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[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 GetRCIdentityRoot 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() || GetRCIdentityRoot(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).second)
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).second;
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->getMetadata(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   Metadata *tmp[3] = {PtrSourceMDNodeID,
884                       SequenceToMDString(Inst->getContext(), OldSeq),
885                       SequenceToMDString(Inst->getContext(), NewSeq)};
886   Node = MDNode::get(Inst->getContext(), tmp);
887
888   Inst->setMetadata(NodeId, Node);
889 }
890
891 /// Add to the beginning of the basic block llvm.ptr.annotations which show the
892 /// state of a pointer at the entrance to a basic block.
893 static void GenerateARCBBEntranceAnnotation(const char *Name, BasicBlock *BB,
894                                             Value *Ptr, Sequence Seq) {
895   // If we have a target identifier, make sure that we match it before
896   // continuing.
897   if(!ARCAnnotationTargetIdentifier.empty() &&
898      !Ptr->getName().equals(ARCAnnotationTargetIdentifier))
899     return;
900
901   Module *M = BB->getParent()->getParent();
902   LLVMContext &C = M->getContext();
903   Type *I8X = PointerType::getUnqual(Type::getInt8Ty(C));
904   Type *I8XX = PointerType::getUnqual(I8X);
905   Type *Params[] = {I8XX, I8XX};
906   FunctionType *FTy = FunctionType::get(Type::getVoidTy(C), Params,
907                                         /*isVarArg=*/false);
908   Constant *Callee = M->getOrInsertFunction(Name, FTy);
909
910   IRBuilder<> Builder(BB, BB->getFirstInsertionPt());
911
912   Value *PtrName;
913   StringRef Tmp = Ptr->getName();
914   if (nullptr == (PtrName = M->getGlobalVariable(Tmp, true))) {
915     Value *ActualPtrName = Builder.CreateGlobalStringPtr(Tmp,
916                                                          Tmp + "_STR");
917     PtrName = new GlobalVariable(*M, I8X, true, GlobalVariable::InternalLinkage,
918                                  cast<Constant>(ActualPtrName), Tmp);
919   }
920
921   Value *S;
922   std::string SeqStr = SequenceToString(Seq);
923   if (nullptr == (S = M->getGlobalVariable(SeqStr, true))) {
924     Value *ActualPtrName = Builder.CreateGlobalStringPtr(SeqStr,
925                                                          SeqStr + "_STR");
926     S = new GlobalVariable(*M, I8X, true, GlobalVariable::InternalLinkage,
927                            cast<Constant>(ActualPtrName), SeqStr);
928   }
929
930   Builder.CreateCall2(Callee, PtrName, S);
931 }
932
933 /// Add to the end of the basic block llvm.ptr.annotations which show the state
934 /// of the pointer at the bottom of the basic block.
935 static void GenerateARCBBTerminatorAnnotation(const char *Name, BasicBlock *BB,
936                                               Value *Ptr, Sequence Seq) {
937   // If we have a target identifier, make sure that we match it before emitting
938   // an annotation.
939   if(!ARCAnnotationTargetIdentifier.empty() &&
940      !Ptr->getName().equals(ARCAnnotationTargetIdentifier))
941     return;
942
943   Module *M = BB->getParent()->getParent();
944   LLVMContext &C = M->getContext();
945   Type *I8X = PointerType::getUnqual(Type::getInt8Ty(C));
946   Type *I8XX = PointerType::getUnqual(I8X);
947   Type *Params[] = {I8XX, I8XX};
948   FunctionType *FTy = FunctionType::get(Type::getVoidTy(C), Params,
949                                         /*isVarArg=*/false);
950   Constant *Callee = M->getOrInsertFunction(Name, FTy);
951
952   IRBuilder<> Builder(BB, std::prev(BB->end()));
953
954   Value *PtrName;
955   StringRef Tmp = Ptr->getName();
956   if (nullptr == (PtrName = M->getGlobalVariable(Tmp, true))) {
957     Value *ActualPtrName = Builder.CreateGlobalStringPtr(Tmp,
958                                                          Tmp + "_STR");
959     PtrName = new GlobalVariable(*M, I8X, true, GlobalVariable::InternalLinkage,
960                                  cast<Constant>(ActualPtrName), Tmp);
961   }
962
963   Value *S;
964   std::string SeqStr = SequenceToString(Seq);
965   if (nullptr == (S = M->getGlobalVariable(SeqStr, true))) {
966     Value *ActualPtrName = Builder.CreateGlobalStringPtr(SeqStr,
967                                                          SeqStr + "_STR");
968     S = new GlobalVariable(*M, I8X, true, GlobalVariable::InternalLinkage,
969                            cast<Constant>(ActualPtrName), SeqStr);
970   }
971   Builder.CreateCall2(Callee, PtrName, S);
972 }
973
974 /// Adds a source annotation to pointer and a state change annotation to Inst
975 /// referencing the source annotation and the old/new state of pointer.
976 static void GenerateARCAnnotation(unsigned InstMDId,
977                                   unsigned PtrMDId,
978                                   Instruction *Inst,
979                                   Value *Ptr,
980                                   Sequence OldSeq,
981                                   Sequence NewSeq) {
982   if (EnableARCAnnotations) {
983     // If we have a target identifier, make sure that we match it before
984     // emitting an annotation.
985     if(!ARCAnnotationTargetIdentifier.empty() &&
986        !Ptr->getName().equals(ARCAnnotationTargetIdentifier))
987       return;
988
989     // First generate the source annotation on our pointer. This will return an
990     // MDString* if Ptr actually comes from an instruction implying we can put
991     // in a source annotation. If AppendMDNodeToSourcePtr returns 0 (i.e. NULL),
992     // then we know that our pointer is from an Argument so we put a reference
993     // to the argument number.
994     //
995     // The point of this is to make it easy for the
996     // llvm-arc-annotation-processor tool to cross reference where the source
997     // pointer is in the LLVM IR since the LLVM IR parser does not submit such
998     // information via debug info for backends to use (since why would anyone
999     // need such a thing from LLVM IR besides in non-standard cases
1000     // [i.e. this]).
1001     MDString *SourcePtrMDNode =
1002       AppendMDNodeToSourcePtr(PtrMDId, Ptr);
1003     AppendMDNodeToInstForPtr(InstMDId, Inst, Ptr, SourcePtrMDNode, OldSeq,
1004                              NewSeq);
1005   }
1006 }
1007
1008 // The actual interface for accessing the above functionality is defined via
1009 // some simple macros which are defined below. We do this so that the user does
1010 // not need to pass in what metadata id is needed resulting in cleaner code and
1011 // additionally since it provides an easy way to conditionally no-op all
1012 // annotation support in a non-debug build.
1013
1014 /// Use this macro to annotate a sequence state change when processing
1015 /// instructions bottom up,
1016 #define ANNOTATE_BOTTOMUP(inst, ptr, old, new)                          \
1017   GenerateARCAnnotation(ARCAnnotationBottomUpMDKind,                    \
1018                         ARCAnnotationProvenanceSourceMDKind, (inst),    \
1019                         const_cast<Value*>(ptr), (old), (new))
1020 /// Use this macro to annotate a sequence state change when processing
1021 /// instructions top down.
1022 #define ANNOTATE_TOPDOWN(inst, ptr, old, new)                           \
1023   GenerateARCAnnotation(ARCAnnotationTopDownMDKind,                     \
1024                         ARCAnnotationProvenanceSourceMDKind, (inst),    \
1025                         const_cast<Value*>(ptr), (old), (new))
1026
1027 #define ANNOTATE_BB(_states, _bb, _name, _type, _direction)                   \
1028   do {                                                                        \
1029     if (EnableARCAnnotations) {                                               \
1030       for(BBState::ptr_const_iterator I = (_states)._direction##_ptr_begin(), \
1031           E = (_states)._direction##_ptr_end(); I != E; ++I) {                \
1032         Value *Ptr = const_cast<Value*>(I->first);                            \
1033         Sequence Seq = I->second.GetSeq();                                    \
1034         GenerateARCBB ## _type ## Annotation(_name, (_bb), Ptr, Seq);         \
1035       }                                                                       \
1036     }                                                                         \
1037   } while (0)
1038
1039 #define ANNOTATE_BOTTOMUP_BBSTART(_states, _basicblock)                       \
1040     ANNOTATE_BB(_states, _basicblock, "llvm.arc.annotation.bottomup.bbstart", \
1041                 Entrance, bottom_up)
1042 #define ANNOTATE_BOTTOMUP_BBEND(_states, _basicblock)                         \
1043     ANNOTATE_BB(_states, _basicblock, "llvm.arc.annotation.bottomup.bbend",   \
1044                 Terminator, bottom_up)
1045 #define ANNOTATE_TOPDOWN_BBSTART(_states, _basicblock)                        \
1046     ANNOTATE_BB(_states, _basicblock, "llvm.arc.annotation.topdown.bbstart",  \
1047                 Entrance, top_down)
1048 #define ANNOTATE_TOPDOWN_BBEND(_states, _basicblock)                          \
1049     ANNOTATE_BB(_states, _basicblock, "llvm.arc.annotation.topdown.bbend",    \
1050                 Terminator, top_down)
1051
1052 #else // !ARC_ANNOTATION
1053 // If annotations are off, noop.
1054 #define ANNOTATE_BOTTOMUP(inst, ptr, old, new)
1055 #define ANNOTATE_TOPDOWN(inst, ptr, old, new)
1056 #define ANNOTATE_BOTTOMUP_BBSTART(states, basicblock)
1057 #define ANNOTATE_BOTTOMUP_BBEND(states, basicblock)
1058 #define ANNOTATE_TOPDOWN_BBSTART(states, basicblock)
1059 #define ANNOTATE_TOPDOWN_BBEND(states, basicblock)
1060 #endif // !ARC_ANNOTATION
1061
1062 namespace {
1063   /// \brief The main ARC optimization pass.
1064   class ObjCARCOpt : public FunctionPass {
1065     bool Changed;
1066     ProvenanceAnalysis PA;
1067     ARCRuntimeEntryPoints EP;
1068
1069     // This is used to track if a pointer is stored into an alloca.
1070     DenseSet<const Value *> MultiOwnersSet;
1071
1072     /// A flag indicating whether this optimization pass should run.
1073     bool Run;
1074
1075     /// Flags which determine whether each of the interesting runtine functions
1076     /// is in fact used in the current function.
1077     unsigned UsedInThisFunction;
1078
1079     /// The Metadata Kind for clang.imprecise_release metadata.
1080     unsigned ImpreciseReleaseMDKind;
1081
1082     /// The Metadata Kind for clang.arc.copy_on_escape metadata.
1083     unsigned CopyOnEscapeMDKind;
1084
1085     /// The Metadata Kind for clang.arc.no_objc_arc_exceptions metadata.
1086     unsigned NoObjCARCExceptionsMDKind;
1087
1088 #ifdef ARC_ANNOTATIONS
1089     /// The Metadata Kind for llvm.arc.annotation.bottomup metadata.
1090     unsigned ARCAnnotationBottomUpMDKind;
1091     /// The Metadata Kind for llvm.arc.annotation.topdown metadata.
1092     unsigned ARCAnnotationTopDownMDKind;
1093     /// The Metadata Kind for llvm.arc.annotation.provenancesource metadata.
1094     unsigned ARCAnnotationProvenanceSourceMDKind;
1095 #endif // ARC_ANNOATIONS
1096
1097     bool OptimizeRetainRVCall(Function &F, Instruction *RetainRV);
1098     void OptimizeAutoreleaseRVCall(Function &F, Instruction *AutoreleaseRV,
1099                                    InstructionClass &Class);
1100     void OptimizeIndividualCalls(Function &F);
1101
1102     void CheckForCFGHazards(const BasicBlock *BB,
1103                             DenseMap<const BasicBlock *, BBState> &BBStates,
1104                             BBState &MyStates) const;
1105     bool VisitInstructionBottomUp(Instruction *Inst,
1106                                   BasicBlock *BB,
1107                                   MapVector<Value *, RRInfo> &Retains,
1108                                   BBState &MyStates);
1109     bool VisitBottomUp(BasicBlock *BB,
1110                        DenseMap<const BasicBlock *, BBState> &BBStates,
1111                        MapVector<Value *, RRInfo> &Retains);
1112     bool VisitInstructionTopDown(Instruction *Inst,
1113                                  DenseMap<Value *, RRInfo> &Releases,
1114                                  BBState &MyStates);
1115     bool VisitTopDown(BasicBlock *BB,
1116                       DenseMap<const BasicBlock *, BBState> &BBStates,
1117                       DenseMap<Value *, RRInfo> &Releases);
1118     bool Visit(Function &F,
1119                DenseMap<const BasicBlock *, BBState> &BBStates,
1120                MapVector<Value *, RRInfo> &Retains,
1121                DenseMap<Value *, RRInfo> &Releases);
1122
1123     void MoveCalls(Value *Arg, RRInfo &RetainsToMove, RRInfo &ReleasesToMove,
1124                    MapVector<Value *, RRInfo> &Retains,
1125                    DenseMap<Value *, RRInfo> &Releases,
1126                    SmallVectorImpl<Instruction *> &DeadInsts,
1127                    Module *M);
1128
1129     bool ConnectTDBUTraversals(DenseMap<const BasicBlock *, BBState> &BBStates,
1130                                MapVector<Value *, RRInfo> &Retains,
1131                                DenseMap<Value *, RRInfo> &Releases,
1132                                Module *M,
1133                                SmallVectorImpl<Instruction *> &NewRetains,
1134                                SmallVectorImpl<Instruction *> &NewReleases,
1135                                SmallVectorImpl<Instruction *> &DeadInsts,
1136                                RRInfo &RetainsToMove,
1137                                RRInfo &ReleasesToMove,
1138                                Value *Arg,
1139                                bool KnownSafe,
1140                                bool &AnyPairsCompletelyEliminated);
1141
1142     bool PerformCodePlacement(DenseMap<const BasicBlock *, BBState> &BBStates,
1143                               MapVector<Value *, RRInfo> &Retains,
1144                               DenseMap<Value *, RRInfo> &Releases,
1145                               Module *M);
1146
1147     void OptimizeWeakCalls(Function &F);
1148
1149     bool OptimizeSequences(Function &F);
1150
1151     void OptimizeReturns(Function &F);
1152
1153 #ifndef NDEBUG
1154     void GatherStatistics(Function &F, bool AfterOptimization = false);
1155 #endif
1156
1157     void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const override;
1158     bool doInitialization(Module &M) override;
1159     bool runOnFunction(Function &F) override;
1160     void releaseMemory() override;
1161
1162   public:
1163     static char ID;
1164     ObjCARCOpt() : FunctionPass(ID) {
1165       initializeObjCARCOptPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
1166     }
1167   };
1168 }
1169
1170 char ObjCARCOpt::ID = 0;
1171 INITIALIZE_PASS_BEGIN(ObjCARCOpt,
1172                       "objc-arc", "ObjC ARC optimization", false, false)
1173 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(ObjCARCAliasAnalysis)
1174 INITIALIZE_PASS_END(ObjCARCOpt,
1175                     "objc-arc", "ObjC ARC optimization", false, false)
1176
1177 Pass *llvm::createObjCARCOptPass() {
1178   return new ObjCARCOpt();
1179 }
1180
1181 void ObjCARCOpt::getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
1182   AU.addRequired<ObjCARCAliasAnalysis>();
1183   AU.addRequired<AliasAnalysis>();
1184   // ARC optimization doesn't currently split critical edges.
1185   AU.setPreservesCFG();
1186 }
1187
1188 /// Turn objc_retainAutoreleasedReturnValue into objc_retain if the operand is
1189 /// not a return value.  Or, if it can be paired with an
1190 /// objc_autoreleaseReturnValue, delete the pair and return true.
1191 bool
1192 ObjCARCOpt::OptimizeRetainRVCall(Function &F, Instruction *RetainRV) {
1193   // Check for the argument being from an immediately preceding call or invoke.
1194   const Value *Arg = GetArgRCIdentityRoot(RetainRV);
1195   ImmutableCallSite CS(Arg);
1196   if (const Instruction *Call = CS.getInstruction()) {
1197     if (Call->getParent() == RetainRV->getParent()) {
1198       BasicBlock::const_iterator I = Call;
1199       ++I;
1200       while (IsNoopInstruction(I)) ++I;
1201       if (&*I == RetainRV)
1202         return false;
1203     } else if (const InvokeInst *II = dyn_cast<InvokeInst>(Call)) {
1204       BasicBlock *RetainRVParent = RetainRV->getParent();
1205       if (II->getNormalDest() == RetainRVParent) {
1206         BasicBlock::const_iterator I = RetainRVParent->begin();
1207         while (IsNoopInstruction(I)) ++I;
1208         if (&*I == RetainRV)
1209           return false;
1210       }
1211     }
1212   }
1213
1214   // Check for being preceded by an objc_autoreleaseReturnValue on the same
1215   // pointer. In this case, we can delete the pair.
1216   BasicBlock::iterator I = RetainRV, Begin = RetainRV->getParent()->begin();
1217   if (I != Begin) {
1218     do --I; while (I != Begin && IsNoopInstruction(I));
1219     if (GetBasicInstructionClass(I) == IC_AutoreleaseRV &&
1220         GetArgRCIdentityRoot(I) == Arg) {
1221       Changed = true;
1222       ++NumPeeps;
1223
1224       DEBUG(dbgs() << "Erasing autoreleaseRV,retainRV pair: " << *I << "\n"
1225                    << "Erasing " << *RetainRV << "\n");
1226
1227       EraseInstruction(I);
1228       EraseInstruction(RetainRV);
1229       return true;
1230     }
1231   }
1232
1233   // Turn it to a plain objc_retain.
1234   Changed = true;
1235   ++NumPeeps;
1236
1237   DEBUG(dbgs() << "Transforming objc_retainAutoreleasedReturnValue => "
1238                   "objc_retain since the operand is not a return value.\n"
1239                   "Old = " << *RetainRV << "\n");
1240
1241   Constant *NewDecl = EP.get(ARCRuntimeEntryPoints::EPT_Retain);
1242   cast<CallInst>(RetainRV)->setCalledFunction(NewDecl);
1243
1244   DEBUG(dbgs() << "New = " << *RetainRV << "\n");
1245
1246   return false;
1247 }
1248
1249 /// Turn objc_autoreleaseReturnValue into objc_autorelease if the result is not
1250 /// used as a return value.
1251 void
1252 ObjCARCOpt::OptimizeAutoreleaseRVCall(Function &F, Instruction *AutoreleaseRV,
1253                                       InstructionClass &Class) {
1254   // Check for a return of the pointer value.
1255   const Value *Ptr = GetArgRCIdentityRoot(AutoreleaseRV);
1256   SmallVector<const Value *, 2> Users;
1257   Users.push_back(Ptr);
1258   do {
1259     Ptr = Users.pop_back_val();
1260     for (const User *U : Ptr->users()) {
1261       if (isa<ReturnInst>(U) || GetBasicInstructionClass(U) == IC_RetainRV)
1262         return;
1263       if (isa<BitCastInst>(U))
1264         Users.push_back(U);
1265     }
1266   } while (!Users.empty());
1267
1268   Changed = true;
1269   ++NumPeeps;
1270
1271   DEBUG(dbgs() << "Transforming objc_autoreleaseReturnValue => "
1272                   "objc_autorelease since its operand is not used as a return "
1273                   "value.\n"
1274                   "Old = " << *AutoreleaseRV << "\n");
1275
1276   CallInst *AutoreleaseRVCI = cast<CallInst>(AutoreleaseRV);
1277   Constant *NewDecl = EP.get(ARCRuntimeEntryPoints::EPT_Autorelease);
1278   AutoreleaseRVCI->setCalledFunction(NewDecl);
1279   AutoreleaseRVCI->setTailCall(false); // Never tail call objc_autorelease.
1280   Class = IC_Autorelease;
1281
1282   DEBUG(dbgs() << "New: " << *AutoreleaseRV << "\n");
1283
1284 }
1285
1286 /// Visit each call, one at a time, and make simplifications without doing any
1287 /// additional analysis.
1288 void ObjCARCOpt::OptimizeIndividualCalls(Function &F) {
1289   DEBUG(dbgs() << "\n== ObjCARCOpt::OptimizeIndividualCalls ==\n");
1290   // Reset all the flags in preparation for recomputing them.
1291   UsedInThisFunction = 0;
1292
1293   // Visit all objc_* calls in F.
1294   for (inst_iterator I = inst_begin(&F), E = inst_end(&F); I != E; ) {
1295     Instruction *Inst = &*I++;
1296
1297     InstructionClass Class = GetBasicInstructionClass(Inst);
1298
1299     DEBUG(dbgs() << "Visiting: Class: " << Class << "; " << *Inst << "\n");
1300
1301     switch (Class) {
1302     default: break;
1303
1304     // Delete no-op casts. These function calls have special semantics, but
1305     // the semantics are entirely implemented via lowering in the front-end,
1306     // so by the time they reach the optimizer, they are just no-op calls
1307     // which return their argument.
1308     //
1309     // There are gray areas here, as the ability to cast reference-counted
1310     // pointers to raw void* and back allows code to break ARC assumptions,
1311     // however these are currently considered to be unimportant.
1312     case IC_NoopCast:
1313       Changed = true;
1314       ++NumNoops;
1315       DEBUG(dbgs() << "Erasing no-op cast: " << *Inst << "\n");
1316       EraseInstruction(Inst);
1317       continue;
1318
1319     // If the pointer-to-weak-pointer is null, it's undefined behavior.
1320     case IC_StoreWeak:
1321     case IC_LoadWeak:
1322     case IC_LoadWeakRetained:
1323     case IC_InitWeak:
1324     case IC_DestroyWeak: {
1325       CallInst *CI = cast<CallInst>(Inst);
1326       if (IsNullOrUndef(CI->getArgOperand(0))) {
1327         Changed = true;
1328         Type *Ty = CI->getArgOperand(0)->getType();
1329         new StoreInst(UndefValue::get(cast<PointerType>(Ty)->getElementType()),
1330                       Constant::getNullValue(Ty),
1331                       CI);
1332         llvm::Value *NewValue = UndefValue::get(CI->getType());
1333         DEBUG(dbgs() << "A null pointer-to-weak-pointer is undefined behavior."
1334                        "\nOld = " << *CI << "\nNew = " << *NewValue << "\n");
1335         CI->replaceAllUsesWith(NewValue);
1336         CI->eraseFromParent();
1337         continue;
1338       }
1339       break;
1340     }
1341     case IC_CopyWeak:
1342     case IC_MoveWeak: {
1343       CallInst *CI = cast<CallInst>(Inst);
1344       if (IsNullOrUndef(CI->getArgOperand(0)) ||
1345           IsNullOrUndef(CI->getArgOperand(1))) {
1346         Changed = true;
1347         Type *Ty = CI->getArgOperand(0)->getType();
1348         new StoreInst(UndefValue::get(cast<PointerType>(Ty)->getElementType()),
1349                       Constant::getNullValue(Ty),
1350                       CI);
1351
1352         llvm::Value *NewValue = UndefValue::get(CI->getType());
1353         DEBUG(dbgs() << "A null pointer-to-weak-pointer is undefined behavior."
1354                         "\nOld = " << *CI << "\nNew = " << *NewValue << "\n");
1355
1356         CI->replaceAllUsesWith(NewValue);
1357         CI->eraseFromParent();
1358         continue;
1359       }
1360       break;
1361     }
1362     case IC_RetainRV:
1363       if (OptimizeRetainRVCall(F, Inst))
1364         continue;
1365       break;
1366     case IC_AutoreleaseRV:
1367       OptimizeAutoreleaseRVCall(F, Inst, Class);
1368       break;
1369     }
1370
1371     // objc_autorelease(x) -> objc_release(x) if x is otherwise unused.
1372     if (IsAutorelease(Class) && Inst->use_empty()) {
1373       CallInst *Call = cast<CallInst>(Inst);
1374       const Value *Arg = Call->getArgOperand(0);
1375       Arg = FindSingleUseIdentifiedObject(Arg);
1376       if (Arg) {
1377         Changed = true;
1378         ++NumAutoreleases;
1379
1380         // Create the declaration lazily.
1381         LLVMContext &C = Inst->getContext();
1382
1383         Constant *Decl = EP.get(ARCRuntimeEntryPoints::EPT_Release);
1384         CallInst *NewCall = CallInst::Create(Decl, Call->getArgOperand(0), "",
1385                                              Call);
1386         NewCall->setMetadata(ImpreciseReleaseMDKind, MDNode::get(C, None));
1387
1388         DEBUG(dbgs() << "Replacing autorelease{,RV}(x) with objc_release(x) "
1389               "since x is otherwise unused.\nOld: " << *Call << "\nNew: "
1390               << *NewCall << "\n");
1391
1392         EraseInstruction(Call);
1393         Inst = NewCall;
1394         Class = IC_Release;
1395       }
1396     }
1397
1398     // For functions which can never be passed stack arguments, add
1399     // a tail keyword.
1400     if (IsAlwaysTail(Class)) {
1401       Changed = true;
1402       DEBUG(dbgs() << "Adding tail keyword to function since it can never be "
1403                       "passed stack args: " << *Inst << "\n");
1404       cast<CallInst>(Inst)->setTailCall();
1405     }
1406
1407     // Ensure that functions that can never have a "tail" keyword due to the
1408     // semantics of ARC truly do not do so.
1409     if (IsNeverTail(Class)) {
1410       Changed = true;
1411       DEBUG(dbgs() << "Removing tail keyword from function: " << *Inst <<
1412             "\n");
1413       cast<CallInst>(Inst)->setTailCall(false);
1414     }
1415
1416     // Set nounwind as needed.
1417     if (IsNoThrow(Class)) {
1418       Changed = true;
1419       DEBUG(dbgs() << "Found no throw class. Setting nounwind on: " << *Inst
1420                    << "\n");
1421       cast<CallInst>(Inst)->setDoesNotThrow();
1422     }
1423
1424     if (!IsNoopOnNull(Class)) {
1425       UsedInThisFunction |= 1 << Class;
1426       continue;
1427     }
1428
1429     const Value *Arg = GetArgRCIdentityRoot(Inst);
1430
1431     // ARC calls with null are no-ops. Delete them.
1432     if (IsNullOrUndef(Arg)) {
1433       Changed = true;
1434       ++NumNoops;
1435       DEBUG(dbgs() << "ARC calls with  null are no-ops. Erasing: " << *Inst
1436             << "\n");
1437       EraseInstruction(Inst);
1438       continue;
1439     }
1440
1441     // Keep track of which of retain, release, autorelease, and retain_block
1442     // are actually present in this function.
1443     UsedInThisFunction |= 1 << Class;
1444
1445     // If Arg is a PHI, and one or more incoming values to the
1446     // PHI are null, and the call is control-equivalent to the PHI, and there
1447     // are no relevant side effects between the PHI and the call, the call
1448     // could be pushed up to just those paths with non-null incoming values.
1449     // For now, don't bother splitting critical edges for this.
1450     SmallVector<std::pair<Instruction *, const Value *>, 4> Worklist;
1451     Worklist.push_back(std::make_pair(Inst, Arg));
1452     do {
1453       std::pair<Instruction *, const Value *> Pair = Worklist.pop_back_val();
1454       Inst = Pair.first;
1455       Arg = Pair.second;
1456
1457       const PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(Arg);
1458       if (!PN) continue;
1459
1460       // Determine if the PHI has any null operands, or any incoming
1461       // critical edges.
1462       bool HasNull = false;
1463       bool HasCriticalEdges = false;
1464       for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
1465         Value *Incoming =
1466           GetRCIdentityRoot(PN->getIncomingValue(i));
1467         if (IsNullOrUndef(Incoming))
1468           HasNull = true;
1469         else if (cast<TerminatorInst>(PN->getIncomingBlock(i)->back())
1470                    .getNumSuccessors() != 1) {
1471           HasCriticalEdges = true;
1472           break;
1473         }
1474       }
1475       // If we have null operands and no critical edges, optimize.
1476       if (!HasCriticalEdges && HasNull) {
1477         SmallPtrSet<Instruction *, 4> DependingInstructions;
1478         SmallPtrSet<const BasicBlock *, 4> Visited;
1479
1480         // Check that there is nothing that cares about the reference
1481         // count between the call and the phi.
1482         switch (Class) {
1483         case IC_Retain:
1484         case IC_RetainBlock:
1485           // These can always be moved up.
1486           break;
1487         case IC_Release:
1488           // These can't be moved across things that care about the retain
1489           // count.
1490           FindDependencies(NeedsPositiveRetainCount, Arg,
1491                            Inst->getParent(), Inst,
1492                            DependingInstructions, Visited, PA);
1493           break;
1494         case IC_Autorelease:
1495           // These can't be moved across autorelease pool scope boundaries.
1496           FindDependencies(AutoreleasePoolBoundary, Arg,
1497                            Inst->getParent(), Inst,
1498                            DependingInstructions, Visited, PA);
1499           break;
1500         case IC_RetainRV:
1501         case IC_AutoreleaseRV:
1502           // Don't move these; the RV optimization depends on the autoreleaseRV
1503           // being tail called, and the retainRV being immediately after a call
1504           // (which might still happen if we get lucky with codegen layout, but
1505           // it's not worth taking the chance).
1506           continue;
1507         default:
1508           llvm_unreachable("Invalid dependence flavor");
1509         }
1510
1511         if (DependingInstructions.size() == 1 &&
1512             *DependingInstructions.begin() == PN) {
1513           Changed = true;
1514           ++NumPartialNoops;
1515           // Clone the call into each predecessor that has a non-null value.
1516           CallInst *CInst = cast<CallInst>(Inst);
1517           Type *ParamTy = CInst->getArgOperand(0)->getType();
1518           for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
1519             Value *Incoming =
1520               GetRCIdentityRoot(PN->getIncomingValue(i));
1521             if (!IsNullOrUndef(Incoming)) {
1522               CallInst *Clone = cast<CallInst>(CInst->clone());
1523               Value *Op = PN->getIncomingValue(i);
1524               Instruction *InsertPos = &PN->getIncomingBlock(i)->back();
1525               if (Op->getType() != ParamTy)
1526                 Op = new BitCastInst(Op, ParamTy, "", InsertPos);
1527               Clone->setArgOperand(0, Op);
1528               Clone->insertBefore(InsertPos);
1529
1530               DEBUG(dbgs() << "Cloning "
1531                            << *CInst << "\n"
1532                            "And inserting clone at " << *InsertPos << "\n");
1533               Worklist.push_back(std::make_pair(Clone, Incoming));
1534             }
1535           }
1536           // Erase the original call.
1537           DEBUG(dbgs() << "Erasing: " << *CInst << "\n");
1538           EraseInstruction(CInst);
1539           continue;
1540         }
1541       }
1542     } while (!Worklist.empty());
1543   }
1544 }
1545
1546 /// If we have a top down pointer in the S_Use state, make sure that there are
1547 /// no CFG hazards by checking the states of various bottom up pointers.
1548 static void CheckForUseCFGHazard(const Sequence SuccSSeq,
1549                                  const bool SuccSRRIKnownSafe,
1550                                  PtrState &S,
1551                                  bool &SomeSuccHasSame,
1552                                  bool &AllSuccsHaveSame,
1553                                  bool &NotAllSeqEqualButKnownSafe,
1554                                  bool &ShouldContinue) {
1555   switch (SuccSSeq) {
1556   case S_CanRelease: {
1557     if (!S.IsKnownSafe() && !SuccSRRIKnownSafe) {
1558       S.ClearSequenceProgress();
1559       break;
1560     }
1561     S.SetCFGHazardAfflicted(true);
1562     ShouldContinue = true;
1563     break;
1564   }
1565   case S_Use:
1566     SomeSuccHasSame = true;
1567     break;
1568   case S_Stop:
1569   case S_Release:
1570   case S_MovableRelease:
1571     if (!S.IsKnownSafe() && !SuccSRRIKnownSafe)
1572       AllSuccsHaveSame = false;
1573     else
1574       NotAllSeqEqualButKnownSafe = true;
1575     break;
1576   case S_Retain:
1577     llvm_unreachable("bottom-up pointer in retain state!");
1578   case S_None:
1579     llvm_unreachable("This should have been handled earlier.");
1580   }
1581 }
1582
1583 /// If we have a Top Down pointer in the S_CanRelease state, make sure that
1584 /// there are no CFG hazards by checking the states of various bottom up
1585 /// pointers.
1586 static void CheckForCanReleaseCFGHazard(const Sequence SuccSSeq,
1587                                         const bool SuccSRRIKnownSafe,
1588                                         PtrState &S,
1589                                         bool &SomeSuccHasSame,
1590                                         bool &AllSuccsHaveSame,
1591                                         bool &NotAllSeqEqualButKnownSafe) {
1592   switch (SuccSSeq) {
1593   case S_CanRelease:
1594     SomeSuccHasSame = true;
1595     break;
1596   case S_Stop:
1597   case S_Release:
1598   case S_MovableRelease:
1599   case S_Use:
1600     if (!S.IsKnownSafe() && !SuccSRRIKnownSafe)
1601       AllSuccsHaveSame = false;
1602     else
1603       NotAllSeqEqualButKnownSafe = true;
1604     break;
1605   case S_Retain:
1606     llvm_unreachable("bottom-up pointer in retain state!");
1607   case S_None:
1608     llvm_unreachable("This should have been handled earlier.");
1609   }
1610 }
1611
1612 /// Check for critical edges, loop boundaries, irreducible control flow, or
1613 /// other CFG structures where moving code across the edge would result in it
1614 /// being executed more.
1615 void
1616 ObjCARCOpt::CheckForCFGHazards(const BasicBlock *BB,
1617                                DenseMap<const BasicBlock *, BBState> &BBStates,
1618                                BBState &MyStates) const {
1619   // If any top-down local-use or possible-dec has a succ which is earlier in
1620   // the sequence, forget it.
1621   for (BBState::ptr_iterator I = MyStates.top_down_ptr_begin(),
1622          E = MyStates.top_down_ptr_end(); I != E; ++I) {
1623     PtrState &S = I->second;
1624     const Sequence Seq = I->second.GetSeq();
1625
1626     // We only care about S_Retain, S_CanRelease, and S_Use.
1627     if (Seq == S_None)
1628       continue;
1629
1630     // Make sure that if extra top down states are added in the future that this
1631     // code is updated to handle it.
1632     assert((Seq == S_Retain || Seq == S_CanRelease || Seq == S_Use) &&
1633            "Unknown top down sequence state.");
1634
1635     const Value *Arg = I->first;
1636     const TerminatorInst *TI = cast<TerminatorInst>(&BB->back());
1637     bool SomeSuccHasSame = false;
1638     bool AllSuccsHaveSame = true;
1639     bool NotAllSeqEqualButKnownSafe = false;
1640
1641     succ_const_iterator SI(TI), SE(TI, false);
1642
1643     for (; SI != SE; ++SI) {
1644       // If VisitBottomUp has pointer information for this successor, take
1645       // what we know about it.
1646       const DenseMap<const BasicBlock *, BBState>::iterator BBI =
1647         BBStates.find(*SI);
1648       assert(BBI != BBStates.end());
1649       const PtrState &SuccS = BBI->second.getPtrBottomUpState(Arg);
1650       const Sequence SuccSSeq = SuccS.GetSeq();
1651
1652       // If bottom up, the pointer is in an S_None state, clear the sequence
1653       // progress since the sequence in the bottom up state finished
1654       // suggesting a mismatch in between retains/releases. This is true for
1655       // all three cases that we are handling here: S_Retain, S_Use, and
1656       // S_CanRelease.
1657       if (SuccSSeq == S_None) {
1658         S.ClearSequenceProgress();
1659         continue;
1660       }
1661
1662       // If we have S_Use or S_CanRelease, perform our check for cfg hazard
1663       // checks.
1664       const bool SuccSRRIKnownSafe = SuccS.IsKnownSafe();
1665
1666       // *NOTE* We do not use Seq from above here since we are allowing for
1667       // S.GetSeq() to change while we are visiting basic blocks.
1668       switch(S.GetSeq()) {
1669       case S_Use: {
1670         bool ShouldContinue = false;
1671         CheckForUseCFGHazard(SuccSSeq, SuccSRRIKnownSafe, S, SomeSuccHasSame,
1672                              AllSuccsHaveSame, NotAllSeqEqualButKnownSafe,
1673                              ShouldContinue);
1674         if (ShouldContinue)
1675           continue;
1676         break;
1677       }
1678       case S_CanRelease: {
1679         CheckForCanReleaseCFGHazard(SuccSSeq, SuccSRRIKnownSafe, S,
1680                                     SomeSuccHasSame, AllSuccsHaveSame,
1681                                     NotAllSeqEqualButKnownSafe);
1682         break;
1683       }
1684       case S_Retain:
1685       case S_None:
1686       case S_Stop:
1687       case S_Release:
1688       case S_MovableRelease:
1689         break;
1690       }
1691     }
1692
1693     // If the state at the other end of any of the successor edges
1694     // matches the current state, require all edges to match. This
1695     // guards against loops in the middle of a sequence.
1696     if (SomeSuccHasSame && !AllSuccsHaveSame) {
1697       S.ClearSequenceProgress();
1698     } else if (NotAllSeqEqualButKnownSafe) {
1699       // If we would have cleared the state foregoing the fact that we are known
1700       // safe, stop code motion. This is because whether or not it is safe to
1701       // remove RR pairs via KnownSafe is an orthogonal concept to whether we
1702       // are allowed to perform code motion.
1703       S.SetCFGHazardAfflicted(true);
1704     }
1705   }
1706 }
1707
1708 bool
1709 ObjCARCOpt::VisitInstructionBottomUp(Instruction *Inst,
1710                                      BasicBlock *BB,
1711                                      MapVector<Value *, RRInfo> &Retains,
1712                                      BBState &MyStates) {
1713   bool NestingDetected = false;
1714   InstructionClass Class = GetInstructionClass(Inst);
1715   const Value *Arg = nullptr;
1716
1717   DEBUG(dbgs() << "Class: " << Class << "\n");
1718
1719   switch (Class) {
1720   case IC_Release: {
1721     Arg = GetArgRCIdentityRoot(Inst);
1722
1723     PtrState &S = MyStates.getPtrBottomUpState(Arg);
1724
1725     // If we see two releases in a row on the same pointer. If so, make
1726     // a note, and we'll cicle back to revisit it after we've
1727     // hopefully eliminated the second release, which may allow us to
1728     // eliminate the first release too.
1729     // Theoretically we could implement removal of nested retain+release
1730     // pairs by making PtrState hold a stack of states, but this is
1731     // simple and avoids adding overhead for the non-nested case.
1732     if (S.GetSeq() == S_Release || S.GetSeq() == S_MovableRelease) {
1733       DEBUG(dbgs() << "Found nested releases (i.e. a release pair)\n");
1734       NestingDetected = true;
1735     }
1736
1737     MDNode *ReleaseMetadata = Inst->getMetadata(ImpreciseReleaseMDKind);
1738     Sequence NewSeq = ReleaseMetadata ? S_MovableRelease : S_Release;
1739     ANNOTATE_BOTTOMUP(Inst, Arg, S.GetSeq(), NewSeq);
1740     S.ResetSequenceProgress(NewSeq);
1741     S.SetReleaseMetadata(ReleaseMetadata);
1742     S.SetKnownSafe(S.HasKnownPositiveRefCount());
1743     S.SetTailCallRelease(cast<CallInst>(Inst)->isTailCall());
1744     S.InsertCall(Inst);
1745     S.SetKnownPositiveRefCount();
1746     break;
1747   }
1748   case IC_RetainBlock:
1749     // In OptimizeIndividualCalls, we have strength reduced all optimizable
1750     // objc_retainBlocks to objc_retains. Thus at this point any
1751     // objc_retainBlocks that we see are not optimizable.
1752     break;
1753   case IC_Retain:
1754   case IC_RetainRV: {
1755     Arg = GetArgRCIdentityRoot(Inst);
1756
1757     PtrState &S = MyStates.getPtrBottomUpState(Arg);
1758     S.SetKnownPositiveRefCount();
1759
1760     Sequence OldSeq = S.GetSeq();
1761     switch (OldSeq) {
1762     case S_Stop:
1763     case S_Release:
1764     case S_MovableRelease:
1765     case S_Use:
1766       // If OldSeq is not S_Use or OldSeq is S_Use and we are tracking an
1767       // imprecise release, clear our reverse insertion points.
1768       if (OldSeq != S_Use || S.IsTrackingImpreciseReleases())
1769         S.ClearReverseInsertPts();
1770       // FALL THROUGH
1771     case S_CanRelease:
1772       // Don't do retain+release tracking for IC_RetainRV, because it's
1773       // better to let it remain as the first instruction after a call.
1774       if (Class != IC_RetainRV)
1775         Retains[Inst] = S.GetRRInfo();
1776       S.ClearSequenceProgress();
1777       break;
1778     case S_None:
1779       break;
1780     case S_Retain:
1781       llvm_unreachable("bottom-up pointer in retain state!");
1782     }
1783     ANNOTATE_BOTTOMUP(Inst, Arg, OldSeq, S.GetSeq());
1784     // A retain moving bottom up can be a use.
1785     break;
1786   }
1787   case IC_AutoreleasepoolPop:
1788     // Conservatively, clear MyStates for all known pointers.
1789     MyStates.clearBottomUpPointers();
1790     return NestingDetected;
1791   case IC_AutoreleasepoolPush:
1792   case IC_None:
1793     // These are irrelevant.
1794     return NestingDetected;
1795   case IC_User:
1796     // If we have a store into an alloca of a pointer we are tracking, the
1797     // pointer has multiple owners implying that we must be more conservative.
1798     //
1799     // This comes up in the context of a pointer being ``KnownSafe''. In the
1800     // presence of a block being initialized, the frontend will emit the
1801     // objc_retain on the original pointer and the release on the pointer loaded
1802     // from the alloca. The optimizer will through the provenance analysis
1803     // realize that the two are related, but since we only require KnownSafe in
1804     // one direction, will match the inner retain on the original pointer with
1805     // the guard release on the original pointer. This is fixed by ensuring that
1806     // in the presence of allocas we only unconditionally remove pointers if
1807     // both our retain and our release are KnownSafe.
1808     if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Inst)) {
1809       if (AreAnyUnderlyingObjectsAnAlloca(SI->getPointerOperand())) {
1810         BBState::ptr_iterator I = MyStates.findPtrBottomUpState(
1811           GetRCIdentityRoot(SI->getValueOperand()));
1812         if (I != MyStates.bottom_up_ptr_end())
1813           MultiOwnersSet.insert(I->first);
1814       }
1815     }
1816     break;
1817   default:
1818     break;
1819   }
1820
1821   // Consider any other possible effects of this instruction on each
1822   // pointer being tracked.
1823   for (BBState::ptr_iterator MI = MyStates.bottom_up_ptr_begin(),
1824        ME = MyStates.bottom_up_ptr_end(); MI != ME; ++MI) {
1825     const Value *Ptr = MI->first;
1826     if (Ptr == Arg)
1827       continue; // Handled above.
1828     PtrState &S = MI->second;
1829     Sequence Seq = S.GetSeq();
1830
1831     // Check for possible releases.
1832     if (CanAlterRefCount(Inst, Ptr, PA, Class)) {
1833       DEBUG(dbgs() << "CanAlterRefCount: Seq: " << Seq << "; " << *Ptr
1834             << "\n");
1835       S.ClearKnownPositiveRefCount();
1836       switch (Seq) {
1837       case S_Use:
1838         S.SetSeq(S_CanRelease);
1839         ANNOTATE_BOTTOMUP(Inst, Ptr, Seq, S.GetSeq());
1840         continue;
1841       case S_CanRelease:
1842       case S_Release:
1843       case S_MovableRelease:
1844       case S_Stop:
1845       case S_None:
1846         break;
1847       case S_Retain:
1848         llvm_unreachable("bottom-up pointer in retain state!");
1849       }
1850     }
1851
1852     // Check for possible direct uses.
1853     switch (Seq) {
1854     case S_Release:
1855     case S_MovableRelease:
1856       if (CanUse(Inst, Ptr, PA, Class)) {
1857         DEBUG(dbgs() << "CanUse: Seq: " << Seq << "; " << *Ptr
1858               << "\n");
1859         assert(!S.HasReverseInsertPts());
1860         // If this is an invoke instruction, we're scanning it as part of
1861         // one of its successor blocks, since we can't insert code after it
1862         // in its own block, and we don't want to split critical edges.
1863         if (isa<InvokeInst>(Inst))
1864           S.InsertReverseInsertPt(BB->getFirstInsertionPt());
1865         else
1866           S.InsertReverseInsertPt(std::next(BasicBlock::iterator(Inst)));
1867         S.SetSeq(S_Use);
1868         ANNOTATE_BOTTOMUP(Inst, Ptr, Seq, S_Use);
1869       } else if (Seq == S_Release && IsUser(Class)) {
1870         DEBUG(dbgs() << "PreciseReleaseUse: Seq: " << Seq << "; " << *Ptr
1871               << "\n");
1872         // Non-movable releases depend on any possible objc pointer use.
1873         S.SetSeq(S_Stop);
1874         ANNOTATE_BOTTOMUP(Inst, Ptr, S_Release, S_Stop);
1875         assert(!S.HasReverseInsertPts());
1876         // As above; handle invoke specially.
1877         if (isa<InvokeInst>(Inst))
1878           S.InsertReverseInsertPt(BB->getFirstInsertionPt());
1879         else
1880           S.InsertReverseInsertPt(std::next(BasicBlock::iterator(Inst)));
1881       }
1882       break;
1883     case S_Stop:
1884       if (CanUse(Inst, Ptr, PA, Class)) {
1885         DEBUG(dbgs() << "PreciseStopUse: Seq: " << Seq << "; " << *Ptr
1886               << "\n");
1887         S.SetSeq(S_Use);
1888         ANNOTATE_BOTTOMUP(Inst, Ptr, Seq, S_Use);
1889       }
1890       break;
1891     case S_CanRelease:
1892     case S_Use:
1893     case S_None:
1894       break;
1895     case S_Retain:
1896       llvm_unreachable("bottom-up pointer in retain state!");
1897     }
1898   }
1899
1900   return NestingDetected;
1901 }
1902
1903 bool
1904 ObjCARCOpt::VisitBottomUp(BasicBlock *BB,
1905                           DenseMap<const BasicBlock *, BBState> &BBStates,
1906                           MapVector<Value *, RRInfo> &Retains) {
1907
1908   DEBUG(dbgs() << "\n== ObjCARCOpt::VisitBottomUp ==\n");
1909
1910   bool NestingDetected = false;
1911   BBState &MyStates = BBStates[BB];
1912
1913   // Merge the states from each successor to compute the initial state
1914   // for the current block.
1915   BBState::edge_iterator SI(MyStates.succ_begin()),
1916                          SE(MyStates.succ_end());
1917   if (SI != SE) {
1918     const BasicBlock *Succ = *SI;
1919     DenseMap<const BasicBlock *, BBState>::iterator I = BBStates.find(Succ);
1920     assert(I != BBStates.end());
1921     MyStates.InitFromSucc(I->second);
1922     ++SI;
1923     for (; SI != SE; ++SI) {
1924       Succ = *SI;
1925       I = BBStates.find(Succ);
1926       assert(I != BBStates.end());
1927       MyStates.MergeSucc(I->second);
1928     }
1929   }
1930
1931   // If ARC Annotations are enabled, output the current state of pointers at the
1932   // bottom of the basic block.
1933   ANNOTATE_BOTTOMUP_BBEND(MyStates, BB);
1934
1935   // Visit all the instructions, bottom-up.
1936   for (BasicBlock::iterator I = BB->end(), E = BB->begin(); I != E; --I) {
1937     Instruction *Inst = std::prev(I);
1938
1939     // Invoke instructions are visited as part of their successors (below).
1940     if (isa<InvokeInst>(Inst))
1941       continue;
1942
1943     DEBUG(dbgs() << "Visiting " << *Inst << "\n");
1944
1945     NestingDetected |= VisitInstructionBottomUp(Inst, BB, Retains, MyStates);
1946   }
1947
1948   // If there's a predecessor with an invoke, visit the invoke as if it were
1949   // part of this block, since we can't insert code after an invoke in its own
1950   // block, and we don't want to split critical edges.
1951   for (BBState::edge_iterator PI(MyStates.pred_begin()),
1952        PE(MyStates.pred_end()); PI != PE; ++PI) {
1953     BasicBlock *Pred = *PI;
1954     if (InvokeInst *II = dyn_cast<InvokeInst>(&Pred->back()))
1955       NestingDetected |= VisitInstructionBottomUp(II, BB, Retains, MyStates);
1956   }
1957
1958   // If ARC Annotations are enabled, output the current state of pointers at the
1959   // top of the basic block.
1960   ANNOTATE_BOTTOMUP_BBSTART(MyStates, BB);
1961
1962   return NestingDetected;
1963 }
1964
1965 bool
1966 ObjCARCOpt::VisitInstructionTopDown(Instruction *Inst,
1967                                     DenseMap<Value *, RRInfo> &Releases,
1968                                     BBState &MyStates) {
1969   bool NestingDetected = false;
1970   InstructionClass Class = GetInstructionClass(Inst);
1971   const Value *Arg = nullptr;
1972
1973   switch (Class) {
1974   case IC_RetainBlock:
1975     // In OptimizeIndividualCalls, we have strength reduced all optimizable
1976     // objc_retainBlocks to objc_retains. Thus at this point any
1977     // objc_retainBlocks that we see are not optimizable.
1978     break;
1979   case IC_Retain:
1980   case IC_RetainRV: {
1981     Arg = GetArgRCIdentityRoot(Inst);
1982
1983     PtrState &S = MyStates.getPtrTopDownState(Arg);
1984
1985     // Don't do retain+release tracking for IC_RetainRV, because it's
1986     // better to let it remain as the first instruction after a call.
1987     if (Class != IC_RetainRV) {
1988       // If we see two retains in a row on the same pointer. If so, make
1989       // a note, and we'll cicle back to revisit it after we've
1990       // hopefully eliminated the second retain, which may allow us to
1991       // eliminate the first retain too.
1992       // Theoretically we could implement removal of nested retain+release
1993       // pairs by making PtrState hold a stack of states, but this is
1994       // simple and avoids adding overhead for the non-nested case.
1995       if (S.GetSeq() == S_Retain)
1996         NestingDetected = true;
1997
1998       ANNOTATE_TOPDOWN(Inst, Arg, S.GetSeq(), S_Retain);
1999       S.ResetSequenceProgress(S_Retain);
2000       S.SetKnownSafe(S.HasKnownPositiveRefCount());
2001       S.InsertCall(Inst);
2002     }
2003
2004     S.SetKnownPositiveRefCount();
2005
2006     // A retain can be a potential use; procede to the generic checking
2007     // code below.
2008     break;
2009   }
2010   case IC_Release: {
2011     Arg = GetArgRCIdentityRoot(Inst);
2012
2013     PtrState &S = MyStates.getPtrTopDownState(Arg);
2014     S.ClearKnownPositiveRefCount();
2015
2016     Sequence OldSeq = S.GetSeq();
2017
2018     MDNode *ReleaseMetadata = Inst->getMetadata(ImpreciseReleaseMDKind);
2019
2020     switch (OldSeq) {
2021     case S_Retain:
2022     case S_CanRelease:
2023       if (OldSeq == S_Retain || ReleaseMetadata != nullptr)
2024         S.ClearReverseInsertPts();
2025       // FALL THROUGH
2026     case S_Use:
2027       S.SetReleaseMetadata(ReleaseMetadata);
2028       S.SetTailCallRelease(cast<CallInst>(Inst)->isTailCall());
2029       Releases[Inst] = S.GetRRInfo();
2030       ANNOTATE_TOPDOWN(Inst, Arg, S.GetSeq(), S_None);
2031       S.ClearSequenceProgress();
2032       break;
2033     case S_None:
2034       break;
2035     case S_Stop:
2036     case S_Release:
2037     case S_MovableRelease:
2038       llvm_unreachable("top-down pointer in release state!");
2039     }
2040     break;
2041   }
2042   case IC_AutoreleasepoolPop:
2043     // Conservatively, clear MyStates for all known pointers.
2044     MyStates.clearTopDownPointers();
2045     return NestingDetected;
2046   case IC_AutoreleasepoolPush:
2047   case IC_None:
2048     // These are irrelevant.
2049     return NestingDetected;
2050   default:
2051     break;
2052   }
2053
2054   // Consider any other possible effects of this instruction on each
2055   // pointer being tracked.
2056   for (BBState::ptr_iterator MI = MyStates.top_down_ptr_begin(),
2057        ME = MyStates.top_down_ptr_end(); MI != ME; ++MI) {
2058     const Value *Ptr = MI->first;
2059     if (Ptr == Arg)
2060       continue; // Handled above.
2061     PtrState &S = MI->second;
2062     Sequence Seq = S.GetSeq();
2063
2064     // Check for possible releases.
2065     if (CanAlterRefCount(Inst, Ptr, PA, Class)) {
2066       DEBUG(dbgs() << "CanAlterRefCount: Seq: " << Seq << "; " << *Ptr
2067             << "\n");
2068       S.ClearKnownPositiveRefCount();
2069       switch (Seq) {
2070       case S_Retain:
2071         S.SetSeq(S_CanRelease);
2072         ANNOTATE_TOPDOWN(Inst, Ptr, Seq, S_CanRelease);
2073         assert(!S.HasReverseInsertPts());
2074         S.InsertReverseInsertPt(Inst);
2075
2076         // One call can't cause a transition from S_Retain to S_CanRelease
2077         // and S_CanRelease to S_Use. If we've made the first transition,
2078         // we're done.
2079         continue;
2080       case S_Use:
2081       case S_CanRelease:
2082       case S_None:
2083         break;
2084       case S_Stop:
2085       case S_Release:
2086       case S_MovableRelease:
2087         llvm_unreachable("top-down pointer in release state!");
2088       }
2089     }
2090
2091     // Check for possible direct uses.
2092     switch (Seq) {
2093     case S_CanRelease:
2094       if (CanUse(Inst, Ptr, PA, Class)) {
2095         DEBUG(dbgs() << "CanUse: Seq: " << Seq << "; " << *Ptr
2096               << "\n");
2097         S.SetSeq(S_Use);
2098         ANNOTATE_TOPDOWN(Inst, Ptr, Seq, S_Use);
2099       }
2100       break;
2101     case S_Retain:
2102     case S_Use:
2103     case S_None:
2104       break;
2105     case S_Stop:
2106     case S_Release:
2107     case S_MovableRelease:
2108       llvm_unreachable("top-down pointer in release state!");
2109     }
2110   }
2111
2112   return NestingDetected;
2113 }
2114
2115 bool
2116 ObjCARCOpt::VisitTopDown(BasicBlock *BB,
2117                          DenseMap<const BasicBlock *, BBState> &BBStates,
2118                          DenseMap<Value *, RRInfo> &Releases) {
2119   DEBUG(dbgs() << "\n== ObjCARCOpt::VisitTopDown ==\n");
2120   bool NestingDetected = false;
2121   BBState &MyStates = BBStates[BB];
2122
2123   // Merge the states from each predecessor to compute the initial state
2124   // for the current block.
2125   BBState::edge_iterator PI(MyStates.pred_begin()),
2126                          PE(MyStates.pred_end());
2127   if (PI != PE) {
2128     const BasicBlock *Pred = *PI;
2129     DenseMap<const BasicBlock *, BBState>::iterator I = BBStates.find(Pred);
2130     assert(I != BBStates.end());
2131     MyStates.InitFromPred(I->second);
2132     ++PI;
2133     for (; PI != PE; ++PI) {
2134       Pred = *PI;
2135       I = BBStates.find(Pred);
2136       assert(I != BBStates.end());
2137       MyStates.MergePred(I->second);
2138     }
2139   }
2140
2141   // If ARC Annotations are enabled, output the current state of pointers at the
2142   // top of the basic block.
2143   ANNOTATE_TOPDOWN_BBSTART(MyStates, BB);
2144
2145   // Visit all the instructions, top-down.
2146   for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(), E = BB->end(); I != E; ++I) {
2147     Instruction *Inst = I;
2148
2149     DEBUG(dbgs() << "Visiting " << *Inst << "\n");
2150
2151     NestingDetected |= VisitInstructionTopDown(Inst, Releases, MyStates);
2152   }
2153
2154   // If ARC Annotations are enabled, output the current state of pointers at the
2155   // bottom of the basic block.
2156   ANNOTATE_TOPDOWN_BBEND(MyStates, BB);
2157
2158 #ifdef ARC_ANNOTATIONS
2159   if (!(EnableARCAnnotations && DisableCheckForCFGHazards))
2160 #endif
2161   CheckForCFGHazards(BB, BBStates, MyStates);
2162   return NestingDetected;
2163 }
2164
2165 static void
2166 ComputePostOrders(Function &F,
2167                   SmallVectorImpl<BasicBlock *> &PostOrder,
2168                   SmallVectorImpl<BasicBlock *> &ReverseCFGPostOrder,
2169                   unsigned NoObjCARCExceptionsMDKind,
2170                   DenseMap<const BasicBlock *, BBState> &BBStates) {
2171   /// The visited set, for doing DFS walks.
2172   SmallPtrSet<BasicBlock *, 16> Visited;
2173
2174   // Do DFS, computing the PostOrder.
2175   SmallPtrSet<BasicBlock *, 16> OnStack;
2176   SmallVector<std::pair<BasicBlock *, succ_iterator>, 16> SuccStack;
2177
2178   // Functions always have exactly one entry block, and we don't have
2179   // any other block that we treat like an entry block.
2180   BasicBlock *EntryBB = &F.getEntryBlock();
2181   BBState &MyStates = BBStates[EntryBB];
2182   MyStates.SetAsEntry();
2183   TerminatorInst *EntryTI = cast<TerminatorInst>(&EntryBB->back());
2184   SuccStack.push_back(std::make_pair(EntryBB, succ_iterator(EntryTI)));
2185   Visited.insert(EntryBB);
2186   OnStack.insert(EntryBB);
2187   do {
2188   dfs_next_succ:
2189     BasicBlock *CurrBB = SuccStack.back().first;
2190     TerminatorInst *TI = cast<TerminatorInst>(&CurrBB->back());
2191     succ_iterator SE(TI, false);
2192
2193     while (SuccStack.back().second != SE) {
2194       BasicBlock *SuccBB = *SuccStack.back().second++;
2195       if (Visited.insert(SuccBB).second) {
2196         TerminatorInst *TI = cast<TerminatorInst>(&SuccBB->back());
2197         SuccStack.push_back(std::make_pair(SuccBB, succ_iterator(TI)));
2198         BBStates[CurrBB].addSucc(SuccBB);
2199         BBState &SuccStates = BBStates[SuccBB];
2200         SuccStates.addPred(CurrBB);
2201         OnStack.insert(SuccBB);
2202         goto dfs_next_succ;
2203       }
2204
2205       if (!OnStack.count(SuccBB)) {
2206         BBStates[CurrBB].addSucc(SuccBB);
2207         BBStates[SuccBB].addPred(CurrBB);
2208       }
2209     }
2210     OnStack.erase(CurrBB);
2211     PostOrder.push_back(CurrBB);
2212     SuccStack.pop_back();
2213   } while (!SuccStack.empty());
2214
2215   Visited.clear();
2216
2217   // Do reverse-CFG DFS, computing the reverse-CFG PostOrder.
2218   // Functions may have many exits, and there also blocks which we treat
2219   // as exits due to ignored edges.
2220   SmallVector<std::pair<BasicBlock *, BBState::edge_iterator>, 16> PredStack;
2221   for (Function::iterator I = F.begin(), E = F.end(); I != E; ++I) {
2222     BasicBlock *ExitBB = I;
2223     BBState &MyStates = BBStates[ExitBB];
2224     if (!MyStates.isExit())
2225       continue;
2226
2227     MyStates.SetAsExit();
2228
2229     PredStack.push_back(std::make_pair(ExitBB, MyStates.pred_begin()));
2230     Visited.insert(ExitBB);
2231     while (!PredStack.empty()) {
2232     reverse_dfs_next_succ:
2233       BBState::edge_iterator PE = BBStates[PredStack.back().first].pred_end();
2234       while (PredStack.back().second != PE) {
2235         BasicBlock *BB = *PredStack.back().second++;
2236         if (Visited.insert(BB).second) {
2237           PredStack.push_back(std::make_pair(BB, BBStates[BB].pred_begin()));
2238           goto reverse_dfs_next_succ;
2239         }
2240       }
2241       ReverseCFGPostOrder.push_back(PredStack.pop_back_val().first);
2242     }
2243   }
2244 }
2245
2246 // Visit the function both top-down and bottom-up.
2247 bool
2248 ObjCARCOpt::Visit(Function &F,
2249                   DenseMap<const BasicBlock *, BBState> &BBStates,
2250                   MapVector<Value *, RRInfo> &Retains,
2251                   DenseMap<Value *, RRInfo> &Releases) {
2252
2253   // Use reverse-postorder traversals, because we magically know that loops
2254   // will be well behaved, i.e. they won't repeatedly call retain on a single
2255   // pointer without doing a release. We can't use the ReversePostOrderTraversal
2256   // class here because we want the reverse-CFG postorder to consider each
2257   // function exit point, and we want to ignore selected cycle edges.
2258   SmallVector<BasicBlock *, 16> PostOrder;
2259   SmallVector<BasicBlock *, 16> ReverseCFGPostOrder;
2260   ComputePostOrders(F, PostOrder, ReverseCFGPostOrder,
2261                     NoObjCARCExceptionsMDKind,
2262                     BBStates);
2263
2264   // Use reverse-postorder on the reverse CFG for bottom-up.
2265   bool BottomUpNestingDetected = false;
2266   for (SmallVectorImpl<BasicBlock *>::const_reverse_iterator I =
2267        ReverseCFGPostOrder.rbegin(), E = ReverseCFGPostOrder.rend();
2268        I != E; ++I)
2269     BottomUpNestingDetected |= VisitBottomUp(*I, BBStates, Retains);
2270
2271   // Use reverse-postorder for top-down.
2272   bool TopDownNestingDetected = false;
2273   for (SmallVectorImpl<BasicBlock *>::const_reverse_iterator I =
2274        PostOrder.rbegin(), E = PostOrder.rend();
2275        I != E; ++I)
2276     TopDownNestingDetected |= VisitTopDown(*I, BBStates, Releases);
2277
2278   return TopDownNestingDetected && BottomUpNestingDetected;
2279 }
2280
2281 /// Move the calls in RetainsToMove and ReleasesToMove.
2282 void ObjCARCOpt::MoveCalls(Value *Arg,
2283                            RRInfo &RetainsToMove,
2284                            RRInfo &ReleasesToMove,
2285                            MapVector<Value *, RRInfo> &Retains,
2286                            DenseMap<Value *, RRInfo> &Releases,
2287                            SmallVectorImpl<Instruction *> &DeadInsts,
2288                            Module *M) {
2289   Type *ArgTy = Arg->getType();
2290   Type *ParamTy = PointerType::getUnqual(Type::getInt8Ty(ArgTy->getContext()));
2291
2292   DEBUG(dbgs() << "== ObjCARCOpt::MoveCalls ==\n");
2293
2294   // Insert the new retain and release calls.
2295   for (Instruction *InsertPt : ReleasesToMove.ReverseInsertPts) {
2296     Value *MyArg = ArgTy == ParamTy ? Arg :
2297                    new BitCastInst(Arg, ParamTy, "", InsertPt);
2298     Constant *Decl = EP.get(ARCRuntimeEntryPoints::EPT_Retain);
2299     CallInst *Call = CallInst::Create(Decl, MyArg, "", InsertPt);
2300     Call->setDoesNotThrow();
2301     Call->setTailCall();
2302
2303     DEBUG(dbgs() << "Inserting new Retain: " << *Call << "\n"
2304                     "At insertion point: " << *InsertPt << "\n");
2305   }
2306   for (Instruction *InsertPt : RetainsToMove.ReverseInsertPts) {
2307     Value *MyArg = ArgTy == ParamTy ? Arg :
2308                    new BitCastInst(Arg, ParamTy, "", InsertPt);
2309     Constant *Decl = EP.get(ARCRuntimeEntryPoints::EPT_Release);
2310     CallInst *Call = CallInst::Create(Decl, MyArg, "", InsertPt);
2311     // Attach a clang.imprecise_release metadata tag, if appropriate.
2312     if (MDNode *M = ReleasesToMove.ReleaseMetadata)
2313       Call->setMetadata(ImpreciseReleaseMDKind, M);
2314     Call->setDoesNotThrow();
2315     if (ReleasesToMove.IsTailCallRelease)
2316       Call->setTailCall();
2317
2318     DEBUG(dbgs() << "Inserting new Release: " << *Call << "\n"
2319                     "At insertion point: " << *InsertPt << "\n");
2320   }
2321
2322   // Delete the original retain and release calls.
2323   for (Instruction *OrigRetain : RetainsToMove.Calls) {
2324     Retains.blot(OrigRetain);
2325     DeadInsts.push_back(OrigRetain);
2326     DEBUG(dbgs() << "Deleting retain: " << *OrigRetain << "\n");
2327   }
2328   for (Instruction *OrigRelease : ReleasesToMove.Calls) {
2329     Releases.erase(OrigRelease);
2330     DeadInsts.push_back(OrigRelease);
2331     DEBUG(dbgs() << "Deleting release: " << *OrigRelease << "\n");
2332   }
2333
2334 }
2335
2336 bool
2337 ObjCARCOpt::ConnectTDBUTraversals(DenseMap<const BasicBlock *, BBState>
2338                                     &BBStates,
2339                                   MapVector<Value *, RRInfo> &Retains,
2340                                   DenseMap<Value *, RRInfo> &Releases,
2341                                   Module *M,
2342                                   SmallVectorImpl<Instruction *> &NewRetains,
2343                                   SmallVectorImpl<Instruction *> &NewReleases,
2344                                   SmallVectorImpl<Instruction *> &DeadInsts,
2345                                   RRInfo &RetainsToMove,
2346                                   RRInfo &ReleasesToMove,
2347                                   Value *Arg,
2348                                   bool KnownSafe,
2349                                   bool &AnyPairsCompletelyEliminated) {
2350   // If a pair happens in a region where it is known that the reference count
2351   // is already incremented, we can similarly ignore possible decrements unless
2352   // we are dealing with a retainable object with multiple provenance sources.
2353   bool KnownSafeTD = true, KnownSafeBU = true;
2354   bool MultipleOwners = false;
2355   bool CFGHazardAfflicted = false;
2356
2357   // Connect the dots between the top-down-collected RetainsToMove and
2358   // bottom-up-collected ReleasesToMove to form sets of related calls.
2359   // This is an iterative process so that we connect multiple releases
2360   // to multiple retains if needed.
2361   unsigned OldDelta = 0;
2362   unsigned NewDelta = 0;
2363   unsigned OldCount = 0;
2364   unsigned NewCount = 0;
2365   bool FirstRelease = true;
2366   for (;;) {
2367     for (SmallVectorImpl<Instruction *>::const_iterator
2368            NI = NewRetains.begin(), NE = NewRetains.end(); NI != NE; ++NI) {
2369       Instruction *NewRetain = *NI;
2370       MapVector<Value *, RRInfo>::const_iterator It = Retains.find(NewRetain);
2371       assert(It != Retains.end());
2372       const RRInfo &NewRetainRRI = It->second;
2373       KnownSafeTD &= NewRetainRRI.KnownSafe;
2374       MultipleOwners =
2375         MultipleOwners || MultiOwnersSet.count(GetArgRCIdentityRoot(NewRetain));
2376       for (Instruction *NewRetainRelease : NewRetainRRI.Calls) {
2377         DenseMap<Value *, RRInfo>::const_iterator Jt =
2378           Releases.find(NewRetainRelease);
2379         if (Jt == Releases.end())
2380           return false;
2381         const RRInfo &NewRetainReleaseRRI = Jt->second;
2382
2383         // If the release does not have a reference to the retain as well,
2384         // something happened which is unaccounted for. Do not do anything.
2385         //
2386         // This can happen if we catch an additive overflow during path count
2387         // merging.
2388         if (!NewRetainReleaseRRI.Calls.count(NewRetain))
2389           return false;
2390
2391         if (ReleasesToMove.Calls.insert(NewRetainRelease).second) {
2392
2393           // If we overflow when we compute the path count, don't remove/move
2394           // anything.
2395           const BBState &NRRBBState = BBStates[NewRetainRelease->getParent()];
2396           unsigned PathCount = BBState::OverflowOccurredValue;
2397           if (NRRBBState.GetAllPathCountWithOverflow(PathCount))
2398             return false;
2399           assert(PathCount != BBState::OverflowOccurredValue &&
2400                  "PathCount at this point can not be "
2401                  "OverflowOccurredValue.");
2402           OldDelta -= PathCount;
2403
2404           // Merge the ReleaseMetadata and IsTailCallRelease values.
2405           if (FirstRelease) {
2406             ReleasesToMove.ReleaseMetadata =
2407               NewRetainReleaseRRI.ReleaseMetadata;
2408             ReleasesToMove.IsTailCallRelease =
2409               NewRetainReleaseRRI.IsTailCallRelease;
2410             FirstRelease = false;
2411           } else {
2412             if (ReleasesToMove.ReleaseMetadata !=
2413                 NewRetainReleaseRRI.ReleaseMetadata)
2414               ReleasesToMove.ReleaseMetadata = nullptr;
2415             if (ReleasesToMove.IsTailCallRelease !=
2416                 NewRetainReleaseRRI.IsTailCallRelease)
2417               ReleasesToMove.IsTailCallRelease = false;
2418           }
2419
2420           // Collect the optimal insertion points.
2421           if (!KnownSafe)
2422             for (Instruction *RIP : NewRetainReleaseRRI.ReverseInsertPts) {
2423               if (ReleasesToMove.ReverseInsertPts.insert(RIP).second) {
2424                 // If we overflow when we compute the path count, don't
2425                 // remove/move anything.
2426                 const BBState &RIPBBState = BBStates[RIP->getParent()];
2427                 PathCount = BBState::OverflowOccurredValue;
2428                 if (RIPBBState.GetAllPathCountWithOverflow(PathCount))
2429                   return false;
2430                 assert(PathCount != BBState::OverflowOccurredValue &&
2431                        "PathCount at this point can not be "
2432                        "OverflowOccurredValue.");
2433                 NewDelta -= PathCount;
2434               }
2435             }
2436           NewReleases.push_back(NewRetainRelease);
2437         }
2438       }
2439     }
2440     NewRetains.clear();
2441     if (NewReleases.empty()) break;
2442
2443     // Back the other way.
2444     for (SmallVectorImpl<Instruction *>::const_iterator
2445            NI = NewReleases.begin(), NE = NewReleases.end(); NI != NE; ++NI) {
2446       Instruction *NewRelease = *NI;
2447       DenseMap<Value *, RRInfo>::const_iterator It =
2448         Releases.find(NewRelease);
2449       assert(It != Releases.end());
2450       const RRInfo &NewReleaseRRI = It->second;
2451       KnownSafeBU &= NewReleaseRRI.KnownSafe;
2452       CFGHazardAfflicted |= NewReleaseRRI.CFGHazardAfflicted;
2453       for (Instruction *NewReleaseRetain : NewReleaseRRI.Calls) {
2454         MapVector<Value *, RRInfo>::const_iterator Jt =
2455           Retains.find(NewReleaseRetain);
2456         if (Jt == Retains.end())
2457           return false;
2458         const RRInfo &NewReleaseRetainRRI = Jt->second;
2459
2460         // If the retain does not have a reference to the release as well,
2461         // something happened which is unaccounted for. Do not do anything.
2462         //
2463         // This can happen if we catch an additive overflow during path count
2464         // merging.
2465         if (!NewReleaseRetainRRI.Calls.count(NewRelease))
2466           return false;
2467
2468         if (RetainsToMove.Calls.insert(NewReleaseRetain).second) {
2469           // If we overflow when we compute the path count, don't remove/move
2470           // anything.
2471           const BBState &NRRBBState = BBStates[NewReleaseRetain->getParent()];
2472           unsigned PathCount = BBState::OverflowOccurredValue;
2473           if (NRRBBState.GetAllPathCountWithOverflow(PathCount))
2474             return false;
2475           assert(PathCount != BBState::OverflowOccurredValue &&
2476                  "PathCount at this point can not be "
2477                  "OverflowOccurredValue.");
2478           OldDelta += PathCount;
2479           OldCount += PathCount;
2480
2481           // Collect the optimal insertion points.
2482           if (!KnownSafe)
2483             for (Instruction *RIP : NewReleaseRetainRRI.ReverseInsertPts) {
2484               if (RetainsToMove.ReverseInsertPts.insert(RIP).second) {
2485                 // If we overflow when we compute the path count, don't
2486                 // remove/move anything.
2487                 const BBState &RIPBBState = BBStates[RIP->getParent()];
2488
2489                 PathCount = BBState::OverflowOccurredValue;
2490                 if (RIPBBState.GetAllPathCountWithOverflow(PathCount))
2491                   return false;
2492                 assert(PathCount != BBState::OverflowOccurredValue &&
2493                        "PathCount at this point can not be "
2494                        "OverflowOccurredValue.");
2495                 NewDelta += PathCount;
2496                 NewCount += PathCount;
2497               }
2498             }
2499           NewRetains.push_back(NewReleaseRetain);
2500         }
2501       }
2502     }
2503     NewReleases.clear();
2504     if (NewRetains.empty()) break;
2505   }
2506
2507   // If the pointer is known incremented in 1 direction and we do not have
2508   // MultipleOwners, we can safely remove the retain/releases. Otherwise we need
2509   // to be known safe in both directions.
2510   bool UnconditionallySafe = (KnownSafeTD && KnownSafeBU) ||
2511     ((KnownSafeTD || KnownSafeBU) && !MultipleOwners);
2512   if (UnconditionallySafe) {
2513     RetainsToMove.ReverseInsertPts.clear();
2514     ReleasesToMove.ReverseInsertPts.clear();
2515     NewCount = 0;
2516   } else {
2517     // Determine whether the new insertion points we computed preserve the
2518     // balance of retain and release calls through the program.
2519     // TODO: If the fully aggressive solution isn't valid, try to find a
2520     // less aggressive solution which is.
2521     if (NewDelta != 0)
2522       return false;
2523
2524     // At this point, we are not going to remove any RR pairs, but we still are
2525     // able to move RR pairs. If one of our pointers is afflicted with
2526     // CFGHazards, we cannot perform such code motion so exit early.
2527     const bool WillPerformCodeMotion = RetainsToMove.ReverseInsertPts.size() ||
2528       ReleasesToMove.ReverseInsertPts.size();
2529     if (CFGHazardAfflicted && WillPerformCodeMotion)
2530       return false;
2531   }
2532
2533   // Determine whether the original call points are balanced in the retain and
2534   // release calls through the program. If not, conservatively don't touch
2535   // them.
2536   // TODO: It's theoretically possible to do code motion in this case, as
2537   // long as the existing imbalances are maintained.
2538   if (OldDelta != 0)
2539     return false;
2540
2541 #ifdef ARC_ANNOTATIONS
2542   // Do not move calls if ARC annotations are requested.
2543   if (EnableARCAnnotations)
2544     return false;
2545 #endif // ARC_ANNOTATIONS
2546
2547   Changed = true;
2548   assert(OldCount != 0 && "Unreachable code?");
2549   NumRRs += OldCount - NewCount;
2550   // Set to true if we completely removed any RR pairs.
2551   AnyPairsCompletelyEliminated = NewCount == 0;
2552
2553   // We can move calls!
2554   return true;
2555 }
2556
2557 /// Identify pairings between the retains and releases, and delete and/or move
2558 /// them.
2559 bool
2560 ObjCARCOpt::PerformCodePlacement(DenseMap<const BasicBlock *, BBState>
2561                                    &BBStates,
2562                                  MapVector<Value *, RRInfo> &Retains,
2563                                  DenseMap<Value *, RRInfo> &Releases,
2564                                  Module *M) {
2565   DEBUG(dbgs() << "\n== ObjCARCOpt::PerformCodePlacement ==\n");
2566
2567   bool AnyPairsCompletelyEliminated = false;
2568   RRInfo RetainsToMove;
2569   RRInfo ReleasesToMove;
2570   SmallVector<Instruction *, 4> NewRetains;
2571   SmallVector<Instruction *, 4> NewReleases;
2572   SmallVector<Instruction *, 8> DeadInsts;
2573
2574   // Visit each retain.
2575   for (MapVector<Value *, RRInfo>::const_iterator I = Retains.begin(),
2576        E = Retains.end(); I != E; ++I) {
2577     Value *V = I->first;
2578     if (!V) continue; // blotted
2579
2580     Instruction *Retain = cast<Instruction>(V);
2581
2582     DEBUG(dbgs() << "Visiting: " << *Retain << "\n");
2583
2584     Value *Arg = GetArgRCIdentityRoot(Retain);
2585
2586     // If the object being released is in static or stack storage, we know it's
2587     // not being managed by ObjC reference counting, so we can delete pairs
2588     // regardless of what possible decrements or uses lie between them.
2589     bool KnownSafe = isa<Constant>(Arg) || isa<AllocaInst>(Arg);
2590
2591     // A constant pointer can't be pointing to an object on the heap. It may
2592     // be reference-counted, but it won't be deleted.
2593     if (const LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(Arg))
2594       if (const GlobalVariable *GV =
2595             dyn_cast<GlobalVariable>(
2596               GetRCIdentityRoot(LI->getPointerOperand())))
2597         if (GV->isConstant())
2598           KnownSafe = true;
2599
2600     // Connect the dots between the top-down-collected RetainsToMove and
2601     // bottom-up-collected ReleasesToMove to form sets of related calls.
2602     NewRetains.push_back(Retain);
2603     bool PerformMoveCalls =
2604       ConnectTDBUTraversals(BBStates, Retains, Releases, M, NewRetains,
2605                             NewReleases, DeadInsts, RetainsToMove,
2606                             ReleasesToMove, Arg, KnownSafe,
2607                             AnyPairsCompletelyEliminated);
2608
2609     if (PerformMoveCalls) {
2610       // Ok, everything checks out and we're all set. Let's move/delete some
2611       // code!
2612       MoveCalls(Arg, RetainsToMove, ReleasesToMove,
2613                 Retains, Releases, DeadInsts, M);
2614     }
2615
2616     // Clean up state for next retain.
2617     NewReleases.clear();
2618     NewRetains.clear();
2619     RetainsToMove.clear();
2620     ReleasesToMove.clear();
2621   }
2622
2623   // Now that we're done moving everything, we can delete the newly dead
2624   // instructions, as we no longer need them as insert points.
2625   while (!DeadInsts.empty())
2626     EraseInstruction(DeadInsts.pop_back_val());
2627
2628   return AnyPairsCompletelyEliminated;
2629 }
2630
2631 /// Weak pointer optimizations.
2632 void ObjCARCOpt::OptimizeWeakCalls(Function &F) {
2633   DEBUG(dbgs() << "\n== ObjCARCOpt::OptimizeWeakCalls ==\n");
2634
2635   // First, do memdep-style RLE and S2L optimizations. We can't use memdep
2636   // itself because it uses AliasAnalysis and we need to do provenance
2637   // queries instead.
2638   for (inst_iterator I = inst_begin(&F), E = inst_end(&F); I != E; ) {
2639     Instruction *Inst = &*I++;
2640
2641     DEBUG(dbgs() << "Visiting: " << *Inst << "\n");
2642
2643     InstructionClass Class = GetBasicInstructionClass(Inst);
2644     if (Class != IC_LoadWeak && Class != IC_LoadWeakRetained)
2645       continue;
2646
2647     // Delete objc_loadWeak calls with no users.
2648     if (Class == IC_LoadWeak && Inst->use_empty()) {
2649       Inst->eraseFromParent();
2650       continue;
2651     }
2652
2653     // TODO: For now, just look for an earlier available version of this value
2654     // within the same block. Theoretically, we could do memdep-style non-local
2655     // analysis too, but that would want caching. A better approach would be to
2656     // use the technique that EarlyCSE uses.
2657     inst_iterator Current = std::prev(I);
2658     BasicBlock *CurrentBB = Current.getBasicBlockIterator();
2659     for (BasicBlock::iterator B = CurrentBB->begin(),
2660                               J = Current.getInstructionIterator();
2661          J != B; --J) {
2662       Instruction *EarlierInst = &*std::prev(J);
2663       InstructionClass EarlierClass = GetInstructionClass(EarlierInst);
2664       switch (EarlierClass) {
2665       case IC_LoadWeak:
2666       case IC_LoadWeakRetained: {
2667         // If this is loading from the same pointer, replace this load's value
2668         // with that one.
2669         CallInst *Call = cast<CallInst>(Inst);
2670         CallInst *EarlierCall = cast<CallInst>(EarlierInst);
2671         Value *Arg = Call->getArgOperand(0);
2672         Value *EarlierArg = EarlierCall->getArgOperand(0);
2673         switch (PA.getAA()->alias(Arg, EarlierArg)) {
2674         case AliasAnalysis::MustAlias:
2675           Changed = true;
2676           // If the load has a builtin retain, insert a plain retain for it.
2677           if (Class == IC_LoadWeakRetained) {
2678             Constant *Decl = EP.get(ARCRuntimeEntryPoints::EPT_Retain);
2679             CallInst *CI = CallInst::Create(Decl, EarlierCall, "", Call);
2680             CI->setTailCall();
2681           }
2682           // Zap the fully redundant load.
2683           Call->replaceAllUsesWith(EarlierCall);
2684           Call->eraseFromParent();
2685           goto clobbered;
2686         case AliasAnalysis::MayAlias:
2687         case AliasAnalysis::PartialAlias:
2688           goto clobbered;
2689         case AliasAnalysis::NoAlias:
2690           break;
2691         }
2692         break;
2693       }
2694       case IC_StoreWeak:
2695       case IC_InitWeak: {
2696         // If this is storing to the same pointer and has the same size etc.
2697         // replace this load's value with the stored value.
2698         CallInst *Call = cast<CallInst>(Inst);
2699         CallInst *EarlierCall = cast<CallInst>(EarlierInst);
2700         Value *Arg = Call->getArgOperand(0);
2701         Value *EarlierArg = EarlierCall->getArgOperand(0);
2702         switch (PA.getAA()->alias(Arg, EarlierArg)) {
2703         case AliasAnalysis::MustAlias:
2704           Changed = true;
2705           // If the load has a builtin retain, insert a plain retain for it.
2706           if (Class == IC_LoadWeakRetained) {
2707             Constant *Decl = EP.get(ARCRuntimeEntryPoints::EPT_Retain);
2708             CallInst *CI = CallInst::Create(Decl, EarlierCall, "", Call);
2709             CI->setTailCall();
2710           }
2711           // Zap the fully redundant load.
2712           Call->replaceAllUsesWith(EarlierCall->getArgOperand(1));
2713           Call->eraseFromParent();
2714           goto clobbered;
2715         case AliasAnalysis::MayAlias:
2716         case AliasAnalysis::PartialAlias:
2717           goto clobbered;
2718         case AliasAnalysis::NoAlias:
2719           break;
2720         }
2721         break;
2722       }
2723       case IC_MoveWeak:
2724       case IC_CopyWeak:
2725         // TOOD: Grab the copied value.
2726         goto clobbered;
2727       case IC_AutoreleasepoolPush:
2728       case IC_None:
2729       case IC_IntrinsicUser:
2730       case IC_User:
2731         // Weak pointers are only modified through the weak entry points
2732         // (and arbitrary calls, which could call the weak entry points).
2733         break;
2734       default:
2735         // Anything else could modify the weak pointer.
2736         goto clobbered;
2737       }
2738     }
2739   clobbered:;
2740   }
2741
2742   // Then, for each destroyWeak with an alloca operand, check to see if
2743   // the alloca and all its users can be zapped.
2744   for (inst_iterator I = inst_begin(&F), E = inst_end(&F); I != E; ) {
2745     Instruction *Inst = &*I++;
2746     InstructionClass Class = GetBasicInstructionClass(Inst);
2747     if (Class != IC_DestroyWeak)
2748       continue;
2749
2750     CallInst *Call = cast<CallInst>(Inst);
2751     Value *Arg = Call->getArgOperand(0);
2752     if (AllocaInst *Alloca = dyn_cast<AllocaInst>(Arg)) {
2753       for (User *U : Alloca->users()) {
2754         const Instruction *UserInst = cast<Instruction>(U);
2755         switch (GetBasicInstructionClass(UserInst)) {
2756         case IC_InitWeak:
2757         case IC_StoreWeak:
2758         case IC_DestroyWeak:
2759           continue;
2760         default:
2761           goto done;
2762         }
2763       }
2764       Changed = true;
2765       for (auto UI = Alloca->user_begin(), UE = Alloca->user_end(); UI != UE;) {
2766         CallInst *UserInst = cast<CallInst>(*UI++);
2767         switch (GetBasicInstructionClass(UserInst)) {
2768         case IC_InitWeak:
2769         case IC_StoreWeak:
2770           // These functions return their second argument.
2771           UserInst->replaceAllUsesWith(UserInst->getArgOperand(1));
2772           break;
2773         case IC_DestroyWeak:
2774           // No return value.
2775           break;
2776         default:
2777           llvm_unreachable("alloca really is used!");
2778         }
2779         UserInst->eraseFromParent();
2780       }
2781       Alloca->eraseFromParent();
2782     done:;
2783     }
2784   }
2785 }
2786
2787 /// Identify program paths which execute sequences of retains and releases which
2788 /// can be eliminated.
2789 bool ObjCARCOpt::OptimizeSequences(Function &F) {
2790   // Releases, Retains - These are used to store the results of the main flow
2791   // analysis. These use Value* as the key instead of Instruction* so that the
2792   // map stays valid when we get around to rewriting code and calls get
2793   // replaced by arguments.
2794   DenseMap<Value *, RRInfo> Releases;
2795   MapVector<Value *, RRInfo> Retains;
2796
2797   // This is used during the traversal of the function to track the
2798   // states for each identified object at each block.
2799   DenseMap<const BasicBlock *, BBState> BBStates;
2800
2801   // Analyze the CFG of the function, and all instructions.
2802   bool NestingDetected = Visit(F, BBStates, Retains, Releases);
2803
2804   // Transform.
2805   bool AnyPairsCompletelyEliminated = PerformCodePlacement(BBStates, Retains,
2806                                                            Releases,
2807                                                            F.getParent());
2808
2809   // Cleanup.
2810   MultiOwnersSet.clear();
2811
2812   return AnyPairsCompletelyEliminated && NestingDetected;
2813 }
2814
2815 /// Check if there is a dependent call earlier that does not have anything in
2816 /// between the Retain and the call that can affect the reference count of their
2817 /// shared pointer argument. Note that Retain need not be in BB.
2818 static bool
2819 HasSafePathToPredecessorCall(const Value *Arg, Instruction *Retain,
2820                              SmallPtrSetImpl<Instruction *> &DepInsts,
2821                              SmallPtrSetImpl<const BasicBlock *> &Visited,
2822                              ProvenanceAnalysis &PA) {
2823   FindDependencies(CanChangeRetainCount, Arg, Retain->getParent(), Retain,
2824                    DepInsts, Visited, PA);
2825   if (DepInsts.size() != 1)
2826     return false;
2827
2828   CallInst *Call =
2829     dyn_cast_or_null<CallInst>(*DepInsts.begin());
2830
2831   // Check that the pointer is the return value of the call.
2832   if (!Call || Arg != Call)
2833     return false;
2834
2835   // Check that the call is a regular call.
2836   InstructionClass Class = GetBasicInstructionClass(Call);
2837   if (Class != IC_CallOrUser && Class != IC_Call)
2838     return false;
2839
2840   return true;
2841 }
2842
2843 /// Find a dependent retain that precedes the given autorelease for which there
2844 /// is nothing in between the two instructions that can affect the ref count of
2845 /// Arg.
2846 static CallInst *
2847 FindPredecessorRetainWithSafePath(const Value *Arg, BasicBlock *BB,
2848                                   Instruction *Autorelease,
2849                                   SmallPtrSetImpl<Instruction *> &DepInsts,
2850                                   SmallPtrSetImpl<const BasicBlock *> &Visited,
2851                                   ProvenanceAnalysis &PA) {
2852   FindDependencies(CanChangeRetainCount, Arg,
2853                    BB, Autorelease, DepInsts, Visited, PA);
2854   if (DepInsts.size() != 1)
2855     return nullptr;
2856
2857   CallInst *Retain =
2858     dyn_cast_or_null<CallInst>(*DepInsts.begin());
2859
2860   // Check that we found a retain with the same argument.
2861   if (!Retain ||
2862       !IsRetain(GetBasicInstructionClass(Retain)) ||
2863       GetArgRCIdentityRoot(Retain) != Arg) {
2864     return nullptr;
2865   }
2866
2867   return Retain;
2868 }
2869
2870 /// Look for an ``autorelease'' instruction dependent on Arg such that there are
2871 /// no instructions dependent on Arg that need a positive ref count in between
2872 /// the autorelease and the ret.
2873 static CallInst *
2874 FindPredecessorAutoreleaseWithSafePath(const Value *Arg, BasicBlock *BB,
2875                                        ReturnInst *Ret,
2876                                        SmallPtrSetImpl<Instruction *> &DepInsts,
2877                                        SmallPtrSetImpl<const BasicBlock *> &V,
2878                                        ProvenanceAnalysis &PA) {
2879   FindDependencies(NeedsPositiveRetainCount, Arg,
2880                    BB, Ret, DepInsts, V, PA);
2881   if (DepInsts.size() != 1)
2882     return nullptr;
2883
2884   CallInst *Autorelease =
2885     dyn_cast_or_null<CallInst>(*DepInsts.begin());
2886   if (!Autorelease)
2887     return nullptr;
2888   InstructionClass AutoreleaseClass = GetBasicInstructionClass(Autorelease);
2889   if (!IsAutorelease(AutoreleaseClass))
2890     return nullptr;
2891   if (GetArgRCIdentityRoot(Autorelease) != Arg)
2892     return nullptr;
2893
2894   return Autorelease;
2895 }
2896
2897 /// Look for this pattern:
2898 /// \code
2899 ///    %call = call i8* @something(...)
2900 ///    %2 = call i8* @objc_retain(i8* %call)
2901 ///    %3 = call i8* @objc_autorelease(i8* %2)
2902 ///    ret i8* %3
2903 /// \endcode
2904 /// And delete the retain and autorelease.
2905 void ObjCARCOpt::OptimizeReturns(Function &F) {
2906   if (!F.getReturnType()->isPointerTy())
2907     return;
2908
2909   DEBUG(dbgs() << "\n== ObjCARCOpt::OptimizeReturns ==\n");
2910
2911   SmallPtrSet<Instruction *, 4> DependingInstructions;
2912   SmallPtrSet<const BasicBlock *, 4> Visited;
2913   for (Function::iterator FI = F.begin(), FE = F.end(); FI != FE; ++FI) {
2914     BasicBlock *BB = FI;
2915     ReturnInst *Ret = dyn_cast<ReturnInst>(&BB->back());
2916
2917     DEBUG(dbgs() << "Visiting: " << *Ret << "\n");
2918
2919     if (!Ret)
2920       continue;
2921
2922     const Value *Arg = GetRCIdentityRoot(Ret->getOperand(0));
2923
2924     // Look for an ``autorelease'' instruction that is a predecessor of Ret and
2925     // dependent on Arg such that there are no instructions dependent on Arg
2926     // that need a positive ref count in between the autorelease and Ret.
2927     CallInst *Autorelease =
2928       FindPredecessorAutoreleaseWithSafePath(Arg, BB, Ret,
2929                                              DependingInstructions, Visited,
2930                                              PA);
2931     DependingInstructions.clear();
2932     Visited.clear();
2933
2934     if (!Autorelease)
2935       continue;
2936
2937     CallInst *Retain =
2938       FindPredecessorRetainWithSafePath(Arg, BB, Autorelease,
2939                                         DependingInstructions, Visited, PA);
2940     DependingInstructions.clear();
2941     Visited.clear();
2942
2943     if (!Retain)
2944       continue;
2945
2946     // Check that there is nothing that can affect the reference count
2947     // between the retain and the call.  Note that Retain need not be in BB.
2948     bool HasSafePathToCall = HasSafePathToPredecessorCall(Arg, Retain,
2949                                                           DependingInstructions,
2950                                                           Visited, PA);
2951     DependingInstructions.clear();
2952     Visited.clear();
2953
2954     if (!HasSafePathToCall)
2955       continue;
2956
2957     // If so, we can zap the retain and autorelease.
2958     Changed = true;
2959     ++NumRets;
2960     DEBUG(dbgs() << "Erasing: " << *Retain << "\nErasing: "
2961           << *Autorelease << "\n");
2962     EraseInstruction(Retain);
2963     EraseInstruction(Autorelease);
2964   }
2965 }
2966
2967 #ifndef NDEBUG
2968 void
2969 ObjCARCOpt::GatherStatistics(Function &F, bool AfterOptimization) {
2970   llvm::Statistic &NumRetains =
2971     AfterOptimization? NumRetainsAfterOpt : NumRetainsBeforeOpt;
2972   llvm::Statistic &NumReleases =
2973     AfterOptimization? NumReleasesAfterOpt : NumReleasesBeforeOpt;
2974
2975   for (inst_iterator I = inst_begin(&F), E = inst_end(&F); I != E; ) {
2976     Instruction *Inst = &*I++;
2977     switch (GetBasicInstructionClass(Inst)) {
2978     default:
2979       break;
2980     case IC_Retain:
2981       ++NumRetains;
2982       break;
2983     case IC_Release:
2984       ++NumReleases;
2985       break;
2986     }
2987   }
2988 }
2989 #endif
2990
2991 bool ObjCARCOpt::doInitialization(Module &M) {
2992   if (!EnableARCOpts)
2993     return false;
2994
2995   // If nothing in the Module uses ARC, don't do anything.
2996   Run = ModuleHasARC(M);
2997   if (!Run)
2998     return false;
2999
3000   // Identify the imprecise release metadata kind.
3001   ImpreciseReleaseMDKind =
3002     M.getContext().getMDKindID("clang.imprecise_release");
3003   CopyOnEscapeMDKind =
3004     M.getContext().getMDKindID("clang.arc.copy_on_escape");
3005   NoObjCARCExceptionsMDKind =
3006     M.getContext().getMDKindID("clang.arc.no_objc_arc_exceptions");
3007 #ifdef ARC_ANNOTATIONS
3008   ARCAnnotationBottomUpMDKind =
3009     M.getContext().getMDKindID("llvm.arc.annotation.bottomup");
3010   ARCAnnotationTopDownMDKind =
3011     M.getContext().getMDKindID("llvm.arc.annotation.topdown");
3012   ARCAnnotationProvenanceSourceMDKind =
3013     M.getContext().getMDKindID("llvm.arc.annotation.provenancesource");
3014 #endif // ARC_ANNOTATIONS
3015
3016   // Intuitively, objc_retain and others are nocapture, however in practice
3017   // they are not, because they return their argument value. And objc_release
3018   // calls finalizers which can have arbitrary side effects.
3019
3020   // Initialize our runtime entry point cache.
3021   EP.Initialize(&M);
3022
3023   return false;
3024 }
3025
3026 bool ObjCARCOpt::runOnFunction(Function &F) {
3027   if (!EnableARCOpts)
3028     return false;
3029
3030   // If nothing in the Module uses ARC, don't do anything.
3031   if (!Run)
3032     return false;
3033
3034   Changed = false;
3035
3036   DEBUG(dbgs() << "<<< ObjCARCOpt: Visiting Function: " << F.getName() << " >>>"
3037         "\n");
3038
3039   PA.setAA(&getAnalysis<AliasAnalysis>());
3040
3041 #ifndef NDEBUG
3042   if (AreStatisticsEnabled()) {
3043     GatherStatistics(F, false);
3044   }
3045 #endif
3046
3047   // This pass performs several distinct transformations. As a compile-time aid
3048   // when compiling code that isn't ObjC, skip these if the relevant ObjC
3049   // library functions aren't declared.
3050
3051   // Preliminary optimizations. This also computes UsedInThisFunction.
3052   OptimizeIndividualCalls(F);
3053
3054   // Optimizations for weak pointers.
3055   if (UsedInThisFunction & ((1 << IC_LoadWeak) |
3056                             (1 << IC_LoadWeakRetained) |
3057                             (1 << IC_StoreWeak) |
3058                             (1 << IC_InitWeak) |
3059                             (1 << IC_CopyWeak) |
3060                             (1 << IC_MoveWeak) |
3061                             (1 << IC_DestroyWeak)))
3062     OptimizeWeakCalls(F);
3063
3064   // Optimizations for retain+release pairs.
3065   if (UsedInThisFunction & ((1 << IC_Retain) |
3066                             (1 << IC_RetainRV) |
3067                             (1 << IC_RetainBlock)))
3068     if (UsedInThisFunction & (1 << IC_Release))
3069       // Run OptimizeSequences until it either stops making changes or
3070       // no retain+release pair nesting is detected.
3071       while (OptimizeSequences(F)) {}
3072
3073   // Optimizations if objc_autorelease is used.
3074   if (UsedInThisFunction & ((1 << IC_Autorelease) |
3075                             (1 << IC_AutoreleaseRV)))
3076     OptimizeReturns(F);
3077
3078   // Gather statistics after optimization.
3079 #ifndef NDEBUG
3080   if (AreStatisticsEnabled()) {
3081     GatherStatistics(F, true);
3082   }
3083 #endif
3084
3085   DEBUG(dbgs() << "\n");
3086
3087   return Changed;
3088 }
3089
3090 void ObjCARCOpt::releaseMemory() {
3091   PA.clear();
3092 }
3093
3094 /// @}
3095 ///