Pred);
2138       assert(I != BBStates.end());
2139       MyStates.MergePred(I->second);
2140     }
2141   }
2142
2143   // If ARC Annotations are enabled, output the current state of pointers at the
2144   // top of the basic block.
2145   ANNOTATE_TOPDOWN_BBSTART(MyStates, BB);
2146
2147   // Visit all the instructions, top-down.
2148   for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(), E = BB->end(); I != E; ++I) {
2149     Instruction *Inst = I;
2150
2151     DEBUG(dbgs() << "Visiting " << *Inst << "\n");
2152
2153     NestingDetected |= VisitInstructionTopDown(Inst, Releases, MyStates);
2154   }
2155
2156   // If ARC Annotations are enabled, output the current state of pointers at the
2157   // bottom of the basic block.
2158   ANNOTATE_TOPDOWN_BBEND(MyStates, BB);
2159
2160 #ifdef ARC_ANNOTATIONS
2161   if (!(EnableARCAnnotations && DisableCheckForCFGHazards))
2162 #endif
2163   CheckForCFGHazards(BB, BBStates, MyStates);
2164   return NestingDetected;
2165 }
2166
2167 static void
2168 ComputePostOrders(Function &F,
2169                   SmallVectorImpl<BasicBlock *> &PostOrder,
2170                   SmallVectorImpl<BasicBlock *> &ReverseCFGPostOrder,
2171                   unsigned NoObjCARCExceptionsMDKind,
2172                   DenseMap<const BasicBlock *, BBState> &BBStates) {
2173   /// The visited set, for doing DFS walks.
2174   SmallPtrSet<BasicBlock *, 16> Visited;
2175
2176   // Do DFS, computing the PostOrder.
2177   SmallPtrSet<BasicBlock *, 16> OnStack;
2178   SmallVector<std::pair<BasicBlock *, succ_iterator>, 16> SuccStack;
2179
2180   // Functions always have exactly one entry block, and we don't have
2181   // any other block that we treat like an entry block.
2182   BasicBlock *EntryBB = &F.getEntryBlock();
2183   BBState &MyStates = BBStates[EntryBB];
2184   MyStates.SetAsEntry();
2185   TerminatorInst *EntryTI = cast<TerminatorInst>(&EntryBB->back());
2186   SuccStack.push_back(std::make_pair(EntryBB, succ_iterator(EntryTI)));
2187   Visited.insert(EntryBB);
2188   OnStack.insert(EntryBB);
2189   do {
2190   dfs_next_succ:
2191     BasicBlock *CurrBB = SuccStack.back().first;
2192     TerminatorInst *TI = cast<TerminatorInst>(&CurrBB->back());
2193     succ_iterator SE(TI, false);
2194
2195     while (SuccStack.back().second != SE) {
2196       BasicBlock *SuccBB = *SuccStack.back().second++;
2197       if (Visited.insert(SuccBB)) {
2198         TerminatorInst *TI = cast<TerminatorInst>(&SuccBB->back());
2199         SuccStack.push_back(std::make_pair(SuccBB, succ_iterator(TI)));
2200         BBStates[CurrBB].addSucc(SuccBB);
2201         BBState &SuccStates = BBStates[SuccBB];
2202         SuccStates.addPred(CurrBB);
2203         OnStack.insert(SuccBB);
2204         goto dfs_next_succ;
2205       }
2206
2207       if (!OnStack.count(SuccBB)) {
2208         BBStates[CurrBB].addSucc(SuccBB);
2209         BBStates[SuccBB].addPred(CurrBB);
2210       }
2211     }
2212     OnStack.erase(CurrBB);
2213     PostOrder.push_back(CurrBB);
2214     SuccStack.pop_back();
2215   } while (!SuccStack.empty());
2216
2217   Visited.clear();
2218
2219   // Do reverse-CFG DFS, computing the reverse-CFG PostOrder.
2220   // Functions may have many exits, and there also blocks which we treat
2221   // as exits due to ignored edges.
2222   SmallVector<std::pair<BasicBlock *, BBState::edge_iterator>, 16> PredStack;
2223   for (Function::iterator I = F.begin(), E = F.end(); I != E; ++I) {
2224     BasicBlock *ExitBB = I;
2225     BBState &MyStates = BBStates[ExitBB];
2226     if (!MyStates.isExit())
2227       continue;
2228
2229     MyStates.SetAsExit();
2230
2231     PredStack.push_back(std::make_pair(ExitBB, MyStates.pred_begin()));
2232     Visited.insert(ExitBB);
2233     while (!PredStack.empty()) {
2234     reverse_dfs_next_succ:
2235       BBState::edge_iterator PE = BBStates[PredStack.back().first].pred_end();
2236       while (PredStack.back().second != PE) {
2237         BasicBlock *BB = *PredStack.back().second++;
2238         if (Visited.insert(BB)) {
2239           PredStack.push_back(std::make_pair(BB, BBStates[BB].pred_begin()));
2240           goto reverse_dfs_next_succ;
2241         }
2242       }
2243       ReverseCFGPostOrder.push_back(PredStack.pop_back_val().first);
2244     }
2245   }
2246 }
2247
2248 // Visit the function both top-down and bottom-up.
2249 bool
2250 ObjCARCOpt::Visit(Function &F,
2251                   DenseMap<const BasicBlock *, BBState> &BBStates,
2252                   MapVector<Value *, RRInfo> &Retains,
2253                   DenseMap<Value *, RRInfo> &Releases) {
2254
2255   // Use reverse-postorder traversals, because we magically know that loops
2256   // will be well behaved, i.e. they won't repeatedly call retain on a single
2257   // pointer without doing a release. We can't use the ReversePostOrderTraversal
2258   // class here because we want the reverse-CFG postorder to consider each
2259   // function exit point, and we want to ignore selected cycle edges.
2260   SmallVector<BasicBlock *, 16> PostOrder;
2261   SmallVector<BasicBlock *, 16> ReverseCFGPostOrder;
2262   ComputePostOrders(F, PostOrder, ReverseCFGPostOrder,
2263                     NoObjCARCExceptionsMDKind,
2264                     BBStates);
2265
2266   // Use reverse-postorder on the reverse CFG for bottom-up.
2267   bool BottomUpNestingDetected = false;
2268   for (SmallVectorImpl<BasicBlock *>::const_reverse_iterator I =
2269        ReverseCFGPostOrder.rbegin(), E = ReverseCFGPostOrder.rend();
2270        I != E; ++I)
2271     BottomUpNestingDetected |= VisitBottomUp(*I, BBStates, Retains);
2272
2273   // Use reverse-postorder for top-down.
2274   bool TopDownNestingDetected = false;
2275   for (SmallVectorImpl<BasicBlock *>::const_reverse_iterator I =
2276        PostOrder.rbegin(), E = PostOrder.rend();
2277        I != E; ++I)
2278     TopDownNestingDetected |= VisitTopDown(*I, BBStates, Releases);
2279
2280   return TopDownNestingDetected && BottomUpNestingDetected;
2281 }
2282
2283 /// Move the calls in RetainsToMove and ReleasesToMove.
2284 void ObjCARCOpt::MoveCalls(Value *Arg,
2285                            RRInfo &RetainsToMove,
2286                            RRInfo &ReleasesToMove,
2287                            MapVector<Value *, RRInfo> &Retains,
2288                            DenseMap<Value *, RRInfo> &Releases,
2289                            SmallVectorImpl<Instruction *> &DeadInsts,
2290                            Module *M) {
2291   Type *ArgTy = Arg->getType();
2292   Type *ParamTy = PointerType::getUnqual(Type::getInt8Ty(ArgTy->getContext()));
2293
2294   DEBUG(dbgs() << "== ObjCARCOpt::MoveCalls ==\n");
2295
2296   // Insert the new retain and release calls.
2297   for (Instruction *InsertPt : ReleasesToMove.ReverseInsertPts) {
2298     Value *MyArg = ArgTy == ParamTy ? Arg :
2299                    new BitCastInst(Arg, ParamTy, "", InsertPt);
2300     Constant *Decl = EP.get(ARCRuntimeEntryPoints::EPT_Retain);
2301     CallInst *Call = CallInst::Create(Decl, MyArg, "", InsertPt);
2302     Call->setDoesNotThrow();
2303     Call->setTailCall();
2304
2305     DEBUG(dbgs() << "Inserting new Retain: " << *Call << "\n"
2306                     "At insertion point: " << *InsertPt << "\n");
2307   }
2308   for (Instruction *InsertPt : RetainsToMove.ReverseInsertPts) {
2309     Value *MyArg = ArgTy == ParamTy ? Arg :
2310                    new BitCastInst(Arg, ParamTy, "", InsertPt);
2311     Constant *Decl = EP.get(ARCRuntimeEntryPoints::EPT_Release);
2312     CallInst *Call = CallInst::Create(Decl, MyArg, "", InsertPt);
2313     // Attach a clang.imprecise_release metadata tag, if appropriate.
2314     if (MDNode *M = ReleasesToMove.ReleaseMetadata)
2315       Call->setMetadata(ImpreciseReleaseMDKind, M);
2316     Call->setDoesNotThrow();
2317     if (ReleasesToMove.IsTailCallRelease)
2318       Call->setTailCall();
2319
2320     DEBUG(dbgs() << "Inserting new Release: " << *Call << "\n"
2321                     "At insertion point: " << *InsertPt << "\n");
2322   }
2323
2324   // Delete the original retain and release calls.
2325   for (Instruction *OrigRetain : RetainsToMove.Calls) {
2326     Retains.blot(OrigRetain);
2327     DeadInsts.push_back(OrigRetain);
2328     DEBUG(dbgs() << "Deleting retain: " << *OrigRetain << "\n");
2329   }
2330   for (Instruction *OrigRelease : ReleasesToMove.Calls) {
2331     Releases.erase(OrigRelease);
2332     DeadInsts.push_back(OrigRelease);
2333     DEBUG(dbgs() << "Deleting release: " << *OrigRelease << "\n");
2334   }
2335
2336 }
2337
2338 bool
2339 ObjCARCOpt::ConnectTDBUTraversals(DenseMap<const BasicBlock *, BBState>
2340                                     &BBStates,
2341                                   MapVector<Value *, RRInfo> &Retains,
2342                                   DenseMap<Value *, RRInfo> &Releases,
2343                                   Module *M,
2344                                   SmallVectorImpl<Instruction *> &NewRetains,
2345                                   SmallVectorImpl<Instruction *> &NewReleases,
2346                                   SmallVectorImpl<Instruction *> &DeadInsts,
2347                                   RRInfo &RetainsToMove,
2348                                   RRInfo &ReleasesToMove,
2349                                   Value *Arg,
2350                                   bool KnownSafe,
2351                                   bool &AnyPairsCompletelyEliminated) {
2352   // If a pair happens in a region where it is known that the reference count
2353   // is already incremented, we can similarly ignore possible decrements unless
2354   // we are dealing with a retainable object with multiple provenance sources.
2355   bool KnownSafeTD = true, KnownSafeBU = true;
2356   bool MultipleOwners = false;
2357   bool CFGHazardAfflicted = false;
2358
2359   // Connect the dots between the top-down-collected RetainsToMove and
2360   // bottom-up-collected ReleasesToMove to form sets of related calls.
2361   // This is an iterative process so that we connect multiple releases
2362   // to multiple retains if needed.
2363   unsigned OldDelta = 0;
2364   unsigned NewDelta = 0;
2365   unsigned OldCount = 0;
2366   unsigned NewCount = 0;
2367   bool FirstRelease = true;
2368   for (;;) {
2369     for (SmallVectorImpl<Instruction *>::const_iterator
2370            NI = NewRetains.begin(), NE = NewRetains.end(); NI != NE; ++NI) {
2371       Instruction *NewRetain = *NI;
2372       MapVector<Value *, RRInfo>::const_iterator It = Retains.find(NewRetain);
2373       assert(It != Retains.end());
2374       const RRInfo &NewRetainRRI = It->second;
2375       KnownSafeTD &= NewRetainRRI.KnownSafe;
2376       MultipleOwners =
2377         MultipleOwners || MultiOwnersSet.count(GetObjCArg(NewRetain));
2378       for (Instruction *NewRetainRelease : NewRetainRRI.Calls) {
2379         DenseMap<Value *, RRInfo>::const_iterator Jt =
2380           Releases.find(NewRetainRelease);
2381         if (Jt == Releases.end())
2382           return false;
2383         const RRInfo &NewRetainReleaseRRI = Jt->second;
2384
2385         // If the release does not have a reference to the retain as well,
2386         // something happened which is unaccounted for. Do not do anything.
2387         //
2388         // This can happen if we catch an additive overflow during path count
2389         // merging.
2390         if (!NewRetainReleaseRRI.Calls.count(NewRetain))
2391           return false;
2392
2393         if (ReleasesToMove.Calls.insert(NewRetainRelease)) {
2394
2395           // If we overflow when we compute the path count, don't remove/move
2396           // anything.
2397           const BBState &NRRBBState = BBStates[NewRetainRelease->getParent()];
2398           unsigned PathCount = BBState::OverflowOccurredValue;
2399           if (NRRBBState.GetAllPathCountWithOverflow(PathCount))
2400             return false;
2401           assert(PathCount != BBState::OverflowOccurredValue &&
2402                  "PathCount at this point can not be "
2403                  "OverflowOccurredValue.");
2404           OldDelta -= PathCount;
2405
2406           // Merge the ReleaseMetadata and IsTailCallRelease values.
2407           if (FirstRelease) {
2408             ReleasesToMove.ReleaseMetadata =
2409               NewRetainReleaseRRI.ReleaseMetadata;
2410             ReleasesToMove.IsTailCallRelease =
2411               NewRetainReleaseRRI.IsTailCallRelease;
2412             FirstRelease = false;
2413           } else {
2414             if (ReleasesToMove.ReleaseMetadata !=
2415                 NewRetainReleaseRRI.ReleaseMetadata)
2416               ReleasesToMove.ReleaseMetadata = nullptr;
2417             if (ReleasesToMove.IsTailCallRelease !=
2418                 NewRetainReleaseRRI.IsTailCallRelease)
2419               ReleasesToMove.IsTailCallRelease = false;
2420           }
2421
2422           // Collect the optimal insertion points.
2423           if (!KnownSafe)
2424             for (Instruction *RIP : NewRetainReleaseRRI.ReverseInsertPts) {
2425               if (ReleasesToMove.ReverseInsertPts.insert(RIP)) {
2426                 // If we overflow when we compute the path count, don't
2427                 // remove/move anything.
2428                 const BBState &RIPBBState = BBStates[RIP->getParent()];
2429                 PathCount = BBState::OverflowOccurredValue;
2430                 if (RIPBBState.GetAllPathCountWithOverflow(PathCount))
2431                   return false;
2432                 assert(PathCount != BBState::OverflowOccurredValue &&
2433                        "PathCount at this point can not be "
2434                        "OverflowOccurredValue.");
2435                 NewDelta -= PathCount;
2436               }
2437             }
2438           NewReleases.push_back(NewRetainRelease);
2439         }
2440       }
2441     }
2442     NewRetains.clear();
2443     if (NewReleases.empty()) break;
2444
2445     // Back the other way.
2446     for (SmallVectorImpl<Instruction *>::const_iterator
2447            NI = NewReleases.begin(), NE = NewReleases.end(); NI != NE; ++NI) {
2448       Instruction *NewRelease = *NI;
2449       DenseMap<Value *, RRInfo>::const_iterator It =
2450         Releases.find(NewRelease);
2451       assert(It != Releases.end());
2452       const RRInfo &NewReleaseRRI = It->second;
2453       KnownSafeBU &= NewReleaseRRI.KnownSafe;
2454       CFGHazardAfflicted |= NewReleaseRRI.CFGHazardAfflicted;
2455       for (Instruction *NewReleaseRetain : NewReleaseRRI.Calls) {
2456         MapVector<Value *, RRInfo>::const_iterator Jt =
2457           Retains.find(NewReleaseRetain);
2458         if (Jt == Retains.end())
2459           return false;
2460         const RRInfo &NewReleaseRetainRRI = Jt->second;
2461
2462         // If the retain does not have a reference to the release as well,
2463         // something happened which is unaccounted for. Do not do anything.
2464         //
2465         // This can happen if we catch an additive overflow during path count
2466         // merging.
2467         if (!NewReleaseRetainRRI.Calls.count(NewRelease))
2468           return false;
2469
2470         if (RetainsToMove.Calls.insert(NewReleaseRetain)) {
2471           // If we overflow when we compute the path count, don't remove/move
2472           // anything.
2473           const BBState &NRRBBState = BBStates[NewReleaseRetain->getParent()];
2474           unsigned PathCount = BBState::OverflowOccurredValue;
2475           if (NRRBBState.GetAllPathCountWithOverflow(PathCount))
2476             return false;
2477           assert(PathCount != BBState::OverflowOccurredValue &&
2478                  "PathCount at this point can not be "
2479                  "OverflowOccurredValue.");
2480           OldDelta += PathCount;
2481           OldCount += PathCount;
2482
2483           // Collect the optimal insertion points.
2484           if (!KnownSafe)
2485             for (Instruction *RIP : NewReleaseRetainRRI.ReverseInsertPts) {
2486               if (RetainsToMove.ReverseInsertPts.insert(RIP)) {
2487                 // If we overflow when we compute the path count, don't
2488                 // remove/move anything.
2489                 const BBState &RIPBBState = BBStates[RIP->getParent()];
2490
2491                 PathCount = BBState::OverflowOccurredValue;
2492                 if (RIPBBState.GetAllPathCountWithOverflow(PathCount))
2493                   return false;
2494                 assert(PathCount != BBState::OverflowOccurredValue &&
2495                        "PathCount at this point can not be "
2496                        "OverflowOccurredValue.");
2497                 NewDelta += PathCount;
2498                 NewCount += PathCount;
2499               }
2500             }
2501           NewRetains.push_back(NewReleaseRetain);
2502         }
2503       }
2504     }
2505     NewReleases.clear();
2506     if (NewRetains.empty()) break;
2507   }
2508
2509   // If the pointer is known incremented in 1 direction and we do not have
2510   // MultipleOwners, we can safely remove the retain/releases. Otherwise we need
2511   // to be known safe in both directions.
2512   bool UnconditionallySafe = (KnownSafeTD && KnownSafeBU) ||
2513     ((KnownSafeTD || KnownSafeBU) && !MultipleOwners);
2514   if (UnconditionallySafe) {
2515     RetainsToMove.ReverseInsertPts.clear();
2516     ReleasesToMove.ReverseInsertPts.clear();
2517     NewCount = 0;
2518   } else {
2519     // Determine whether the new insertion points we computed preserve the
2520     // balance of retain and release calls through the program.
2521     // TODO: If the fully aggressive solution isn't valid, try to find a
2522     // less aggressive solution which is.
2523     if (NewDelta != 0)
2524       return false;
2525
2526     // At this point, we are not going to remove any RR pairs, but we still are
2527     // able to move RR pairs. If one of our pointers is afflicted with
2528     // CFGHazards, we cannot perform such code motion so exit early.
2529     const bool WillPerformCodeMotion = RetainsToMove.ReverseInsertPts.size() ||
2530       ReleasesToMove.ReverseInsertPts.size();
2531     if (CFGHazardAfflicted && WillPerformCodeMotion)
2532       return false;
2533   }
2534
2535   // Determine whether the original call points are balanced in the retain and
2536   // release calls through the program. If not, conservatively don't touch
2537   // them.
2538   // TODO: It's theoretically possible to do code motion in this case, as
2539   // long as the existing imbalances are maintained.
2540   if (OldDelta != 0)
2541     return false;
2542
2543 #ifdef ARC_ANNOTATIONS
2544   // Do not move calls if ARC annotations are requested.
2545   if (EnableARCAnnotations)
2546     return false;
2547 #endif // ARC_ANNOTATIONS
2548
2549   Changed = true;
2550   assert(OldCount != 0 && "Unreachable code?");
2551   NumRRs += OldCount - NewCount;
2552   // Set to true if we completely removed any RR pairs.
2553   AnyPairsCompletelyEliminated = NewCount == 0;
2554
2555   // We can move calls!
2556   return true;
2557 }
2558
2559 /// Identify pairings between the retains and releases, and delete and/or move
2560 /// them.
2561 bool
2562 ObjCARCOpt::PerformCodePlacement(DenseMap<const BasicBlock *, BBState>
2563                                    &BBStates,
2564                                  MapVector<Value *, RRInfo> &Retains,
2565                                  DenseMap<Value *, RRInfo> &Releases,
2566                                  Module *M) {
2567   DEBUG(dbgs() << "\n== ObjCARCOpt::PerformCodePlacement ==\n");
2568
2569   bool AnyPairsCompletelyEliminated = false;
2570   RRInfo RetainsToMove;
2571   RRInfo ReleasesToMove;
2572   SmallVector<Instruction *, 4> NewRetains;
2573   SmallVector<Instruction *, 4> NewReleases;
2574   SmallVector<Instruction *, 8> DeadInsts;
2575
2576   // Visit each retain.
2577   for (MapVector<Value *, RRInfo>::const_iterator I = Retains.begin(),
2578        E = Retains.end(); I != E; ++I) {
2579     Value *V = I->first;
2580     if (!V) continue; // blotted
2581
2582     Instruction *Retain = cast<Instruction>(V);
2583
2584     DEBUG(dbgs() << "Visiting: " << *Retain << "\n");
2585
2586     Value *Arg = GetObjCArg(Retain);
2587
2588     // If the object being released is in static or stack storage, we know it's
2589     // not being managed by ObjC reference counting, so we can delete pairs
2590     // regardless of what possible decrements or uses lie between them.
2591     bool KnownSafe = isa<Constant>(Arg) || isa<AllocaInst>(Arg);
2592
2593     // A constant pointer can't be pointing to an object on the heap. It may
2594     // be reference-counted, but it won't be deleted.
2595     if (const LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(Arg))
2596       if (const GlobalVariable *GV =
2597             dyn_cast<GlobalVariable>(
2598               StripPointerCastsAndObjCCalls(LI->getPointerOperand())))
2599         if (GV->isConstant())
2600           KnownSafe = true;
2601
2602     // Connect the dots between the top-down-collected RetainsToMove and
2603     // bottom-up-collected ReleasesToMove to form sets of related calls.
2604     NewRetains.push_back(Retain);
2605     bool PerformMoveCalls =
2606       ConnectTDBUTraversals(BBStates, Retains, Releases, M, NewRetains,
2607                             NewReleases, DeadInsts, RetainsToMove,
2608                             ReleasesToMove, Arg, KnownSafe,
2609                             AnyPairsCompletelyEliminated);
2610
2611     if (PerformMoveCalls) {
2612       // Ok, everything checks out and we're all set. Let's move/delete some
2613       // code!
2614       MoveCalls(Arg, RetainsToMove, ReleasesToMove,
2615                 Retains, Releases, DeadInsts, M);
2616     }
2617
2618     // Clean up state for next retain.
2619     NewReleases.clear();
2620     NewRetains.clear();
2621     RetainsToMove.clear();
2622     ReleasesToMove.clear();
2623   }
2624
2625   // Now that we're done moving everything, we can delete the newly dead
2626   // instructions, as we no longer need them as insert points.
2627   while (!DeadInsts.empty())
2628     EraseInstruction(DeadInsts.pop_back_val());
2629
2630   return AnyPairsCompletelyEliminated;
2631 }
2632
2633 /// Weak pointer optimizations.
2634 void ObjCARCOpt::OptimizeWeakCalls(Function &F) {
2635   DEBUG(dbgs() << "\n== ObjCARCOpt::OptimizeWeakCalls ==\n");
2636
2637   // First, do memdep-style RLE and S2L optimizations. We can't use memdep
2638   // itself because it uses AliasAnalysis and we need to do provenance
2639   // queries instead.
2640   for (inst_iterator I = inst_begin(&F), E = inst_end(&F); I != E; ) {
2641     Instruction *Inst = &*I++;
2642
2643     DEBUG(dbgs() << "Visiting: " << *Inst << "\n");
2644
2645     InstructionClass Class = GetBasicInstructionClass(Inst);
2646     if (Class != IC_LoadWeak && Class != IC_LoadWeakRetained)
2647       continue;
2648
2649     // Delete objc_loadWeak calls with no users.
2650     if (Class == IC_LoadWeak && Inst->use_empty()) {
2651       Inst->eraseFromParent();
2652       continue;
2653     }
2654
2655     // TODO: For now, just look for an earlier available version of this value
2656     // within the same block. Theoretically, we could do memdep-style non-local
2657     // analysis too, but that would want caching. A better approach would be to
2658     // use the technique that EarlyCSE uses.
2659     inst_iterator Current = std::prev(I);
2660     BasicBlock *CurrentBB = Current.getBasicBlockIterator();
2661     for (BasicBlock::iterator B = CurrentBB->begin(),
2662                               J = Current.getInstructionIterator();
2663          J != B; --J) {
2664       Instruction *EarlierInst = &*std::prev(J);
2665       InstructionClass EarlierClass = GetInstructionClass(EarlierInst);
2666       switch (EarlierClass) {
2667       case IC_LoadWeak:
2668       case IC_LoadWeakRetained: {
2669         // If this is loading from the same pointer, replace this load's value
2670         // with that one.
2671         CallInst *Call = cast<CallInst>(Inst);
2672         CallInst *EarlierCall = cast<CallInst>(EarlierInst);
2673         Value *Arg = Call->getArgOperand(0);
2674         Value *EarlierArg = EarlierCall->getArgOperand(0);
2675         switch (PA.getAA()->alias(Arg, EarlierArg)) {
2676         case AliasAnalysis::MustAlias:
2677           Changed = true;
2678           // If the load has a builtin retain, insert a plain retain for it.
2679           if (Class == IC_LoadWeakRetained) {
2680             Constant *Decl = EP.get(ARCRuntimeEntryPoints::EPT_Retain);
2681             CallInst *CI = CallInst::Create(Decl, EarlierCall, "", Call);
2682             CI->setTailCall();
2683           }
2684           // Zap the fully redundant load.
2685           Call->replaceAllUsesWith(EarlierCall);
2686           Call->eraseFromParent();
2687           goto clobbered;
2688         case AliasAnalysis::MayAlias:
2689         case AliasAnalysis::PartialAlias:
2690           goto clobbered;
2691         case AliasAnalysis::NoAlias:
2692           break;
2693         }
2694         break;
2695       }
2696       case IC_StoreWeak:
2697       case IC_InitWeak: {
2698         // If this is storing to the same pointer and has the same size etc.
2699         // replace this load's value with the stored value.
2700         CallInst *Call = cast<CallInst>(Inst);
2701         CallInst *EarlierCall = cast<CallInst>(EarlierInst);
2702         Value *Arg = Call->getArgOperand(0);
2703         Value *EarlierArg = EarlierCall->getArgOperand(0);
2704         switch (PA.getAA()->alias(Arg, EarlierArg)) {
2705         case AliasAnalysis::MustAlias:
2706           Changed = true;
2707           // If the load has a builtin retain, insert a plain retain for it.
2708           if (Class == IC_LoadWeakRetained) {
2709             Constant *Decl = EP.get(ARCRuntimeEntryPoints::EPT_Retain);
2710             CallInst *CI = CallInst::Create(Decl, EarlierCall, "", Call);
2711             CI->setTailCall();
2712           }
2713           // Zap the fully redundant load.
2714           Call->replaceAllUsesWith(EarlierCall->getArgOperand(1));
2715           Call->eraseFromParent();
2716           goto clobbered;
2717         case AliasAnalysis::MayAlias:
2718         case AliasAnalysis::PartialAlias:
2719           goto clobbered;
2720         case AliasAnalysis::NoAlias:
2721           break;
2722         }
2723         break;
2724       }
2725       case IC_MoveWeak:
2726       case IC_CopyWeak:
2727         // TOOD: Grab the copied value.
2728         goto clobbered;
2729       case IC_AutoreleasepoolPush:
2730       case IC_None:
2731       case IC_IntrinsicUser:
2732       case IC_User:
2733         // Weak pointers are only modified through the weak entry points
2734         // (and arbitrary calls, which could call the weak entry points).
2735         break;
2736       default:
2737         // Anything else could modify the weak pointer.
2738         goto clobbered;
2739       }
2740     }
2741   clobbered:;
2742   }
2743
2744   // Then, for each destroyWeak with an alloca operand, check to see if
2745   // the alloca and all its users can be zapped.
2746   for (inst_iterator I = inst_begin(&F), E = inst_end(&F); I != E; ) {
2747     Instruction *Inst = &*I++;
2748     InstructionClass Class = GetBasicInstructionClass(Inst);
2749     if (Class != IC_DestroyWeak)
2750       continue;
2751
2752     CallInst *Call = cast<CallInst>(Inst);
2753     Value *Arg = Call->getArgOperand(0);
2754     if (AllocaInst *Alloca = dyn_cast<AllocaInst>(Arg)) {
2755       for (User *U : Alloca->users()) {
2756         const Instruction *UserInst = cast<Instruction>(U);
2757         switch (GetBasicInstructionClass(UserInst)) {
2758         case IC_InitWeak:
2759         case IC_StoreWeak:
2760         case IC_DestroyWeak:
2761           continue;
2762         default:
2763           goto done;
2764         }
2765       }
2766       Changed = true;
2767       for (auto UI = Alloca->user_begin(), UE = Alloca->user_end(); UI != UE;) {
2768         CallInst *UserInst = cast<CallInst>(*UI++);
2769         switch (GetBasicInstructionClass(UserInst)) {
2770         case IC_InitWeak:
2771         case IC_StoreWeak:
2772           // These functions return their second argument.
2773           UserInst->replaceAllUsesWith(UserInst->getArgOperand(1));
2774           break;
2775         case IC_DestroyWeak:
2776           // No return value.
2777           break;
2778         default:
2779           llvm_unreachable("alloca really is used!");
2780         }
2781         UserInst->eraseFromParent();
2782       }
2783       Alloca->eraseFromParent();
2784     done:;
2785     }
2786   }
2787 }
2788
2789 /// Identify program paths which execute sequences of retains and releases which
2790 /// can be eliminated.
2791 bool ObjCARCOpt::OptimizeSequences(Function &F) {
2792   // Releases, Retains - These are used to store the results of the main flow
2793   // analysis. These use Value* as the key instead of Instruction* so that the
2794   // map stays valid when we get around to rewriting code and calls get
2795   // replaced by arguments.
2796   DenseMap<Value *, RRInfo> Releases;
2797   MapVector<Value *, RRInfo> Retains;
2798
2799   // This is used during the traversal of the function to track the
2800   // states for each identified object at each block.
2801   DenseMap<const BasicBlock *, BBState> BBStates;
2802
2803   // Analyze the CFG of the function, and all instructions.
2804   bool NestingDetected = Visit(F, BBStates, Retains, Releases);
2805
2806   // Transform.
2807   bool AnyPairsCompletelyEliminated = PerformCodePlacement(BBStates, Retains,
2808                                                            Releases,
2809                                                            F.getParent());
2810
2811   // Cleanup.
2812   MultiOwnersSet.clear();
2813
2814   return AnyPairsCompletelyEliminated && NestingDetected;
2815 }
2816
2817 /// Check if there is a dependent call earlier that does not have anything in
2818 /// between the Retain and the call that can affect the reference count of their
2819 /// shared pointer argument. Note that Retain need not be in BB.
2820 static bool
2821 HasSafePathToPredecessorCall(const Value *Arg, Instruction *Retain,
2822                              SmallPtrSetImpl<Instruction *> &DepInsts,
2823                              SmallPtrSetImpl<const BasicBlock *> &Visited,
2824                              ProvenanceAnalysis &PA) {
2825   FindDependencies(CanChangeRetainCount, Arg, Retain->getParent(), Retain,
2826                    DepInsts, Visited, PA);
2827   if (DepInsts.size() != 1)
2828     return false;
2829
2830   CallInst *Call =
2831     dyn_cast_or_null<CallInst>(*DepInsts.begin());
2832
2833   // Check that the pointer is the return value of the call.
2834   if (!Call || Arg != Call)
2835     return false;
2836
2837   // Check that the call is a regular call.
2838   InstructionClass Class = GetBasicInstructionClass(Call);
2839   if (Class != IC_CallOrUser && Class != IC_Call)
2840     return false;
2841
2842   return true;
2843 }
2844
2845 /// Find a dependent retain that precedes the given autorelease for which there
2846 /// is nothing in between the two instructions that can affect the ref count of
2847 /// Arg.
2848 static CallInst *
2849 FindPredecessorRetainWithSafePath(const Value *Arg, BasicBlock *BB,
2850                                   Instruction *Autorelease,
2851                                   SmallPtrSetImpl<Instruction *> &DepInsts,
2852                                   SmallPtrSetImpl<const BasicBlock *> &Visited,
2853                                   ProvenanceAnalysis &PA) {
2854   FindDependencies(CanChangeRetainCount, Arg,
2855                    BB, Autorelease, DepInsts, Visited, PA);
2856   if (DepInsts.size() != 1)
2857     return nullptr;
2858
2859   CallInst *Retain =
2860     dyn_cast_or_null<CallInst>(*DepInsts.begin());
2861
2862   // Check that we found a retain with the same argument.
2863   if (!Retain ||
2864       !IsRetain(GetBasicInstructionClass(Retain)) ||
2865       GetObjCArg(Retain) != Arg) {
2866     return nullptr;
2867   }
2868
2869   return Retain;
2870 }
2871
2872 /// Look for an ``autorelease'' instruction dependent on Arg such that there are
2873 /// no instructions dependent on Arg that need a positive ref count in between
2874 /// the autorelease and the ret.
2875 static CallInst *
2876 FindPredecessorAutoreleaseWithSafePath(const Value *Arg, BasicBlock *BB,
2877                                        ReturnInst *Ret,
2878                                        SmallPtrSetImpl<Instruction *> &DepInsts,
2879                                        SmallPtrSetImpl<const BasicBlock *> &V,
2880                                        ProvenanceAnalysis &PA) {
2881   FindDependencies(NeedsPositiveRetainCount, Arg,
2882                    BB, Ret, DepInsts, V, PA);
2883   if (DepInsts.size() != 1)
2884     return nullptr;
2885
2886   CallInst *Autorelease =
2887     dyn_cast_or_null<CallInst>(*DepInsts.begin());
2888   if (!Autorelease)
2889     return nullptr;
2890   InstructionClass AutoreleaseClass = GetBasicInstructionClass(Autorelease);
2891   if (!IsAutorelease(AutoreleaseClass))
2892     return nullptr;
2893   if (GetObjCArg(Autorelease) != Arg)
2894     return nullptr;
2895
2896   return Autorelease;
2897 }
2898
2899 /// Look for this pattern:
2900 /// \code
2901 ///    %call = call i8* @something(...)
2902 ///    %2 = call i8* @objc_retain(i8* %call)
2903 ///    %3 = call i8* @objc_autorelease(i8* %2)
2904 ///    ret i8* %3
2905 /// \endcode
2906 /// And delete the retain and autorelease.
2907 void ObjCARCOpt::OptimizeReturns(Function &F) {
2908   if (!F.getReturnType()->isPointerTy())
2909     return;
2910
2911   DEBUG(dbgs() << "\n== ObjCARCOpt::OptimizeReturns ==\n");
2912
2913   SmallPtrSet<Instruction *, 4> DependingInstructions;
2914   SmallPtrSet<const BasicBlock *, 4> Visited;
2915   for (Function::iterator FI = F.begin(), FE = F.end(); FI != FE; ++FI) {
2916     BasicBlock *BB = FI;
2917     ReturnInst *Ret = dyn_cast<ReturnInst>(&BB->back());
2918
2919     DEBUG(dbgs() << "Visiting: " << *Ret << "\n");
2920
2921     if (!Ret)
2922       continue;
2923
2924     const Value *Arg = StripPointerCastsAndObjCCalls(Ret->getOperand(0));
2925
2926     // Look for an ``autorelease'' instruction that is a predecessor of Ret and
2927     // dependent on Arg such that there are no instructions dependent on Arg
2928     // that need a positive ref count in between the autorelease and Ret.
2929     CallInst *Autorelease =
2930       FindPredecessorAutoreleaseWithSafePath(Arg, BB, Ret,
2931                                              DependingInstructions, Visited,
2932                                              PA);
2933     DependingInstructions.clear();
2934     Visited.clear();
2935
2936     if (!Autorelease)
2937       continue;
2938
2939     CallInst *Retain =
2940       FindPredecessorRetainWithSafePath(Arg, BB, Autorelease,
2941                                         DependingInstructions, Visited, PA);
2942     DependingInstructions.clear();
2943     Visited.clear();
2944
2945     if (!Retain)
2946       continue;
2947
2948     // Check that there is nothing that can affect the reference count
2949     // between the retain and the call.  Note that Retain need not be in BB.
2950     bool HasSafePathToCall = HasSafePathToPredecessorCall(Arg, Retain,
2951                                                           DependingInstructions,
2952                                                           Visited, PA);
2953     DependingInstructions.clear();
2954     Visited.clear();
2955
2956     if (!HasSafePathToCall)
2957       continue;
2958
2959     // If so, we can zap the retain and autorelease.
2960     Changed = true;
2961     ++NumRets;
2962     DEBUG(dbgs() << "Erasing: " << *Retain << "\nErasing: "
2963           << *Autorelease << "\n");
2964     EraseInstruction(Retain);
2965     EraseInstruction(Autorelease);
2966   }
2967 }
2968
2969 #ifndef NDEBUG
2970 void
2971 ObjCARCOpt::GatherStatistics(Function &F, bool AfterOptimization) {
2972   llvm::Statistic &NumRetains =
2973     AfterOptimization? NumRetainsAfterOpt : NumRetainsBeforeOpt;
2974   llvm::Statistic &NumReleases =
2975     AfterOptimization? NumReleasesAfterOpt : NumReleasesBeforeOpt;
2976
2977   for (inst_iterator I = inst_begin(&F), E = inst_end(&F); I != E; ) {
2978     Instruction *Inst = &*I++;
2979     switch (GetBasicInstructionClass(Inst)) {
2980     default:
2981       break;
2982     case IC_Retain:
2983       ++NumRetains;
2984       break;
2985     case IC_Release:
2986       ++NumReleases;
2987       break;
2988     }
2989   }
2990 }
2991 #endif
2992
2993 bool ObjCARCOpt::doInitialization(Module &M) {
2994   if (!EnableARCOpts)
2995     return false;
2996
2997   // If nothing in the Module uses ARC, don't do anything.
2998   Run = ModuleHasARC(M);
2999   if (!Run)
3000     return false;
3001
3002   // Identify the imprecise release metadata kind.
3003   ImpreciseReleaseMDKind =
3004     M.getContext().getMDKindID("clang.imprecise_release");
3005   CopyOnEscapeMDKind =
3006     M.getContext().getMDKindID("clang.arc.copy_on_escape");
3007   NoObjCARCExceptionsMDKind =
3008     M.getContext().getMDKindID("clang.arc.no_objc_arc_exceptions");
3009 #ifdef ARC_ANNOTATIONS
3010   ARCAnnotationBottomUpMDKind =
3011     M.getContext().getMDKindID("llvm.arc.annotation.bottomup");
3012   ARCAnnotationTopDownMDKind =
3013     M.getContext().getMDKindID("llvm.arc.annotation.topdown");
3014   ARCAnnotationProvenanceSourceMDKind =
3015     M.getContext().getMDKindID("llvm.arc.annotation.provenancesource");
3016 #endif // ARC_ANNOTATIONS
3017
3018   // Intuitively, objc_retain and others are nocapture, however in practice
3019   // they are not, because they return their argument value. And objc_release
3020   // calls finalizers which can have arbitrary side effects.
3021
3022   // Initialize our runtime entry point cache.
3023   EP.Initialize(&M);
3024
3025   return false;
3026 }
3027
3028 bool ObjCARCOpt::runOnFunction(Function &F) {
3029   if (!EnableARCOpts)
3030     return false;
3031
3032   // If nothing in the Module uses ARC, don't do anything.
3033   if (!Run)
3034     return false;
3035
3036   Changed = false;
3037
3038   DEBUG(dbgs() << "<<< ObjCARCOpt: Visiting Function: " << F.getName() << " >>>"
3039         "\n");
3040
3041   PA.setAA(&getAnalysis<AliasAnalysis>());
3042
3043 #ifndef NDEBUG
3044   if (AreStatisticsEnabled()) {
3045     GatherStatistics(F, false);
3046   }
3047 #endif
3048
3049   // This pass performs several distinct transformations. As a compile-time aid
3050   // when compiling code that isn't ObjC, skip these if the relevant ObjC
3051   // library functions aren't declared.
3052
3053   // Preliminary optimizations. This also computes UsedInThisFunction.
3054   OptimizeIndividualCalls(F);
3055
3056   // Optimizations for weak pointers.
3057   if (UsedInThisFunction & ((1 << IC_LoadWeak) |
3058                             (1 << IC_LoadWeakRetained) |
3059                             (1 << IC_StoreWeak) |
3060                             (1 << IC_InitWeak) |
3061                             (1 << IC_CopyWeak) |
3062                             (1 << IC_MoveWeak) |
3063                             (1 << IC_DestroyWeak)))
3064     OptimizeWeakCalls(F);
3065
3066   // Optimizations for retain+release pairs.
3067   if (UsedInThisFunction & ((1 << IC_Retain) |
3068                             (1 << IC_RetainRV) |
3069                             (1 << IC_RetainBlock)))
3070     if (UsedInThisFunction & (1 << IC_Release))
3071       // Run OptimizeSequences until it either stops making changes or
3072       // no retain+release pair nesting is detected.
3073       while (OptimizeSequences(F)) {}
3074
3075   // Optimizations if objc_autorelease is used.
3076   if (UsedInThisFunction & ((1 << IC_Autorelease) |
3077                             (1 << IC_AutoreleaseRV)))
3078     OptimizeReturns(F);
3079
3080   // Gather statistics after optimization.
3081 #ifndef NDEBUG
3082   if (AreStatisticsEnabled()) {
3083     GatherStatistics(F, true);
3084   }
3085 #endif
3086
3087   DEBUG(dbgs() << "\n");
3088
3089   return Changed;
3090 }
3091
3092 void ObjCARCOpt::releaseMemory() {
3093   PA.clear();
3094 }
3095
3096 /// @}
3097 ///