[Modules] Fix potential ODR violations by sinking the DEBUG_TYPE
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / ObjCARC / ObjCARCOpts.cpp
1 //===- ObjCARCOpts.cpp - ObjC ARC Optimization ----------------------------===//
2 //
3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
4 //
5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
6 // License. See LICENSE.TXT for details.
7 //
8 //===----------------------------------------------------------------------===//
9 /// \file
10 /// This file defines ObjC ARC optimizations. ARC stands for Automatic
11 /// Reference Counting and is a system for managing reference counts for objects
12 /// in Objective C.
13 ///
14 /// The optimizations performed include elimination of redundant, partially
15 /// redundant, and inconsequential reference count operations, elimination of
16 /// redundant weak pointer operations, and numerous minor simplifications.
17 ///
18 /// WARNING: This file knows about certain library functions. It recognizes them
19 /// by name, and hardwires knowledge of their semantics.
20 ///
21 /// WARNING: This file knows about how certain Objective-C library functions are
22 /// used. Naive LLVM IR transformations which would otherwise be
23 /// behavior-preserving may break these assumptions.
24 ///
25 //===----------------------------------------------------------------------===//
26
27 #include "ObjCARC.h"
28 #include "ARCRuntimeEntryPoints.h"
29 #include "DependencyAnalysis.h"
30 #include "ObjCARCAliasAnalysis.h"
31 #include "ProvenanceAnalysis.h"
32 #include "llvm/ADT/DenseMap.h"
33 #include "llvm/ADT/DenseSet.h"
34 #include "llvm/ADT/STLExtras.h"
35 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
36 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
37 #include "llvm/IR/CFG.h"
38 #include "llvm/IR/IRBuilder.h"
39 #include "llvm/IR/LLVMContext.h"
40 #include "llvm/Support/Debug.h"
41 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
42
43 using namespace llvm;
44 using namespace llvm::objcarc;
45
46 #define DEBUG_TYPE "objc-arc-opts"
47
48 /// \defgroup MiscUtils Miscellaneous utilities that are not ARC specific.
49 /// @{
50
51 namespace {
52   /// \brief An associative container with fast insertion-order (deterministic)
53   /// iteration over its elements. Plus the special blot operation.
54   template<class KeyT, class ValueT>
55   class MapVector {
56     /// Map keys to indices in Vector.
57     typedef DenseMap<KeyT, size_t> MapTy;
58     MapTy Map;
59
60     typedef std::vector<std::pair<KeyT, ValueT> > VectorTy;
61     /// Keys and values.
62     VectorTy Vector;
63
64   public:
65     typedef typename VectorTy::iterator iterator;
66     typedef typename VectorTy::const_iterator const_iterator;
67     iterator begin() { return Vector.begin(); }
68     iterator end() { return Vector.end(); }
69     const_iterator begin() const { return Vector.begin(); }
70     const_iterator end() const { return Vector.end(); }
71
72 #ifdef XDEBUG
73     ~MapVector() {
74       assert(Vector.size() >= Map.size()); // May differ due to blotting.
75       for (typename MapTy::const_iterator I = Map.begin(), E = Map.end();
76            I != E; ++I) {
77         assert(I->second < Vector.size());
78         assert(Vector[I->second].first == I->first);
79       }
80       for (typename VectorTy::const_iterator I = Vector.begin(),
81            E = Vector.end(); I != E; ++I)
82         assert(!I->first ||
83                (Map.count(I->first) &&
84                 Map[I->first] == size_t(I - Vector.begin())));
85     }
86 #endif
87
88     ValueT &operator[](const KeyT &Arg) {
89       std::pair<typename MapTy::iterator, bool> Pair =
90         Map.insert(std::make_pair(Arg, size_t(0)));
91       if (Pair.second) {
92         size_t Num = Vector.size();
93         Pair.first->second = Num;
94         Vector.push_back(std::make_pair(Arg, ValueT()));
95         return Vector[Num].second;
96       }
97       return Vector[Pair.first->second].second;
98     }
99
100     std::pair<iterator, bool>
101     insert(const std::pair<KeyT, ValueT> &InsertPair) {
102       std::pair<typename MapTy::iterator, bool> Pair =
103         Map.insert(std::make_pair(InsertPair.first, size_t(0)));
104       if (Pair.second) {
105         size_t Num = Vector.size();
106         Pair.first->second = Num;
107         Vector.push_back(InsertPair);
108         return std::make_pair(Vector.begin() + Num, true);
109       }
110       return std::make_pair(Vector.begin() + Pair.first->second, false);
111     }
112
113     iterator find(const KeyT &Key) {
114       typename MapTy::iterator It = Map.find(Key);
115       if (It == Map.end()) return Vector.end();
116       return Vector.begin() + It->second;
117     }
118
119     const_iterator find(const KeyT &Key) const {
120       typename MapTy::const_iterator It = Map.find(Key);
121       if (It == Map.end()) return Vector.end();
122       return Vector.begin() + It->second;
123     }
124
125     /// This is similar to erase, but instead of removing the element from the
126     /// vector, it just zeros out the key in the vector. This leaves iterators
127     /// intact, but clients must be prepared for zeroed-out keys when iterating.
128     void blot(const KeyT &Key) {
129       typename MapTy::iterator It = Map.find(Key);
130       if (It == Map.end()) return;
131       Vector[It->second].first = KeyT();
132       Map.erase(It);
133     }
134
135     void clear() {
136       Map.clear();
137       Vector.clear();
138     }
139   };
140 }
141
142 /// @}
143 ///
144 /// \defgroup ARCUtilities Utility declarations/definitions specific to ARC.
145 /// @{
146
147 /// \brief This is similar to StripPointerCastsAndObjCCalls but it stops as soon
148 /// as it finds a value with multiple uses.
149 static const Value *FindSingleUseIdentifiedObject(const Value *Arg) {
150   if (Arg->hasOneUse()) {
151     if (const BitCastInst *BC = dyn_cast<BitCastInst>(Arg))
152       return FindSingleUseIdentifiedObject(BC->getOperand(0));
153     if (const GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(Arg))
154       if (GEP->hasAllZeroIndices())
155         return FindSingleUseIdentifiedObject(GEP->getPointerOperand());
156     if (IsForwarding(GetBasicInstructionClass(Arg)))
157       return FindSingleUseIdentifiedObject(
158                cast<CallInst>(Arg)->getArgOperand(0));
159     if (!IsObjCIdentifiedObject(Arg))
160       return 0;
161     return Arg;
162   }
163
164   // If we found an identifiable object but it has multiple uses, but they are
165   // trivial uses, we can still consider this to be a single-use value.
166   if (IsObjCIdentifiedObject(Arg)) {
167     for (const User *U : Arg->users())
168       if (!U->use_empty() || StripPointerCastsAndObjCCalls(U) != Arg)
169          return 0;
170
171     return Arg;
172   }
173
174   return 0;
175 }
176
177 /// This is a wrapper around getUnderlyingObjCPtr along the lines of
178 /// GetUnderlyingObjects except that it returns early when it sees the first
179 /// alloca.
180 static inline bool AreAnyUnderlyingObjectsAnAlloca(const Value *V) {
181   SmallPtrSet<const Value *, 4> Visited;
182   SmallVector<const Value *, 4> Worklist;
183   Worklist.push_back(V);
184   do {
185     const Value *P = Worklist.pop_back_val();
186     P = GetUnderlyingObjCPtr(P);
187
188     if (isa<AllocaInst>(P))
189       return true;
190
191     if (!Visited.insert(P))
192       continue;
193
194     if (const SelectInst *SI = dyn_cast<const SelectInst>(P)) {
195       Worklist.push_back(SI->getTrueValue());
196       Worklist.push_back(SI->getFalseValue());
197       continue;
198     }
199
200     if (const PHINode *PN = dyn_cast<const PHINode>(P)) {
201       for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
202         Worklist.push_back(PN->getIncomingValue(i));
203       continue;
204     }
205   } while (!Worklist.empty());
206
207   return false;
208 }
209
210
211 /// @}
212 ///
213 /// \defgroup ARCOpt ARC Optimization.
214 /// @{
215
216 // TODO: On code like this:
217 //
218 // objc_retain(%x)
219 // stuff_that_cannot_release()
220 // objc_autorelease(%x)
221 // stuff_that_cannot_release()
222 // objc_retain(%x)
223 // stuff_that_cannot_release()
224 // objc_autorelease(%x)
225 //
226 // The second retain and autorelease can be deleted.
227
228 // TODO: It should be possible to delete
229 // objc_autoreleasePoolPush and objc_autoreleasePoolPop
230 // pairs if nothing is actually autoreleased between them. Also, autorelease
231 // calls followed by objc_autoreleasePoolPop calls (perhaps in ObjC++ code
232 // after inlining) can be turned into plain release calls.
233
234 // TODO: Critical-edge splitting. If the optimial insertion point is
235 // a critical edge, the current algorithm has to fail, because it doesn't
236 // know how to split edges. It should be possible to make the optimizer
237 // think in terms of edges, rather than blocks, and then split critical
238 // edges on demand.
239
240 // TODO: OptimizeSequences could generalized to be Interprocedural.
241
242 // TODO: Recognize that a bunch of other objc runtime calls have
243 // non-escaping arguments and non-releasing arguments, and may be
244 // non-autoreleasing.
245
246 // TODO: Sink autorelease calls as far as possible. Unfortunately we
247 // usually can't sink them past other calls, which would be the main
248 // case where it would be useful.
249
250 // TODO: The pointer returned from objc_loadWeakRetained is retained.
251
252 // TODO: Delete release+retain pairs (rare).
253
254 STATISTIC(NumNoops,       "Number of no-op objc calls eliminated");
255 STATISTIC(NumPartialNoops, "Number of partially no-op objc calls eliminated");
256 STATISTIC(NumAutoreleases,"Number of autoreleases converted to releases");
257 STATISTIC(NumRets,        "Number of return value forwarding "
258                           "retain+autoreleases eliminated");
259 STATISTIC(NumRRs,         "Number of retain+release paths eliminated");
260 STATISTIC(NumPeeps,       "Number of calls peephole-optimized");
261 #ifndef NDEBUG
262 STATISTIC(NumRetainsBeforeOpt,
263           "Number of retains before optimization");
264 STATISTIC(NumReleasesBeforeOpt,
265           "Number of releases before optimization");
266 STATISTIC(NumRetainsAfterOpt,
267           "Number of retains after optimization");
268 STATISTIC(NumReleasesAfterOpt,
269           "Number of releases after optimization");
270 #endif
271
272 namespace {
273   /// \enum Sequence
274   ///
275   /// \brief A sequence of states that a pointer may go through in which an
276   /// objc_retain and objc_release are actually needed.
277   enum Sequence {
278     S_None,
279     S_Retain,         ///< objc_retain(x).
280     S_CanRelease,     ///< foo(x) -- x could possibly see a ref count decrement.
281     S_Use,            ///< any use of x.
282     S_Stop,           ///< like S_Release, but code motion is stopped.
283     S_Release,        ///< objc_release(x).
284     S_MovableRelease  ///< objc_release(x), !clang.imprecise_release.
285   };
286
287   raw_ostream &operator<<(raw_ostream &OS, const Sequence S)
288     LLVM_ATTRIBUTE_UNUSED;
289   raw_ostream &operator<<(raw_ostream &OS, const Sequence S) {
290     switch (S) {
291     case S_None:
292       return OS << "S_None";
293     case S_Retain:
294       return OS << "S_Retain";
295     case S_CanRelease:
296       return OS << "S_CanRelease";
297     case S_Use:
298       return OS << "S_Use";
299     case S_Release:
300       return OS << "S_Release";
301     case S_MovableRelease:
302       return OS << "S_MovableRelease";
303     case S_Stop:
304       return OS << "S_Stop";
305     }
306     llvm_unreachable("Unknown sequence type.");
307   }
308 }
309
310 static Sequence MergeSeqs(Sequence A, Sequence B, bool TopDown) {
311   // The easy cases.
312   if (A == B)
313     return A;
314   if (A == S_None || B == S_None)
315     return S_None;
316
317   if (A > B) std::swap(A, B);
318   if (TopDown) {
319     // Choose the side which is further along in the sequence.
320     if ((A == S_Retain || A == S_CanRelease) &&
321         (B == S_CanRelease || B == S_Use))
322       return B;
323   } else {
324     // Choose the side which is further along in the sequence.
325     if ((A == S_Use || A == S_CanRelease) &&
326         (B == S_Use || B == S_Release || B == S_Stop || B == S_MovableRelease))
327       return A;
328     // If both sides are releases, choose the more conservative one.
329     if (A == S_Stop && (B == S_Release || B == S_MovableRelease))
330       return A;
331     if (A == S_Release && B == S_MovableRelease)
332       return A;
333   }
334
335   return S_None;
336 }
337
338 namespace {
339   /// \brief Unidirectional information about either a
340   /// retain-decrement-use-release sequence or release-use-decrement-retain
341   /// reverse sequence.
342   struct RRInfo {
343     /// After an objc_retain, the reference count of the referenced
344     /// object is known to be positive. Similarly, before an objc_release, the
345     /// reference count of the referenced object is known to be positive. If
346     /// there are retain-release pairs in code regions where the retain count
347     /// is known to be positive, they can be eliminated, regardless of any side
348     /// effects between them.
349     ///
350     /// Also, a retain+release pair nested within another retain+release
351     /// pair all on the known same pointer value can be eliminated, regardless
352     /// of any intervening side effects.
353     ///
354     /// KnownSafe is true when either of these conditions is satisfied.
355     bool KnownSafe;
356
357     /// True of the objc_release calls are all marked with the "tail" keyword.
358     bool IsTailCallRelease;
359
360     /// If the Calls are objc_release calls and they all have a
361     /// clang.imprecise_release tag, this is the metadata tag.
362     MDNode *ReleaseMetadata;
363
364     /// For a top-down sequence, the set of objc_retains or
365     /// objc_retainBlocks. For bottom-up, the set of objc_releases.
366     SmallPtrSet<Instruction *, 2> Calls;
367
368     /// The set of optimal insert positions for moving calls in the opposite
369     /// sequence.
370     SmallPtrSet<Instruction *, 2> ReverseInsertPts;
371
372     /// If this is true, we cannot perform code motion but can still remove
373     /// retain/release pairs.
374     bool CFGHazardAfflicted;
375
376     RRInfo() :
377       KnownSafe(false), IsTailCallRelease(false), ReleaseMetadata(0),
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 = 0;
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 = 0;
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 (SmallPtrSet<Instruction *, 2>::const_iterator
415          I = Other.ReverseInsertPts.begin(),
416          E = Other.ReverseInsertPts.end(); I != E; ++I)
417       Partial |= ReverseInsertPts.insert(*I);
418     return Partial;
419 }
420
421 namespace {
422   /// \brief This class summarizes several per-pointer runtime properties which
423   /// are propogated through the flow graph.
424   class PtrState {
425     /// True if the reference count is known to be incremented.
426     bool KnownPositiveRefCount;
427
428     /// True if we've seen an opportunity for partial RR elimination, such as
429     /// pushing calls into a CFG triangle or into one side of a CFG diamond.
430     bool Partial;
431
432     /// The current position in the sequence.
433     unsigned char Seq : 8;
434
435     /// Unidirectional information about the current sequence.
436     RRInfo RRI;
437
438   public:
439     PtrState() : KnownPositiveRefCount(false), Partial(false),
440                  Seq(S_None) {}
441
442
443     bool IsKnownSafe() const {
444       return RRI.KnownSafe;
445     }
446
447     void SetKnownSafe(const bool NewValue) {
448       RRI.KnownSafe = NewValue;
449     }
450
451     bool IsTailCallRelease() const {
452       return RRI.IsTailCallRelease;
453     }
454
455     void SetTailCallRelease(const bool NewValue) {
456       RRI.IsTailCallRelease = NewValue;
457     }
458
459     bool IsTrackingImpreciseReleases() const {
460       return RRI.ReleaseMetadata != 0;
461     }
462
463     const MDNode *GetReleaseMetadata() const {
464       return RRI.ReleaseMetadata;
465     }
466
467     void SetReleaseMetadata(MDNode *NewValue) {
468       RRI.ReleaseMetadata = NewValue;
469     }
470
471     bool IsCFGHazardAfflicted() const {
472       return RRI.CFGHazardAfflicted;
473     }
474
475     void SetCFGHazardAfflicted(const bool NewValue) {
476       RRI.CFGHazardAfflicted = NewValue;
477     }
478
479     void SetKnownPositiveRefCount() {
480       DEBUG(dbgs() << "Setting Known Positive.\n");
481       KnownPositiveRefCount = true;
482     }
483
484     void ClearKnownPositiveRefCount() {
485       DEBUG(dbgs() << "Clearing Known Positive.\n");
486       KnownPositiveRefCount = false;
487     }
488
489     bool HasKnownPositiveRefCount() const {
490       return KnownPositiveRefCount;
491     }
492
493     void SetSeq(Sequence NewSeq) {
494       DEBUG(dbgs() << "Old: " << Seq << "; New: " << NewSeq << "\n");
495       Seq = NewSeq;
496     }
497
498     Sequence GetSeq() const {
499       return static_cast<Sequence>(Seq);
500     }
501
502     void ClearSequenceProgress() {
503       ResetSequenceProgress(S_None);
504     }
505
506     void ResetSequenceProgress(Sequence NewSeq) {
507       DEBUG(dbgs() << "Resetting sequence progress.\n");
508       SetSeq(NewSeq);
509       Partial = false;
510       RRI.clear();
511     }
512
513     void Merge(const PtrState &Other, bool TopDown);
514
515     void InsertCall(Instruction *I) {
516       RRI.Calls.insert(I);
517     }
518
519     void InsertReverseInsertPt(Instruction *I) {
520       RRI.ReverseInsertPts.insert(I);
521     }
522
523     void ClearReverseInsertPts() {
524       RRI.ReverseInsertPts.clear();
525     }
526
527     bool HasReverseInsertPts() const {
528       return !RRI.ReverseInsertPts.empty();
529     }
530
531     const RRInfo &GetRRInfo() const {
532       return RRI;
533     }
534   };
535 }
536
537 void
538 PtrState::Merge(const PtrState &Other, bool TopDown) {
539   Seq = MergeSeqs(GetSeq(), Other.GetSeq(), TopDown);
540   KnownPositiveRefCount &= Other.KnownPositiveRefCount;
541
542   // If we're not in a sequence (anymore), drop all associated state.
543   if (Seq == S_None) {
544     Partial = false;
545     RRI.clear();
546   } else if (Partial || Other.Partial) {
547     // If we're doing a merge on a path that's previously seen a partial
548     // merge, conservatively drop the sequence, to avoid doing partial
549     // RR elimination. If the branch predicates for the two merge differ,
550     // mixing them is unsafe.
551     ClearSequenceProgress();
552   } else {
553     // Otherwise merge the other PtrState's RRInfo into our RRInfo. At this
554     // point, we know that currently we are not partial. Stash whether or not
555     // the merge operation caused us to undergo a partial merging of reverse
556     // insertion points.
557     Partial = RRI.Merge(Other.RRI);
558   }
559 }
560
561 namespace {
562   /// \brief Per-BasicBlock state.
563   class BBState {
564     /// The number of unique control paths from the entry which can reach this
565     /// block.
566     unsigned TopDownPathCount;
567
568     /// The number of unique control paths to exits from this block.
569     unsigned BottomUpPathCount;
570
571     /// A type for PerPtrTopDown and PerPtrBottomUp.
572     typedef MapVector<const Value *, PtrState> MapTy;
573
574     /// The top-down traversal uses this to record information known about a
575     /// pointer at the bottom of each block.
576     MapTy PerPtrTopDown;
577
578     /// The bottom-up traversal uses this to record information known about a
579     /// pointer at the top of each block.
580     MapTy PerPtrBottomUp;
581
582     /// Effective predecessors of the current block ignoring ignorable edges and
583     /// ignored backedges.
584     SmallVector<BasicBlock *, 2> Preds;
585     /// Effective successors of the current block ignoring ignorable edges and
586     /// ignored backedges.
587     SmallVector<BasicBlock *, 2> Succs;
588
589   public:
590     static const unsigned OverflowOccurredValue;
591
592     BBState() : TopDownPathCount(0), BottomUpPathCount(0) { }
593
594     typedef MapTy::iterator ptr_iterator;
595     typedef MapTy::const_iterator ptr_const_iterator;
596
597     ptr_iterator top_down_ptr_begin() { return PerPtrTopDown.begin(); }
598     ptr_iterator top_down_ptr_end() { return PerPtrTopDown.end(); }
599     ptr_const_iterator top_down_ptr_begin() const {
600       return PerPtrTopDown.begin();
601     }
602     ptr_const_iterator top_down_ptr_end() const {
603       return PerPtrTopDown.end();
604     }
605
606     ptr_iterator bottom_up_ptr_begin() { return PerPtrBottomUp.begin(); }
607     ptr_iterator bottom_up_ptr_end() { return PerPtrBottomUp.end(); }
608     ptr_const_iterator bottom_up_ptr_begin() const {
609       return PerPtrBottomUp.begin();
610     }
611     ptr_const_iterator bottom_up_ptr_end() const {
612       return PerPtrBottomUp.end();
613     }
614
615     /// Mark this block as being an entry block, which has one path from the
616     /// entry by definition.
617     void SetAsEntry() { TopDownPathCount = 1; }
618
619     /// Mark this block as being an exit block, which has one path to an exit by
620     /// definition.
621     void SetAsExit()  { BottomUpPathCount = 1; }
622
623     /// Attempt to find the PtrState object describing the top down state for
624     /// pointer Arg. Return a new initialized PtrState describing the top down
625     /// state for Arg if we do not find one.
626     PtrState &getPtrTopDownState(const Value *Arg) {
627       return PerPtrTopDown[Arg];
628     }
629
630     /// Attempt to find the PtrState object describing the bottom up state for
631     /// pointer Arg. Return a new initialized PtrState describing the bottom up
632     /// state for Arg if we do not find one.
633     PtrState &getPtrBottomUpState(const Value *Arg) {
634       return PerPtrBottomUp[Arg];
635     }
636
637     /// Attempt to find the PtrState object describing the bottom up state for
638     /// pointer Arg.
639     ptr_iterator findPtrBottomUpState(const Value *Arg) {
640       return PerPtrBottomUp.find(Arg);
641     }
642
643     void clearBottomUpPointers() {
644       PerPtrBottomUp.clear();
645     }
646
647     void clearTopDownPointers() {
648       PerPtrTopDown.clear();
649     }
650
651     void InitFromPred(const BBState &Other);
652     void InitFromSucc(const BBState &Other);
653     void MergePred(const BBState &Other);
654     void MergeSucc(const BBState &Other);
655
656     /// Compute the number of possible unique paths from an entry to an exit
657     /// which pass through this block. This is only valid after both the
658     /// top-down and bottom-up traversals are complete.
659     ///
660     /// Returns true if overflow occurred. Returns false if overflow did not
661     /// occur.
662     bool GetAllPathCountWithOverflow(unsigned &PathCount) const {
663       if (TopDownPathCount == OverflowOccurredValue ||
664           BottomUpPathCount == OverflowOccurredValue)
665         return true;
666       unsigned long long Product =
667         (unsigned long long)TopDownPathCount*BottomUpPathCount;
668       // Overflow occurred if any of the upper bits of Product are set or if all
669       // the lower bits of Product are all set.
670       return (Product >> 32) ||
671              ((PathCount = Product) == OverflowOccurredValue);
672     }
673
674     // Specialized CFG utilities.
675     typedef SmallVectorImpl<BasicBlock *>::const_iterator edge_iterator;
676     edge_iterator pred_begin() const { return Preds.begin(); }
677     edge_iterator pred_end() const { return Preds.end(); }
678     edge_iterator succ_begin() const { return Succs.begin(); }
679     edge_iterator succ_end() const { return Succs.end(); }
680
681     void addSucc(BasicBlock *Succ) { Succs.push_back(Succ); }
682     void addPred(BasicBlock *Pred) { Preds.push_back(Pred); }
683
684     bool isExit() const { return Succs.empty(); }
685   };
686
687   const unsigned BBState::OverflowOccurredValue = 0xffffffff;
688 }
689
690 void BBState::InitFromPred(const BBState &Other) {
691   PerPtrTopDown = Other.PerPtrTopDown;
692   TopDownPathCount = Other.TopDownPathCount;
693 }
694
695 void BBState::InitFromSucc(const BBState &Other) {
696   PerPtrBottomUp = Other.PerPtrBottomUp;
697   BottomUpPathCount = Other.BottomUpPathCount;
698 }
699
700 /// The top-down traversal uses this to merge information about predecessors to
701 /// form the initial state for a new block.
702 void BBState::MergePred(const BBState &Other) {
703   if (TopDownPathCount == OverflowOccurredValue)
704     return;
705
706   // Other.TopDownPathCount can be 0, in which case it is either dead or a
707   // loop backedge. Loop backedges are special.
708   TopDownPathCount += Other.TopDownPathCount;
709
710   // In order to be consistent, we clear the top down pointers when by adding
711   // TopDownPathCount becomes OverflowOccurredValue even though "true" overflow
712   // has not occurred.
713   if (TopDownPathCount == OverflowOccurredValue) {
714     clearTopDownPointers();
715     return;
716   }
717
718   // Check for overflow. If we have overflow, fall back to conservative
719   // behavior.
720   if (TopDownPathCount < Other.TopDownPathCount) {
721     TopDownPathCount = OverflowOccurredValue;
722     clearTopDownPointers();
723     return;
724   }
725
726   // For each entry in the other set, if our set has an entry with the same key,
727   // merge the entries. Otherwise, copy the entry and merge it with an empty
728   // entry.
729   for (ptr_const_iterator MI = Other.top_down_ptr_begin(),
730        ME = Other.top_down_ptr_end(); MI != ME; ++MI) {
731     std::pair<ptr_iterator, bool> Pair = PerPtrTopDown.insert(*MI);
732     Pair.first->second.Merge(Pair.second ? PtrState() : MI->second,
733                              /*TopDown=*/true);
734   }
735
736   // For each entry in our set, if the other set doesn't have an entry with the
737   // same key, force it to merge with an empty entry.
738   for (ptr_iterator MI = top_down_ptr_begin(),
739        ME = top_down_ptr_end(); MI != ME; ++MI)
740     if (Other.PerPtrTopDown.find(MI->first) == Other.PerPtrTopDown.end())
741       MI->second.Merge(PtrState(), /*TopDown=*/true);
742 }
743
744 /// The bottom-up traversal uses this to merge information about successors to
745 /// form the initial state for a new block.
746 void BBState::MergeSucc(const BBState &Other) {
747   if (BottomUpPathCount == OverflowOccurredValue)
748     return;
749
750   // Other.BottomUpPathCount can be 0, in which case it is either dead or a
751   // loop backedge. Loop backedges are special.
752   BottomUpPathCount += Other.BottomUpPathCount;
753
754   // In order to be consistent, we clear the top down pointers when by adding
755   // BottomUpPathCount becomes OverflowOccurredValue even though "true" overflow
756   // has not occurred.
757   if (BottomUpPathCount == OverflowOccurredValue) {
758     clearBottomUpPointers();
759     return;
760   }
761
762   // Check for overflow. If we have overflow, fall back to conservative
763   // behavior.
764   if (BottomUpPathCount < Other.BottomUpPathCount) {
765     BottomUpPathCount = OverflowOccurredValue;
766     clearBottomUpPointers();
767     return;
768   }
769
770   // For each entry in the other set, if our set has an entry with the
771   // same key, merge the entries. Otherwise, copy the entry and merge
772   // it with an empty entry.
773   for (ptr_const_iterator MI = Other.bottom_up_ptr_begin(),
774        ME = Other.bottom_up_ptr_end(); MI != ME; ++MI) {
775     std::pair<ptr_iterator, bool> Pair = PerPtrBottomUp.insert(*MI);
776     Pair.first->second.Merge(Pair.second ? PtrState() : MI->second,
777                              /*TopDown=*/false);
778   }
779
780   // For each entry in our set, if the other set doesn't have an entry
781   // with the same key, force it to merge with an empty entry.
782   for (ptr_iterator MI = bottom_up_ptr_begin(),
783        ME = bottom_up_ptr_end(); MI != ME; ++MI)
784     if (Other.PerPtrBottomUp.find(MI->first) == Other.PerPtrBottomUp.end())
785       MI->second.Merge(PtrState(), /*TopDown=*/false);
786 }
787
788 // Only enable ARC Annotations if we are building a debug version of
789 // libObjCARCOpts.
790 #ifndef NDEBUG
791 #define ARC_ANNOTATIONS
792 #endif
793
794 // Define some macros along the lines of DEBUG and some helper functions to make
795 // it cleaner to create annotations in the source code and to no-op when not
796 // building in debug mode.
797 #ifdef ARC_ANNOTATIONS
798
799 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
800
801 /// Enable/disable ARC sequence annotations.
802 static cl::opt<bool>
803 EnableARCAnnotations("enable-objc-arc-annotations", cl::init(false),
804                      cl::desc("Enable emission of arc data flow analysis "
805                               "annotations"));
806 static cl::opt<bool>
807 DisableCheckForCFGHazards("disable-objc-arc-checkforcfghazards", cl::init(false),
808                           cl::desc("Disable check for cfg hazards when "
809                                    "annotating"));
810 static cl::opt<std::string>
811 ARCAnnotationTargetIdentifier("objc-arc-annotation-target-identifier",
812                               cl::init(""),
813                               cl::desc("filter out all data flow annotations "
814                                        "but those that apply to the given "
815                                        "target llvm identifier."));
816
817 /// This function appends a unique ARCAnnotationProvenanceSourceMDKind id to an
818 /// instruction so that we can track backwards when post processing via the llvm
819 /// arc annotation processor tool. If the function is an
820 static MDString *AppendMDNodeToSourcePtr(unsigned NodeId,
821                                          Value *Ptr) {
822   MDString *Hash = 0;
823
824   // If pointer is a result of an instruction and it does not have a source
825   // MDNode it, attach a new MDNode onto it. If pointer is a result of
826   // an instruction and does have a source MDNode attached to it, return a
827   // reference to said Node. Otherwise just return 0.
828   if (Instruction *Inst = dyn_cast<Instruction>(Ptr)) {
829     MDNode *Node;
830     if (!(Node = Inst->getMetadata(NodeId))) {
831       // We do not have any node. Generate and attatch the hash MDString to the
832       // instruction.
833
834       // We just use an MDString to ensure that this metadata gets written out
835       // of line at the module level and to provide a very simple format
836       // encoding the information herein. Both of these makes it simpler to
837       // parse the annotations by a simple external program.
838       std::string Str;
839       raw_string_ostream os(Str);
840       os << "(" << Inst->getParent()->getParent()->getName() << ",%"
841          << Inst->getName() << ")";
842
843       Hash = MDString::get(Inst->getContext(), os.str());
844       Inst->setMetadata(NodeId, MDNode::get(Inst->getContext(),Hash));
845     } else {
846       // We have a node. Grab its hash and return it.
847       assert(Node->getNumOperands() == 1 &&
848         "An ARCAnnotationProvenanceSourceMDKind can only have 1 operand.");
849       Hash = cast<MDString>(Node->getOperand(0));
850     }
851   } else if (Argument *Arg = dyn_cast<Argument>(Ptr)) {
852     std::string str;
853     raw_string_ostream os(str);
854     os << "(" << Arg->getParent()->getName() << ",%" << Arg->getName()
855        << ")";
856     Hash = MDString::get(Arg->getContext(), os.str());
857   }
858
859   return Hash;
860 }
861
862 static std::string SequenceToString(Sequence A) {
863   std::string str;
864   raw_string_ostream os(str);
865   os << A;
866   return os.str();
867 }
868
869 /// Helper function to change a Sequence into a String object using our overload
870 /// for raw_ostream so we only have printing code in one location.
871 static MDString *SequenceToMDString(LLVMContext &Context,
872                                     Sequence A) {
873   return MDString::get(Context, SequenceToString(A));
874 }
875
876 /// A simple function to generate a MDNode which describes the change in state
877 /// for Value *Ptr caused by Instruction *Inst.
878 static void AppendMDNodeToInstForPtr(unsigned NodeId,
879                                      Instruction *Inst,
880                                      Value *Ptr,
881                                      MDString *PtrSourceMDNodeID,
882                                      Sequence OldSeq,
883                                      Sequence NewSeq) {
884   MDNode *Node = 0;
885   Value *tmp[3] = {PtrSourceMDNodeID,
886                    SequenceToMDString(Inst->getContext(),
887                                       OldSeq),
888                    SequenceToMDString(Inst->getContext(),
889                                       NewSeq)};
890   Node = MDNode::get(Inst->getContext(),
891                      ArrayRef<Value*>(tmp, 3));
892
893   Inst->setMetadata(NodeId, Node);
894 }
895
896 /// Add to the beginning of the basic block llvm.ptr.annotations which show the
897 /// state of a pointer at the entrance to a basic block.
898 static void GenerateARCBBEntranceAnnotation(const char *Name, BasicBlock *BB,
899                                             Value *Ptr, Sequence Seq) {
900   // If we have a target identifier, make sure that we match it before
901   // continuing.
902   if(!ARCAnnotationTargetIdentifier.empty() &&
903      !Ptr->getName().equals(ARCAnnotationTargetIdentifier))
904     return;
905
906   Module *M = BB->getParent()->getParent();
907   LLVMContext &C = M->getContext();
908   Type *I8X = PointerType::getUnqual(Type::getInt8Ty(C));
909   Type *I8XX = PointerType::getUnqual(I8X);
910   Type *Params[] = {I8XX, I8XX};
911   FunctionType *FTy = FunctionType::get(Type::getVoidTy(C),
912                                         ArrayRef<Type*>(Params, 2),
913                                         /*isVarArg=*/false);
914   Constant *Callee = M->getOrInsertFunction(Name, FTy);
915
916   IRBuilder<> Builder(BB, BB->getFirstInsertionPt());
917
918   Value *PtrName;
919   StringRef Tmp = Ptr->getName();
920   if (0 == (PtrName = M->getGlobalVariable(Tmp, true))) {
921     Value *ActualPtrName = Builder.CreateGlobalStringPtr(Tmp,
922                                                          Tmp + "_STR");
923     PtrName = new GlobalVariable(*M, I8X, true, GlobalVariable::InternalLinkage,
924                                  cast<Constant>(ActualPtrName), Tmp);
925   }
926
927   Value *S;
928   std::string SeqStr = SequenceToString(Seq);
929   if (0 == (S = M->getGlobalVariable(SeqStr, true))) {
930     Value *ActualPtrName = Builder.CreateGlobalStringPtr(SeqStr,
931                                                          SeqStr + "_STR");
932     S = new GlobalVariable(*M, I8X, true, GlobalVariable::InternalLinkage,
933                            cast<Constant>(ActualPtrName), SeqStr);
934   }
935
936   Builder.CreateCall2(Callee, PtrName, S);
937 }
938
939 /// Add to the end of the basic block llvm.ptr.annotations which show the state
940 /// of the pointer at the bottom of the basic block.
941 static void GenerateARCBBTerminatorAnnotation(const char *Name, BasicBlock *BB,
942                                               Value *Ptr, Sequence Seq) {
943   // If we have a target identifier, make sure that we match it before emitting
944   // an annotation.
945   if(!ARCAnnotationTargetIdentifier.empty() &&
946      !Ptr->getName().equals(ARCAnnotationTargetIdentifier))
947     return;
948
949   Module *M = BB->getParent()->getParent();
950   LLVMContext &C = M->getContext();
951   Type *I8X = PointerType::getUnqual(Type::getInt8Ty(C));
952   Type *I8XX = PointerType::getUnqual(I8X);
953   Type *Params[] = {I8XX, I8XX};
954   FunctionType *FTy = FunctionType::get(Type::getVoidTy(C),
955                                         ArrayRef<Type*>(Params, 2),
956                                         /*isVarArg=*/false);
957   Constant *Callee = M->getOrInsertFunction(Name, FTy);
958
959   IRBuilder<> Builder(BB, std::prev(BB->end()));
960
961   Value *PtrName;
962   StringRef Tmp = Ptr->getName();
963   if (0 == (PtrName = M->getGlobalVariable(Tmp, true))) {
964     Value *ActualPtrName = Builder.CreateGlobalStringPtr(Tmp,
965                                                          Tmp + "_STR");
966     PtrName = new GlobalVariable(*M, I8X, true, GlobalVariable::InternalLinkage,
967                                  cast<Constant>(ActualPtrName), Tmp);
968   }
969
970   Value *S;
971   std::string SeqStr = SequenceToString(Seq);
972   if (0 == (S = M->getGlobalVariable(SeqStr, true))) {
973     Value *ActualPtrName = Builder.CreateGlobalStringPtr(SeqStr,
974                                                          SeqStr + "_STR");
975     S = new GlobalVariable(*M, I8X, true, GlobalVariable::InternalLinkage,
976                            cast<Constant>(ActualPtrName), SeqStr);
977   }
978   Builder.CreateCall2(Callee, PtrName, S);
979 }
980
981 /// Adds a source annotation to pointer and a state change annotation to Inst
982 /// referencing the source annotation and the old/new state of pointer.
983 static void GenerateARCAnnotation(unsigned InstMDId,
984                                   unsigned PtrMDId,
985                                   Instruction *Inst,
986                                   Value *Ptr,
987                                   Sequence OldSeq,
988                                   Sequence NewSeq) {
989   if (EnableARCAnnotations) {
990     // If we have a target identifier, make sure that we match it before
991     // emitting an annotation.
992     if(!ARCAnnotationTargetIdentifier.empty() &&
993        !Ptr->getName().equals(ARCAnnotationTargetIdentifier))
994       return;
995
996     // First generate the source annotation on our pointer. This will return an
997     // MDString* if Ptr actually comes from an instruction implying we can put
998     // in a source annotation. If AppendMDNodeToSourcePtr returns 0 (i.e. NULL),
999     // then we know that our pointer is from an Argument so we put a reference
1000     // to the argument number.
1001     //
1002     // The point of this is to make it easy for the
1003     // llvm-arc-annotation-processor tool to cross reference where the source
1004     // pointer is in the LLVM IR since the LLVM IR parser does not submit such
1005     // information via debug info for backends to use (since why would anyone
1006     // need such a thing from LLVM IR besides in non-standard cases
1007     // [i.e. this]).
1008     MDString *SourcePtrMDNode =
1009       AppendMDNodeToSourcePtr(PtrMDId, Ptr);
1010     AppendMDNodeToInstForPtr(InstMDId, Inst, Ptr, SourcePtrMDNode, OldSeq,
1011                              NewSeq);
1012   }
1013 }
1014
1015 // The actual interface for accessing the above functionality is defined via
1016 // some simple macros which are defined below. We do this so that the user does
1017 // not need to pass in what metadata id is needed resulting in cleaner code and
1018 // additionally since it provides an easy way to conditionally no-op all
1019 // annotation support in a non-debug build.
1020
1021 /// Use this macro to annotate a sequence state change when processing
1022 /// instructions bottom up,
1023 #define ANNOTATE_BOTTOMUP(inst, ptr, old, new)                          \
1024   GenerateARCAnnotation(ARCAnnotationBottomUpMDKind,                    \
1025                         ARCAnnotationProvenanceSourceMDKind, (inst),    \
1026                         const_cast<Value*>(ptr), (old), (new))
1027 /// Use this macro to annotate a sequence state change when processing
1028 /// instructions top down.
1029 #define ANNOTATE_TOPDOWN(inst, ptr, old, new)                           \
1030   GenerateARCAnnotation(ARCAnnotationTopDownMDKind,                     \
1031                         ARCAnnotationProvenanceSourceMDKind, (inst),    \
1032                         const_cast<Value*>(ptr), (old), (new))
1033
1034 #define ANNOTATE_BB(_states, _bb, _name, _type, _direction)                   \
1035   do {                                                                        \
1036     if (EnableARCAnnotations) {                                               \
1037       for(BBState::ptr_const_iterator I = (_states)._direction##_ptr_begin(), \
1038           E = (_states)._direction##_ptr_end(); I != E; ++I) {                \
1039         Value *Ptr = const_cast<Value*>(I->first);                            \
1040         Sequence Seq = I->second.GetSeq();                                    \
1041         GenerateARCBB ## _type ## Annotation(_name, (_bb), Ptr, Seq);         \
1042       }                                                                       \
1043     }                                                                         \
1044   } while (0)
1045
1046 #define ANNOTATE_BOTTOMUP_BBSTART(_states, _basicblock)                       \
1047     ANNOTATE_BB(_states, _basicblock, "llvm.arc.annotation.bottomup.bbstart", \
1048                 Entrance, bottom_up)
1049 #define ANNOTATE_BOTTOMUP_BBEND(_states, _basicblock)                         \
1050     ANNOTATE_BB(_states, _basicblock, "llvm.arc.annotation.bottomup.bbend",   \
1051                 Terminator, bottom_up)
1052 #define ANNOTATE_TOPDOWN_BBSTART(_states, _basicblock)                        \
1053     ANNOTATE_BB(_states, _basicblock, "llvm.arc.annotation.topdown.bbstart",  \
1054                 Entrance, top_down)
1055 #define ANNOTATE_TOPDOWN_BBEND(_states, _basicblock)                          \
1056     ANNOTATE_BB(_states, _basicblock, "llvm.arc.annotation.topdown.bbend",    \
1057                 Terminator, top_down)
1058
1059 #else // !ARC_ANNOTATION
1060 // If annotations are off, noop.
1061 #define ANNOTATE_BOTTOMUP(inst, ptr, old, new)
1062 #define ANNOTATE_TOPDOWN(inst, ptr, old, new)
1063 #define ANNOTATE_BOTTOMUP_BBSTART(states, basicblock)
1064 #define ANNOTATE_BOTTOMUP_BBEND(states, basicblock)
1065 #define ANNOTATE_TOPDOWN_BBSTART(states, basicblock)
1066 #define ANNOTATE_TOPDOWN_BBEND(states, basicblock)
1067 #endif // !ARC_ANNOTATION
1068
1069 namespace {
1070   /// \brief The main ARC optimization pass.
1071   class ObjCARCOpt : public FunctionPass {
1072     bool Changed;
1073     ProvenanceAnalysis PA;
1074     ARCRuntimeEntryPoints EP;
1075
1076     // This is used to track if a pointer is stored into an alloca.
1077     DenseSet<const Value *> MultiOwnersSet;
1078
1079     /// A flag indicating whether this optimization pass should run.
1080     bool Run;
1081
1082     /// Flags which determine whether each of the interesting runtine functions
1083     /// is in fact used in the current function.
1084     unsigned UsedInThisFunction;
1085
1086     /// The Metadata Kind for clang.imprecise_release metadata.
1087     unsigned ImpreciseReleaseMDKind;
1088
1089     /// The Metadata Kind for clang.arc.copy_on_escape metadata.
1090     unsigned CopyOnEscapeMDKind;
1091
1092     /// The Metadata Kind for clang.arc.no_objc_arc_exceptions metadata.
1093     unsigned NoObjCARCExceptionsMDKind;
1094
1095 #ifdef ARC_ANNOTATIONS
1096     /// The Metadata Kind for llvm.arc.annotation.bottomup metadata.
1097     unsigned ARCAnnotationBottomUpMDKind;
1098     /// The Metadata Kind for llvm.arc.annotation.topdown metadata.
1099     unsigned ARCAnnotationTopDownMDKind;
1100     /// The Metadata Kind for llvm.arc.annotation.provenancesource metadata.
1101     unsigned ARCAnnotationProvenanceSourceMDKind;
1102 #endif // ARC_ANNOATIONS
1103
1104     bool OptimizeRetainRVCall(Function &F, Instruction *RetainRV);
1105     void OptimizeAutoreleaseRVCall(Function &F, Instruction *AutoreleaseRV,
1106                                    InstructionClass &Class);
1107     void OptimizeIndividualCalls(Function &F);
1108
1109     void CheckForCFGHazards(const BasicBlock *BB,
1110                             DenseMap<const BasicBlock *, BBState> &BBStates,
1111                             BBState &MyStates) const;
1112     bool VisitInstructionBottomUp(Instruction *Inst,
1113                                   BasicBlock *BB,
1114                                   MapVector<Value *, RRInfo> &Retains,
1115                                   BBState &MyStates);
1116     bool VisitBottomUp(BasicBlock *BB,
1117                        DenseMap<const BasicBlock *, BBState> &BBStates,
1118                        MapVector<Value *, RRInfo> &Retains);
1119     bool VisitInstructionTopDown(Instruction *Inst,
1120                                  DenseMap<Value *, RRInfo> &Releases,
1121                                  BBState &MyStates);
1122     bool VisitTopDown(BasicBlock *BB,
1123                       DenseMap<const BasicBlock *, BBState> &BBStates,
1124                       DenseMap<Value *, RRInfo> &Releases);
1125     bool Visit(Function &F,
1126                DenseMap<const BasicBlock *, BBState> &BBStates,
1127                MapVector<Value *, RRInfo> &Retains,
1128                DenseMap<Value *, RRInfo> &Releases);
1129
1130     void MoveCalls(Value *Arg, RRInfo &RetainsToMove, RRInfo &ReleasesToMove,
1131                    MapVector<Value *, RRInfo> &Retains,
1132                    DenseMap<Value *, RRInfo> &Releases,
1133                    SmallVectorImpl<Instruction *> &DeadInsts,
1134                    Module *M);
1135
1136     bool ConnectTDBUTraversals(DenseMap<const BasicBlock *, BBState> &BBStates,
1137                                MapVector<Value *, RRInfo> &Retains,
1138                                DenseMap<Value *, RRInfo> &Releases,
1139                                Module *M,
1140                                SmallVectorImpl<Instruction *> &NewRetains,
1141                                SmallVectorImpl<Instruction *> &NewReleases,
1142                                SmallVectorImpl<Instruction *> &DeadInsts,
1143                                RRInfo &RetainsToMove,
1144                                RRInfo &ReleasesToMove,
1145                                Value *Arg,
1146                                bool KnownSafe,
1147                                bool &AnyPairsCompletelyEliminated);
1148
1149     bool PerformCodePlacement(DenseMap<const BasicBlock *, BBState> &BBStates,
1150                               MapVector<Value *, RRInfo> &Retains,
1151                               DenseMap<Value *, RRInfo> &Releases,
1152                               Module *M);
1153
1154     void OptimizeWeakCalls(Function &F);
1155
1156     bool OptimizeSequences(Function &F);
1157
1158     void OptimizeReturns(Function &F);
1159
1160 #ifndef NDEBUG
1161     void GatherStatistics(Function &F, bool AfterOptimization = false);
1162 #endif
1163
1164     void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const override;
1165     bool doInitialization(Module &M) override;
1166     bool runOnFunction(Function &F) override;
1167     void releaseMemory() override;
1168
1169   public:
1170     static char ID;
1171     ObjCARCOpt() : FunctionPass(ID) {
1172       initializeObjCARCOptPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
1173     }
1174   };
1175 }
1176
1177 char ObjCARCOpt::ID = 0;
1178 INITIALIZE_PASS_BEGIN(ObjCARCOpt,
1179                       "objc-arc", "ObjC ARC optimization", false, false)
1180 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(ObjCARCAliasAnalysis)
1181 INITIALIZE_PASS_END(ObjCARCOpt,
1182                     "objc-arc", "ObjC ARC optimization", false, false)
1183
1184 Pass *llvm::createObjCARCOptPass() {
1185   return new ObjCARCOpt();
1186 }
1187
1188 void ObjCARCOpt::getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
1189   AU.addRequired<ObjCARCAliasAnalysis>();
1190   AU.addRequired<AliasAnalysis>();
1191   // ARC optimization doesn't currently split critical edges.
1192   AU.setPreservesCFG();
1193 }
1194
1195 /// Turn objc_retainAutoreleasedReturnValue into objc_retain if the operand is
1196 /// not a return value.  Or, if it can be paired with an
1197 /// objc_autoreleaseReturnValue, delete the pair and return true.
1198 bool
1199 ObjCARCOpt::OptimizeRetainRVCall(Function &F, Instruction *RetainRV) {
1200   // Check for the argument being from an immediately preceding call or invoke.
1201   const Value *Arg = GetObjCArg(RetainRV);
1202   ImmutableCallSite CS(Arg);
1203   if (const Instruction *Call = CS.getInstruction()) {
1204     if (Call->getParent() == RetainRV->getParent()) {
1205       BasicBlock::const_iterator I = Call;
1206       ++I;
1207       while (IsNoopInstruction(I)) ++I;
1208       if (&*I == RetainRV)
1209         return false;
1210     } else if (const InvokeInst *II = dyn_cast<InvokeInst>(Call)) {
1211       BasicBlock *RetainRVParent = RetainRV->getParent();
1212       if (II->getNormalDest() == RetainRVParent) {
1213         BasicBlock::const_iterator I = RetainRVParent->begin();
1214         while (IsNoopInstruction(I)) ++I;
1215         if (&*I == RetainRV)
1216           return false;
1217       }
1218     }
1219   }
1220
1221   // Check for being preceded by an objc_autoreleaseReturnValue on the same
1222   // pointer. In this case, we can delete the pair.
1223   BasicBlock::iterator I = RetainRV, Begin = RetainRV->getParent()->begin();
1224   if (I != Begin) {
1225     do --I; while (I != Begin && IsNoopInstruction(I));
1226     if (GetBasicInstructionClass(I) == IC_AutoreleaseRV &&
1227         GetObjCArg(I) == Arg) {
1228       Changed = true;
1229       ++NumPeeps;
1230
1231       DEBUG(dbgs() << "Erasing autoreleaseRV,retainRV pair: " << *I << "\n"
1232                    << "Erasing " << *RetainRV << "\n");
1233
1234       EraseInstruction(I);
1235       EraseInstruction(RetainRV);
1236       return true;
1237     }
1238   }
1239
1240   // Turn it to a plain objc_retain.
1241   Changed = true;
1242   ++NumPeeps;
1243
1244   DEBUG(dbgs() << "Transforming objc_retainAutoreleasedReturnValue => "
1245                   "objc_retain since the operand is not a return value.\n"
1246                   "Old = " << *RetainRV << "\n");
1247
1248   Constant *NewDecl = EP.get(ARCRuntimeEntryPoints::EPT_Retain);
1249   cast<CallInst>(RetainRV)->setCalledFunction(NewDecl);
1250
1251   DEBUG(dbgs() << "New = " << *RetainRV << "\n");
1252
1253   return false;
1254 }
1255
1256 /// Turn objc_autoreleaseReturnValue into objc_autorelease if the result is not
1257 /// used as a return value.
1258 void
1259 ObjCARCOpt::OptimizeAutoreleaseRVCall(Function &F, Instruction *AutoreleaseRV,
1260                                       InstructionClass &Class) {
1261   // Check for a return of the pointer value.
1262   const Value *Ptr = GetObjCArg(AutoreleaseRV);
1263   SmallVector<const Value *, 2> Users;
1264   Users.push_back(Ptr);
1265   do {
1266     Ptr = Users.pop_back_val();
1267     for (const User *U : Ptr->users()) {
1268       if (isa<ReturnInst>(U) || GetBasicInstructionClass(U) == IC_RetainRV)
1269         return;
1270       if (isa<BitCastInst>(U))
1271         Users.push_back(U);
1272     }
1273   } while (!Users.empty());
1274
1275   Changed = true;
1276   ++NumPeeps;
1277
1278   DEBUG(dbgs() << "Transforming objc_autoreleaseReturnValue => "
1279                   "objc_autorelease since its operand is not used as a return "
1280                   "value.\n"
1281                   "Old = " << *AutoreleaseRV << "\n");
1282
1283   CallInst *AutoreleaseRVCI = cast<CallInst>(AutoreleaseRV);
1284   Constant *NewDecl = EP.get(ARCRuntimeEntryPoints::EPT_Autorelease);
1285   AutoreleaseRVCI->setCalledFunction(NewDecl);
1286   AutoreleaseRVCI->setTailCall(false); // Never tail call objc_autorelease.
1287   Class = IC_Autorelease;
1288
1289   DEBUG(dbgs() << "New: " << *AutoreleaseRV << "\n");
1290
1291 }
1292
1293 /// Visit each call, one at a time, and make simplifications without doing any
1294 /// additional analysis.
1295 void ObjCARCOpt::OptimizeIndividualCalls(Function &F) {
1296   DEBUG(dbgs() << "\n== ObjCARCOpt::OptimizeIndividualCalls ==\n");
1297   // Reset all the flags in preparation for recomputing them.
1298   UsedInThisFunction = 0;
1299
1300   // Visit all objc_* calls in F.
1301   for (inst_iterator I = inst_begin(&F), E = inst_end(&F); I != E; ) {
1302     Instruction *Inst = &*I++;
1303
1304     InstructionClass Class = GetBasicInstructionClass(Inst);
1305
1306     DEBUG(dbgs() << "Visiting: Class: " << Class << "; " << *Inst << "\n");
1307
1308     switch (Class) {
1309     default: break;
1310
1311     // Delete no-op casts. These function calls have special semantics, but
1312     // the semantics are entirely implemented via lowering in the front-end,
1313     // so by the time they reach the optimizer, they are just no-op calls
1314     // which return their argument.
1315     //
1316     // There are gray areas here, as the ability to cast reference-counted
1317     // pointers to raw void* and back allows code to break ARC assumptions,
1318     // however these are currently considered to be unimportant.
1319     case IC_NoopCast:
1320       Changed = true;
1321       ++NumNoops;
1322       DEBUG(dbgs() << "Erasing no-op cast: " << *Inst << "\n");
1323       EraseInstruction(Inst);
1324       continue;
1325
1326     // If the pointer-to-weak-pointer is null, it's undefined behavior.
1327     case IC_StoreWeak:
1328     case IC_LoadWeak:
1329     case IC_LoadWeakRetained:
1330     case IC_InitWeak:
1331     case IC_DestroyWeak: {
1332       CallInst *CI = cast<CallInst>(Inst);
1333       if (IsNullOrUndef(CI->getArgOperand(0))) {
1334         Changed = true;
1335         Type *Ty = CI->getArgOperand(0)->getType();
1336         new StoreInst(UndefValue::get(cast<PointerType>(Ty)->getElementType()),
1337                       Constant::getNullValue(Ty),
1338                       CI);
1339         llvm::Value *NewValue = UndefValue::get(CI->getType());
1340         DEBUG(dbgs() << "A null pointer-to-weak-pointer is undefined behavior."
1341                        "\nOld = " << *CI << "\nNew = " << *NewValue << "\n");
1342         CI->replaceAllUsesWith(NewValue);
1343         CI->eraseFromParent();
1344         continue;
1345       }
1346       break;
1347     }
1348     case IC_CopyWeak:
1349     case IC_MoveWeak: {
1350       CallInst *CI = cast<CallInst>(Inst);
1351       if (IsNullOrUndef(CI->getArgOperand(0)) ||
1352           IsNullOrUndef(CI->getArgOperand(1))) {
1353         Changed = true;
1354         Type *Ty = CI->getArgOperand(0)->getType();
1355         new StoreInst(UndefValue::get(cast<PointerType>(Ty)->getElementType()),
1356                       Constant::getNullValue(Ty),
1357                       CI);
1358
1359         llvm::Value *NewValue = UndefValue::get(CI->getType());
1360         DEBUG(dbgs() << "A null pointer-to-weak-pointer is undefined behavior."
1361                         "\nOld = " << *CI << "\nNew = " << *NewValue << "\n");
1362
1363         CI->replaceAllUsesWith(NewValue);
1364         CI->eraseFromParent();
1365         continue;
1366       }
1367       break;
1368     }
1369     case IC_RetainRV:
1370       if (OptimizeRetainRVCall(F, Inst))
1371         continue;
1372       break;
1373     case IC_AutoreleaseRV:
1374       OptimizeAutoreleaseRVCall(F, Inst, Class);
1375       break;
1376     }
1377
1378     // objc_autorelease(x) -> objc_release(x) if x is otherwise unused.
1379     if (IsAutorelease(Class) && Inst->use_empty()) {
1380       CallInst *Call = cast<CallInst>(Inst);
1381       const Value *Arg = Call->getArgOperand(0);
1382       Arg = FindSingleUseIdentifiedObject(Arg);
1383       if (Arg) {
1384         Changed = true;
1385         ++NumAutoreleases;
1386
1387         // Create the declaration lazily.
1388         LLVMContext &C = Inst->getContext();
1389
1390         Constant *Decl = EP.get(ARCRuntimeEntryPoints::EPT_Release);
1391         CallInst *NewCall = CallInst::Create(Decl, Call->getArgOperand(0), "",
1392                                              Call);
1393         NewCall->setMetadata(ImpreciseReleaseMDKind, MDNode::get(C, None));
1394
1395         DEBUG(dbgs() << "Replacing autorelease{,RV}(x) with objc_release(x) "
1396               "since x is otherwise unused.\nOld: " << *Call << "\nNew: "
1397               << *NewCall << "\n");
1398
1399         EraseInstruction(Call);
1400         Inst = NewCall;
1401         Class = IC_Release;
1402       }
1403     }
1404
1405     // For functions which can never be passed stack arguments, add
1406     // a tail keyword.
1407     if (IsAlwaysTail(Class)) {
1408       Changed = true;
1409       DEBUG(dbgs() << "Adding tail keyword to function since it can never be "
1410                       "passed stack args: " << *Inst << "\n");
1411       cast<CallInst>(Inst)->setTailCall();
1412     }
1413
1414     // Ensure that functions that can never have a "tail" keyword due to the
1415     // semantics of ARC truly do not do so.
1416     if (IsNeverTail(Class)) {
1417       Changed = true;
1418       DEBUG(dbgs() << "Removing tail keyword from function: " << *Inst <<
1419             "\n");
1420       cast<CallInst>(Inst)->setTailCall(false);
1421     }
1422
1423     // Set nounwind as needed.
1424     if (IsNoThrow(Class)) {
1425       Changed = true;
1426       DEBUG(dbgs() << "Found no throw class. Setting nounwind on: " << *Inst
1427                    << "\n");
1428       cast<CallInst>(Inst)->setDoesNotThrow();
1429     }
1430
1431     if (!IsNoopOnNull(Class)) {
1432       UsedInThisFunction |= 1 << Class;
1433       continue;
1434     }
1435
1436     const Value *Arg = GetObjCArg(Inst);
1437
1438     // ARC calls with null are no-ops. Delete them.
1439     if (IsNullOrUndef(Arg)) {
1440       Changed = true;
1441       ++NumNoops;
1442       DEBUG(dbgs() << "ARC calls with  null are no-ops. Erasing: " << *Inst
1443             << "\n");
1444       EraseInstruction(Inst);
1445       continue;
1446     }
1447
1448     // Keep track of which of retain, release, autorelease, and retain_block
1449     // are actually present in this function.
1450     UsedInThisFunction |= 1 << Class;
1451
1452     // If Arg is a PHI, and one or more incoming values to the
1453     // PHI are null, and the call is control-equivalent to the PHI, and there
1454     // are no relevant side effects between the PHI and the call, the call
1455     // could be pushed up to just those paths with non-null incoming values.
1456     // For now, don't bother splitting critical edges for this.
1457     SmallVector<std::pair<Instruction *, const Value *>, 4> Worklist;
1458     Worklist.push_back(std::make_pair(Inst, Arg));
1459     do {
1460       std::pair<Instruction *, const Value *> Pair = Worklist.pop_back_val();
1461       Inst = Pair.first;
1462       Arg = Pair.second;
1463
1464       const PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(Arg);
1465       if (!PN) continue;
1466
1467       // Determine if the PHI has any null operands, or any incoming
1468       // critical edges.
1469       bool HasNull = false;
1470       bool HasCriticalEdges = false;
1471       for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
1472         Value *Incoming =
1473           StripPointerCastsAndObjCCalls(PN->getIncomingValue(i));
1474         if (IsNullOrUndef(Incoming))
1475           HasNull = true;
1476         else if (cast<TerminatorInst>(PN->getIncomingBlock(i)->back())
1477                    .getNumSuccessors() != 1) {
1478           HasCriticalEdges = true;
1479           break;
1480         }
1481       }
1482       // If we have null operands and no critical edges, optimize.
1483       if (!HasCriticalEdges && HasNull) {
1484         SmallPtrSet<Instruction *, 4> DependingInstructions;
1485         SmallPtrSet<const BasicBlock *, 4> Visited;
1486
1487         // Check that there is nothing that cares about the reference
1488         // count between the call and the phi.
1489         switch (Class) {
1490         case IC_Retain:
1491         case IC_RetainBlock:
1492           // These can always be moved up.
1493           break;
1494         case IC_Release:
1495           // These can't be moved across things that care about the retain
1496           // count.
1497           FindDependencies(NeedsPositiveRetainCount, Arg,
1498                            Inst->getParent(), Inst,
1499                            DependingInstructions, Visited, PA);
1500           break;
1501         case IC_Autorelease:
1502           // These can't be moved across autorelease pool scope boundaries.
1503           FindDependencies(AutoreleasePoolBoundary, Arg,
1504                            Inst->getParent(), Inst,
1505                            DependingInstructions, Visited, PA);
1506           break;
1507         case IC_RetainRV:
1508         case IC_AutoreleaseRV:
1509           // Don't move these; the RV optimization depends on the autoreleaseRV
1510           // being tail called, and the retainRV being immediately after a call
1511           // (which might still happen if we get lucky with codegen layout, but
1512           // it's not worth taking the chance).
1513           continue;
1514         default:
1515           llvm_unreachable("Invalid dependence flavor");
1516         }
1517
1518         if (DependingInstructions.size() == 1 &&
1519             *DependingInstructions.begin() == PN) {
1520           Changed = true;
1521           ++NumPartialNoops;
1522           // Clone the call into each predecessor that has a non-null value.
1523           CallInst *CInst = cast<CallInst>(Inst);
1524           Type *ParamTy = CInst->getArgOperand(0)->getType();
1525           for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
1526             Value *Incoming =
1527               StripPointerCastsAndObjCCalls(PN->getIncomingValue(i));
1528             if (!IsNullOrUndef(Incoming)) {
1529               CallInst *Clone = cast<CallInst>(CInst->clone());
1530               Value *Op = PN->getIncomingValue(i);
1531               Instruction *InsertPos = &PN->getIncomingBlock(i)->back();
1532               if (Op->getType() != ParamTy)
1533                 Op = new BitCastInst(Op, ParamTy, "", InsertPos);
1534               Clone->setArgOperand(0, Op);
1535               Clone->insertBefore(InsertPos);
1536
1537               DEBUG(dbgs() << "Cloning "
1538                            << *CInst << "\n"
1539                            "And inserting clone at " << *InsertPos << "\n");
1540               Worklist.push_back(std::make_pair(Clone, Incoming));
1541             }
1542           }
1543           // Erase the original call.
1544           DEBUG(dbgs() << "Erasing: " << *CInst << "\n");
1545           EraseInstruction(CInst);
1546           continue;
1547         }
1548       }
1549     } while (!Worklist.empty());
1550   }
1551 }
1552
1553 /// If we have a top down pointer in the S_Use state, make sure that there are
1554 /// no CFG hazards by checking the states of various bottom up pointers.
1555 static void CheckForUseCFGHazard(const Sequence SuccSSeq,
1556                                  const bool SuccSRRIKnownSafe,
1557                                  PtrState &S,
1558                                  bool &SomeSuccHasSame,
1559                                  bool &AllSuccsHaveSame,
1560                                  bool &NotAllSeqEqualButKnownSafe,
1561                                  bool &ShouldContinue) {
1562   switch (SuccSSeq) {
1563   case S_CanRelease: {
1564     if (!S.IsKnownSafe() && !SuccSRRIKnownSafe) {
1565       S.ClearSequenceProgress();
1566       break;
1567     }
1568     S.SetCFGHazardAfflicted(true);
1569     ShouldContinue = true;
1570     break;
1571   }
1572   case S_Use:
1573     SomeSuccHasSame = true;
1574     break;
1575   case S_Stop:
1576   case S_Release:
1577   case S_MovableRelease:
1578     if (!S.IsKnownSafe() && !SuccSRRIKnownSafe)
1579       AllSuccsHaveSame = false;
1580     else
1581       NotAllSeqEqualButKnownSafe = true;
1582     break;
1583   case S_Retain:
1584     llvm_unreachable("bottom-up pointer in retain state!");
1585   case S_None:
1586     llvm_unreachable("This should have been handled earlier.");
1587   }
1588 }
1589
1590 /// If we have a Top Down pointer in the S_CanRelease state, make sure that
1591 /// there are no CFG hazards by checking the states of various bottom up
1592 /// pointers.
1593 static void CheckForCanReleaseCFGHazard(const Sequence SuccSSeq,
1594                                         const bool SuccSRRIKnownSafe,
1595                                         PtrState &S,
1596                                         bool &SomeSuccHasSame,
1597                                         bool &AllSuccsHaveSame,
1598                                         bool &NotAllSeqEqualButKnownSafe) {
1599   switch (SuccSSeq) {
1600   case S_CanRelease:
1601     SomeSuccHasSame = true;
1602     break;
1603   case S_Stop:
1604   case S_Release:
1605   case S_MovableRelease:
1606   case S_Use:
1607     if (!S.IsKnownSafe() && !SuccSRRIKnownSafe)
1608       AllSuccsHaveSame = false;
1609     else
1610       NotAllSeqEqualButKnownSafe = true;
1611     break;
1612   case S_Retain:
1613     llvm_unreachable("bottom-up pointer in retain state!");
1614   case S_None:
1615     llvm_unreachable("This should have been handled earlier.");
1616   }
1617 }
1618
1619 /// Check for critical edges, loop boundaries, irreducible control flow, or
1620 /// other CFG structures where moving code across the edge would result in it
1621 /// being executed more.
1622 void
1623 ObjCARCOpt::CheckForCFGHazards(const BasicBlock *BB,
1624                                DenseMap<const BasicBlock *, BBState> &BBStates,
1625                                BBState &MyStates) const {
1626   // If any top-down local-use or possible-dec has a succ which is earlier in
1627   // the sequence, forget it.
1628   for (BBState::ptr_iterator I = MyStates.top_down_ptr_begin(),
1629          E = MyStates.top_down_ptr_end(); I != E; ++I) {
1630     PtrState &S = I->second;
1631     const Sequence Seq = I->second.GetSeq();
1632
1633     // We only care about S_Retain, S_CanRelease, and S_Use.
1634     if (Seq == S_None)
1635       continue;
1636
1637     // Make sure that if extra top down states are added in the future that this
1638     // code is updated to handle it.
1639     assert((Seq == S_Retain || Seq == S_CanRelease || Seq == S_Use) &&
1640            "Unknown top down sequence state.");
1641
1642     const Value *Arg = I->first;
1643     const TerminatorInst *TI = cast<TerminatorInst>(&BB->back());
1644     bool SomeSuccHasSame = false;
1645     bool AllSuccsHaveSame = true;
1646     bool NotAllSeqEqualButKnownSafe = false;
1647
1648     succ_const_iterator SI(TI), SE(TI, false);
1649
1650     for (; SI != SE; ++SI) {
1651       // If VisitBottomUp has pointer information for this successor, take
1652       // what we know about it.
1653       const DenseMap<const BasicBlock *, BBState>::iterator BBI =
1654         BBStates.find(*SI);
1655       assert(BBI != BBStates.end());
1656       const PtrState &SuccS = BBI->second.getPtrBottomUpState(Arg);
1657       const Sequence SuccSSeq = SuccS.GetSeq();
1658
1659       // If bottom up, the pointer is in an S_None state, clear the sequence
1660       // progress since the sequence in the bottom up state finished
1661       // suggesting a mismatch in between retains/releases. This is true for
1662       // all three cases that we are handling here: S_Retain, S_Use, and
1663       // S_CanRelease.
1664       if (SuccSSeq == S_None) {
1665         S.ClearSequenceProgress();
1666         continue;
1667       }
1668
1669       // If we have S_Use or S_CanRelease, perform our check for cfg hazard
1670       // checks.
1671       const bool SuccSRRIKnownSafe = SuccS.IsKnownSafe();
1672
1673       // *NOTE* We do not use Seq from above here since we are allowing for
1674       // S.GetSeq() to change while we are visiting basic blocks.
1675       switch(S.GetSeq()) {
1676       case S_Use: {
1677         bool ShouldContinue = false;
1678         CheckForUseCFGHazard(SuccSSeq, SuccSRRIKnownSafe, S, SomeSuccHasSame,
1679                              AllSuccsHaveSame, NotAllSeqEqualButKnownSafe,
1680                              ShouldContinue);
1681         if (ShouldContinue)
1682           continue;
1683         break;
1684       }
1685       case S_CanRelease: {
1686         CheckForCanReleaseCFGHazard(SuccSSeq, SuccSRRIKnownSafe, S,
1687                                     SomeSuccHasSame, AllSuccsHaveSame,
1688                                     NotAllSeqEqualButKnownSafe);
1689         break;
1690       }
1691       case S_Retain:
1692       case S_None:
1693       case S_Stop:
1694       case S_Release:
1695       case S_MovableRelease:
1696         break;
1697       }
1698     }
1699
1700     // If the state at the other end of any of the successor edges
1701     // matches the current state, require all edges to match. This
1702     // guards against loops in the middle of a sequence.
1703     if (SomeSuccHasSame && !AllSuccsHaveSame) {
1704       S.ClearSequenceProgress();
1705     } else if (NotAllSeqEqualButKnownSafe) {
1706       // If we would have cleared the state foregoing the fact that we are known
1707       // safe, stop code motion. This is because whether or not it is safe to
1708       // remove RR pairs via KnownSafe is an orthogonal concept to whether we
1709       // are allowed to perform code motion.
1710       S.SetCFGHazardAfflicted(true);
1711     }
1712   }
1713 }
1714
1715 bool
1716 ObjCARCOpt::VisitInstructionBottomUp(Instruction *Inst,
1717                                      BasicBlock *BB,
1718                                      MapVector<Value *, RRInfo> &Retains,
1719                                      BBState &MyStates) {
1720   bool NestingDetected = false;
1721   InstructionClass Class = GetInstructionClass(Inst);
1722   const Value *Arg = 0;
1723
1724   DEBUG(dbgs() << "Class: " << Class << "\n");
1725
1726   switch (Class) {
1727   case IC_Release: {
1728     Arg = GetObjCArg(Inst);
1729
1730     PtrState &S = MyStates.getPtrBottomUpState(Arg);
1731
1732     // If we see two releases in a row on the same pointer. If so, make
1733     // a note, and we'll cicle back to revisit it after we've
1734     // hopefully eliminated the second release, which may allow us to
1735     // eliminate the first release too.
1736     // Theoretically we could implement removal of nested retain+release
1737     // pairs by making PtrState hold a stack of states, but this is
1738     // simple and avoids adding overhead for the non-nested case.
1739     if (S.GetSeq() == S_Release || S.GetSeq() == S_MovableRelease) {
1740       DEBUG(dbgs() << "Found nested releases (i.e. a release pair)\n");
1741       NestingDetected = true;
1742     }
1743
1744     MDNode *ReleaseMetadata = Inst->getMetadata(ImpreciseReleaseMDKind);
1745     Sequence NewSeq = ReleaseMetadata ? S_MovableRelease : S_Release;
1746     ANNOTATE_BOTTOMUP(Inst, Arg, S.GetSeq(), NewSeq);
1747     S.ResetSequenceProgress(NewSeq);
1748     S.SetReleaseMetadata(ReleaseMetadata);
1749     S.SetKnownSafe(S.HasKnownPositiveRefCount());
1750     S.SetTailCallRelease(cast<CallInst>(Inst)->isTailCall());
1751     S.InsertCall(Inst);
1752     S.SetKnownPositiveRefCount();
1753     break;
1754   }
1755   case IC_RetainBlock:
1756     // In OptimizeIndividualCalls, we have strength reduced all optimizable
1757     // objc_retainBlocks to objc_retains. Thus at this point any
1758     // objc_retainBlocks that we see are not optimizable.
1759     break;
1760   case IC_Retain:
1761   case IC_RetainRV: {
1762     Arg = GetObjCArg(Inst);
1763
1764     PtrState &S = MyStates.getPtrBottomUpState(Arg);
1765     S.SetKnownPositiveRefCount();
1766
1767     Sequence OldSeq = S.GetSeq();
1768     switch (OldSeq) {
1769     case S_Stop:
1770     case S_Release:
1771     case S_MovableRelease:
1772     case S_Use:
1773       // If OldSeq is not S_Use or OldSeq is S_Use and we are tracking an
1774       // imprecise release, clear our reverse insertion points.
1775       if (OldSeq != S_Use || S.IsTrackingImpreciseReleases())
1776         S.ClearReverseInsertPts();
1777       // FALL THROUGH
1778     case S_CanRelease:
1779       // Don't do retain+release tracking for IC_RetainRV, because it's
1780       // better to let it remain as the first instruction after a call.
1781       if (Class != IC_RetainRV)
1782         Retains[Inst] = S.GetRRInfo();
1783       S.ClearSequenceProgress();
1784       break;
1785     case S_None:
1786       break;
1787     case S_Retain:
1788       llvm_unreachable("bottom-up pointer in retain state!");
1789     }
1790     ANNOTATE_BOTTOMUP(Inst, Arg, OldSeq, S.GetSeq());
1791     // A retain moving bottom up can be a use.
1792     break;
1793   }
1794   case IC_AutoreleasepoolPop:
1795     // Conservatively, clear MyStates for all known pointers.
1796     MyStates.clearBottomUpPointers();
1797     return NestingDetected;
1798   case IC_AutoreleasepoolPush:
1799   case IC_None:
1800     // These are irrelevant.
1801     return NestingDetected;
1802   case IC_User:
1803     // If we have a store into an alloca of a pointer we are tracking, the
1804     // pointer has multiple owners implying that we must be more conservative.
1805     //
1806     // This comes up in the context of a pointer being ``KnownSafe''. In the
1807     // presence of a block being initialized, the frontend will emit the
1808     // objc_retain on the original pointer and the release on the pointer loaded
1809     // from the alloca. The optimizer will through the provenance analysis
1810     // realize that the two are related, but since we only require KnownSafe in
1811     // one direction, will match the inner retain on the original pointer with
1812     // the guard release on the original pointer. This is fixed by ensuring that
1813     // in the presence of allocas we only unconditionally remove pointers if
1814     // both our retain and our release are KnownSafe.
1815     if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Inst)) {
1816       if (AreAnyUnderlyingObjectsAnAlloca(SI->getPointerOperand())) {
1817         BBState::ptr_iterator I = MyStates.findPtrBottomUpState(
1818           StripPointerCastsAndObjCCalls(SI->getValueOperand()));
1819         if (I != MyStates.bottom_up_ptr_end())
1820           MultiOwnersSet.insert(I->first);
1821       }
1822     }
1823     break;
1824   default:
1825     break;
1826   }
1827
1828   // Consider any other possible effects of this instruction on each
1829   // pointer being tracked.
1830   for (BBState::ptr_iterator MI = MyStates.bottom_up_ptr_begin(),
1831        ME = MyStates.bottom_up_ptr_end(); MI != ME; ++MI) {
1832     const Value *Ptr = MI->first;
1833     if (Ptr == Arg)
1834       continue; // Handled above.
1835     PtrState &S = MI->second;
1836     Sequence Seq = S.GetSeq();
1837
1838     // Check for possible releases.
1839     if (CanAlterRefCount(Inst, Ptr, PA, Class)) {
1840       DEBUG(dbgs() << "CanAlterRefCount: Seq: " << Seq << "; " << *Ptr
1841             << "\n");
1842       S.ClearKnownPositiveRefCount();
1843       switch (Seq) {
1844       case S_Use:
1845         S.SetSeq(S_CanRelease);
1846         ANNOTATE_BOTTOMUP(Inst, Ptr, Seq, S.GetSeq());
1847         continue;
1848       case S_CanRelease:
1849       case S_Release:
1850       case S_MovableRelease:
1851       case S_Stop:
1852       case S_None:
1853         break;
1854       case S_Retain:
1855         llvm_unreachable("bottom-up pointer in retain state!");
1856       }
1857     }
1858
1859     // Check for possible direct uses.
1860     switch (Seq) {
1861     case S_Release:
1862     case S_MovableRelease:
1863       if (CanUse(Inst, Ptr, PA, Class)) {
1864         DEBUG(dbgs() << "CanUse: Seq: " << Seq << "; " << *Ptr
1865               << "\n");
1866         assert(!S.HasReverseInsertPts());
1867         // If this is an invoke instruction, we're scanning it as part of
1868         // one of its successor blocks, since we can't insert code after it
1869         // in its own block, and we don't want to split critical edges.
1870         if (isa<InvokeInst>(Inst))
1871           S.InsertReverseInsertPt(BB->getFirstInsertionPt());
1872         else
1873           S.InsertReverseInsertPt(std::next(BasicBlock::iterator(Inst)));
1874         S.SetSeq(S_Use);
1875         ANNOTATE_BOTTOMUP(Inst, Ptr, Seq, S_Use);
1876       } else if (Seq == S_Release && IsUser(Class)) {
1877         DEBUG(dbgs() << "PreciseReleaseUse: Seq: " << Seq << "; " << *Ptr
1878               << "\n");
1879         // Non-movable releases depend on any possible objc pointer use.
1880         S.SetSeq(S_Stop);
1881         ANNOTATE_BOTTOMUP(Inst, Ptr, S_Release, S_Stop);
1882         assert(!S.HasReverseInsertPts());
1883         // As above; handle invoke specially.
1884         if (isa<InvokeInst>(Inst))
1885           S.InsertReverseInsertPt(BB->getFirstInsertionPt());
1886         else
1887           S.InsertReverseInsertPt(std::next(BasicBlock::iterator(Inst)));
1888       }
1889       break;
1890     case S_Stop:
1891       if (CanUse(Inst, Ptr, PA, Class)) {
1892         DEBUG(dbgs() << "PreciseStopUse: Seq: " << Seq << "; " << *Ptr
1893               << "\n");
1894         S.SetSeq(S_Use);
1895         ANNOTATE_BOTTOMUP(Inst, Ptr, Seq, S_Use);
1896       }
1897       break;
1898     case S_CanRelease:
1899     case S_Use:
1900     case S_None:
1901       break;
1902     case S_Retain:
1903       llvm_unreachable("bottom-up pointer in retain state!");
1904     }
1905   }
1906
1907   return NestingDetected;
1908 }
1909
1910 bool
1911 ObjCARCOpt::VisitBottomUp(BasicBlock *BB,
1912                           DenseMap<const BasicBlock *, BBState> &BBStates,
1913                           MapVector<Value *, RRInfo> &Retains) {
1914
1915   DEBUG(dbgs() << "\n== ObjCARCOpt::VisitBottomUp ==\n");
1916
1917   bool NestingDetected = false;
1918   BBState &MyStates = BBStates[BB];
1919
1920   // Merge the states from each successor to compute the initial state
1921   // for the current block.
1922   BBState::edge_iterator SI(MyStates.succ_begin()),
1923                          SE(MyStates.succ_end());
1924   if (SI != SE) {
1925     const BasicBlock *Succ = *SI;
1926     DenseMap<const BasicBlock *, BBState>::iterator I = BBStates.find(Succ);
1927     assert(I != BBStates.end());
1928     MyStates.InitFromSucc(I->second);
1929     ++SI;
1930     for (; SI != SE; ++SI) {
1931       Succ = *SI;
1932       I = BBStates.find(Succ);
1933       assert(I != BBStates.end());
1934       MyStates.MergeSucc(I->second);
1935     }
1936   }
1937
1938   // If ARC Annotations are enabled, output the current state of pointers at the
1939   // bottom of the basic block.
1940   ANNOTATE_BOTTOMUP_BBEND(MyStates, BB);
1941
1942   // Visit all the instructions, bottom-up.
1943   for (BasicBlock::iterator I = BB->end(), E = BB->begin(); I != E; --I) {
1944     Instruction *Inst = std::prev(I);
1945
1946     // Invoke instructions are visited as part of their successors (below).
1947     if (isa<InvokeInst>(Inst))
1948       continue;
1949
1950     DEBUG(dbgs() << "Visiting " << *Inst << "\n");
1951
1952     NestingDetected |= VisitInstructionBottomUp(Inst, BB, Retains, MyStates);
1953   }
1954
1955   // If there's a predecessor with an invoke, visit the invoke as if it were
1956   // part of this block, since we can't insert code after an invoke in its own
1957   // block, and we don't want to split critical edges.
1958   for (BBState::edge_iterator PI(MyStates.pred_begin()),
1959        PE(MyStates.pred_end()); PI != PE; ++PI) {
1960     BasicBlock *Pred = *PI;
1961     if (InvokeInst *II = dyn_cast<InvokeInst>(&Pred->back()))
1962       NestingDetected |= VisitInstructionBottomUp(II, BB, Retains, MyStates);
1963   }
1964
1965   // If ARC Annotations are enabled, output the current state of pointers at the
1966   // top of the basic block.
1967   ANNOTATE_BOTTOMUP_BBSTART(MyStates, BB);
1968
1969   return NestingDetected;
1970 }
1971
1972 bool
1973 ObjCARCOpt::VisitInstructionTopDown(Instruction *Inst,
1974                                     DenseMap<Value *, RRInfo> &Releases,
1975                                     BBState &MyStates) {
1976   bool NestingDetected = false;
1977   InstructionClass Class = GetInstructionClass(Inst);
1978   const Value *Arg = 0;
1979
1980   switch (Class) {
1981   case IC_RetainBlock:
1982     // In OptimizeIndividualCalls, we have strength reduced all optimizable
1983     // objc_retainBlocks to objc_retains. Thus at this point any
1984     // objc_retainBlocks that we see are not optimizable.
1985     break;
1986   case IC_Retain:
1987   case IC_RetainRV: {
1988     Arg = GetObjCArg(Inst);
1989
1990     PtrState &S = MyStates.getPtrTopDownState(Arg);
1991
1992     // Don't do retain+release tracking for IC_RetainRV, because it's
1993     // better to let it remain as the first instruction after a call.
1994     if (Class != IC_RetainRV) {
1995       // If we see two retains in a row on the same pointer. If so, make
1996       // a note, and we'll cicle back to revisit it after we've
1997       // hopefully eliminated the second retain, which may allow us to
1998       // eliminate the first retain too.
1999       // Theoretically we could implement removal of nested retain+release
2000       // pairs by making PtrState hold a stack of states, but this is
2001       // simple and avoids adding overhead for the non-nested case.
2002       if (S.GetSeq() == S_Retain)
2003         NestingDetected = true;
2004
2005       ANNOTATE_TOPDOWN(Inst, Arg, S.GetSeq(), S_Retain);
2006       S.ResetSequenceProgress(S_Retain);
2007       S.SetKnownSafe(S.HasKnownPositiveRefCount());
2008       S.InsertCall(Inst);
2009     }
2010
2011     S.SetKnownPositiveRefCount();
2012
2013     // A retain can be a potential use; procede to the generic checking
2014     // code below.
2015     break;
2016   }
2017   case IC_Release: {
2018     Arg = GetObjCArg(Inst);
2019
2020     PtrState &S = MyStates.getPtrTopDownState(Arg);
2021     S.ClearKnownPositiveRefCount();
2022
2023     Sequence OldSeq = S.GetSeq();
2024
2025     MDNode *ReleaseMetadata = Inst->getMetadata(ImpreciseReleaseMDKind);
2026
2027     switch (OldSeq) {
2028     case S_Retain:
2029     case S_CanRelease:
2030       if (OldSeq == S_Retain || ReleaseMetadata != 0)
2031         S.ClearReverseInsertPts();
2032       // FALL THROUGH
2033     case S_Use:
2034       S.SetReleaseMetadata(ReleaseMetadata);
2035       S.SetTailCallRelease(cast<CallInst>(Inst)->isTailCall());
2036       Releases[Inst] = S.GetRRInfo();
2037       ANNOTATE_TOPDOWN(Inst, Arg, S.GetSeq(), S_None);
2038       S.ClearSequenceProgress();
2039       break;
2040     case S_None:
2041       break;
2042     case S_Stop:
2043     case S_Release:
2044     case S_MovableRelease:
2045       llvm_unreachable("top-down pointer in release state!");
2046     }
2047     break;
2048   }
2049   case IC_AutoreleasepoolPop:
2050     // Conservatively, clear MyStates for all known pointers.
2051     MyStates.clearTopDownPointers();
2052     return NestingDetected;
2053   case IC_AutoreleasepoolPush:
2054   case IC_None:
2055     // These are irrelevant.
2056     return NestingDetected;
2057   default:
2058     break;
2059   }
2060
2061   // Consider any other possible effects of this instruction on each
2062   // pointer being tracked.
2063   for (BBState::ptr_iterator MI = MyStates.top_down_ptr_begin(),
2064        ME = MyStates.top_down_ptr_end(); MI != ME; ++MI) {
2065     const Value *Ptr = MI->first;
2066     if (Ptr == Arg)
2067       continue; // Handled above.
2068     PtrState &S = MI->second;
2069     Sequence Seq = S.GetSeq();
2070
2071     // Check for possible releases.
2072     if (CanAlterRefCount(Inst, Ptr, PA, Class)) {
2073       DEBUG(dbgs() << "CanAlterRefCount: Seq: " << Seq << "; " << *Ptr
2074             << "\n");
2075       S.ClearKnownPositiveRefCount();
2076       switch (Seq) {
2077       case S_Retain:
2078         S.SetSeq(S_CanRelease);
2079         ANNOTATE_TOPDOWN(Inst, Ptr, Seq, S_CanRelease);
2080         assert(!S.HasReverseInsertPts());
2081         S.InsertReverseInsertPt(Inst);
2082
2083         // One call can't cause a transition from S_Retain to S_CanRelease
2084         // and S_CanRelease to S_Use. If we've made the first transition,
2085         // we're done.
2086         continue;
2087       case S_Use:
2088       case S_CanRelease:
2089       case S_None:
2090         break;
2091       case S_Stop:
2092       case S_Release:
2093       case S_MovableRelease:
2094         llvm_unreachable("top-down pointer in release state!");
2095       }
2096     }
2097
2098     // Check for possible direct uses.
2099     switch (Seq) {
2100     case S_CanRelease:
2101       if (CanUse(Inst, Ptr, PA, Class)) {
2102         DEBUG(dbgs() << "CanUse: Seq: " << Seq << "; " << *Ptr
2103               << "\n");
2104         S.SetSeq(S_Use);
2105         ANNOTATE_TOPDOWN(Inst, Ptr, Seq, S_Use);
2106       }
2107       break;
2108     case S_Retain:
2109     case S_Use:
2110     case S_None:
2111       break;
2112     case S_Stop:
2113     case S_Release:
2114     case S_MovableRelease:
2115       llvm_unreachable("top-down pointer in release state!");
2116     }
2117   }
2118
2119   return NestingDetected;
2120 }
2121
2122 bool
2123 ObjCARCOpt::VisitTopDown(BasicBlock *BB,
2124                          DenseMap<const BasicBlock *, BBState> &BBStates,
2125                          DenseMap<Value *, RRInfo> &Releases) {
2126   DEBUG(dbgs() << "\n== ObjCARCOpt::VisitTopDown ==\n");
2127   bool NestingDetected = false;
2128   BBState &MyStates = BBStates[BB];
2129
2130   // Merge the states from each predecessor to compute the initial state
2131   // for the current block.
2132   BBState::edge_iterator PI(MyStates.pred_begin()),
2133                          PE(MyStates.pred_end());
2134   if (PI != PE) {
2135     const BasicBlock *Pred = *PI;
2136     DenseMap<const BasicBlock *, BBState>::iterator I = BBStates.find(Pred);
2137     assert(I != BBStates.end());
2138     MyStates.InitFromPred(I->second);
2139     ++PI;
2140     for (; PI != PE; ++PI) {
2141       Pred = *PI;
2142       I = BBStates.find(Pred);
2143       assert(I != BBStates.end());
2144       MyStates.MergePred(I->second);
2145     }
2146   }
2147
2148   // If ARC Annotations are enabled, output the current state of pointers at the
2149   // top of the basic block.
2150   ANNOTATE_TOPDOWN_BBSTART(MyStates, BB);
2151
2152   // Visit all the instructions, top-down.
2153   for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(), E = BB->end(); I != E; ++I) {
2154     Instruction *Inst = I;
2155
2156     DEBUG(dbgs() << "Visiting " << *Inst << "\n");
2157
2158     NestingDetected |= VisitInstructionTopDown(Inst, Releases, MyStates);
2159   }
2160
2161   // If ARC Annotations are enabled, output the current state of pointers at the
2162   // bottom of the basic block.
2163   ANNOTATE_TOPDOWN_BBEND(MyStates, BB);
2164
2165 #ifdef ARC_ANNOTATIONS
2166   if (!(EnableARCAnnotations && DisableCheckForCFGHazards))
2167 #endif
2168   CheckForCFGHazards(BB, BBStates, MyStates);
2169   return NestingDetected;
2170 }
2171
2172 static void
2173 ComputePostOrders(Function &F,
2174                   SmallVectorImpl<BasicBlock *> &PostOrder,
2175                   SmallVectorImpl<BasicBlock *> &ReverseCFGPostOrder,
2176                   unsigned NoObjCARCExceptionsMDKind,
2177                   DenseMap<const BasicBlock *, BBState> &BBStates) {
2178   /// The visited set, for doing DFS walks.
2179   SmallPtrSet<BasicBlock *, 16> Visited;
2180
2181   // Do DFS, computing the PostOrder.
2182   SmallPtrSet<BasicBlock *, 16> OnStack;
2183   SmallVector<std::pair<BasicBlock *, succ_iterator>, 16> SuccStack;
2184
2185   // Functions always have exactly one entry block, and we don't have
2186   // any other block that we treat like an entry block.
2187   BasicBlock *EntryBB = &F.getEntryBlock();
2188   BBState &MyStates = BBStates[EntryBB];
2189   MyStates.SetAsEntry();
2190   TerminatorInst *EntryTI = cast<TerminatorInst>(&EntryBB->back());
2191   SuccStack.push_back(std::make_pair(EntryBB, succ_iterator(EntryTI)));
2192   Visited.insert(EntryBB);
2193   OnStack.insert(EntryBB);
2194   do {
2195   dfs_next_succ:
2196     BasicBlock *CurrBB = SuccStack.back().first;
2197     TerminatorInst *TI = cast<TerminatorInst>(&CurrBB->back());
2198     succ_iterator SE(TI, false);
2199
2200     while (SuccStack.back().second != SE) {
2201       BasicBlock *SuccBB = *SuccStack.back().second++;
2202       if (Visited.insert(SuccBB)) {
2203         TerminatorInst *TI = cast<TerminatorInst>(&SuccBB->back());
2204         SuccStack.push_back(std::make_pair(SuccBB, succ_iterator(TI)));
2205         BBStates[CurrBB].addSucc(SuccBB);
2206         BBState &SuccStates = BBStates[SuccBB];
2207         SuccStates.addPred(CurrBB);
2208         OnStack.insert(SuccBB);
2209         goto dfs_next_succ;
2210       }
2211
2212       if (!OnStack.count(SuccBB)) {
2213         BBStates[CurrBB].addSucc(SuccBB);
2214         BBStates[SuccBB].addPred(CurrBB);
2215       }
2216     }
2217     OnStack.erase(CurrBB);
2218     PostOrder.push_back(CurrBB);
2219     SuccStack.pop_back();
2220   } while (!SuccStack.empty());
2221
2222   Visited.clear();
2223
2224   // Do reverse-CFG DFS, computing the reverse-CFG PostOrder.
2225   // Functions may have many exits, and there also blocks which we treat
2226   // as exits due to ignored edges.
2227   SmallVector<std::pair<BasicBlock *, BBState::edge_iterator>, 16> PredStack;
2228   for (Function::iterator I = F.begin(), E = F.end(); I != E; ++I) {
2229     BasicBlock *ExitBB = I;
2230     BBState &MyStates = BBStates[ExitBB];
2231     if (!MyStates.isExit())
2232       continue;
2233
2234     MyStates.SetAsExit();
2235
2236     PredStack.push_back(std::make_pair(ExitBB, MyStates.pred_begin()));
2237     Visited.insert(ExitBB);
2238     while (!PredStack.empty()) {
2239     reverse_dfs_next_succ:
2240       BBState::edge_iterator PE = BBStates[PredStack.back().first].pred_end();
2241       while (PredStack.back().second != PE) {
2242         BasicBlock *BB = *PredStack.back().second++;
2243         if (Visited.insert(BB)) {
2244           PredStack.push_back(std::make_pair(BB, BBStates[BB].pred_begin()));
2245           goto reverse_dfs_next_succ;
2246         }
2247       }
2248       ReverseCFGPostOrder.push_back(PredStack.pop_back_val().first);
2249     }
2250   }
2251 }
2252
2253 // Visit the function both top-down and bottom-up.
2254 bool
2255 ObjCARCOpt::Visit(Function &F,
2256                   DenseMap<const BasicBlock *, BBState> &BBStates,
2257                   MapVector<Value *, RRInfo> &Retains,
2258                   DenseMap<Value *, RRInfo> &Releases) {
2259
2260   // Use reverse-postorder traversals, because we magically know that loops
2261   // will be well behaved, i.e. they won't repeatedly call retain on a single
2262   // pointer without doing a release. We can't use the ReversePostOrderTraversal
2263   // class here because we want the reverse-CFG postorder to consider each
2264   // function exit point, and we want to ignore selected cycle edges.
2265   SmallVector<BasicBlock *, 16> PostOrder;
2266   SmallVector<BasicBlock *, 16> ReverseCFGPostOrder;
2267   ComputePostOrders(F, PostOrder, ReverseCFGPostOrder,
2268                     NoObjCARCExceptionsMDKind,
2269                     BBStates);
2270
2271   // Use reverse-postorder on the reverse CFG for bottom-up.
2272   bool BottomUpNestingDetected = false;
2273   for (SmallVectorImpl<BasicBlock *>::const_reverse_iterator I =
2274        ReverseCFGPostOrder.rbegin(), E = ReverseCFGPostOrder.rend();
2275        I != E; ++I)
2276     BottomUpNestingDetected |= VisitBottomUp(*I, BBStates, Retains);
2277
2278   // Use reverse-postorder for top-down.
2279   bool TopDownNestingDetected = false;
2280   for (SmallVectorImpl<BasicBlock *>::const_reverse_iterator I =
2281        PostOrder.rbegin(), E = PostOrder.rend();
2282        I != E; ++I)
2283     TopDownNestingDetected |= VisitTopDown(*I, BBStates, Releases);
2284
2285   return TopDownNestingDetected && BottomUpNestingDetected;
2286 }
2287
2288 /// Move the calls in RetainsToMove and ReleasesToMove.
2289 void ObjCARCOpt::MoveCalls(Value *Arg,
2290                            RRInfo &RetainsToMove,
2291                            RRInfo &ReleasesToMove,
2292                            MapVector<Value *, RRInfo> &Retains,
2293                            DenseMap<Value *, RRInfo> &Releases,
2294                            SmallVectorImpl<Instruction *> &DeadInsts,
2295                            Module *M) {
2296   Type *ArgTy = Arg->getType();
2297   Type *ParamTy = PointerType::getUnqual(Type::getInt8Ty(ArgTy->getContext()));
2298
2299   DEBUG(dbgs() << "== ObjCARCOpt::MoveCalls ==\n");
2300
2301   // Insert the new retain and release calls.
2302   for (SmallPtrSet<Instruction *, 2>::const_iterator
2303        PI = ReleasesToMove.ReverseInsertPts.begin(),
2304        PE = ReleasesToMove.ReverseInsertPts.end(); PI != PE; ++PI) {
2305     Instruction *InsertPt = *PI;
2306     Value *MyArg = ArgTy == ParamTy ? Arg :
2307                    new BitCastInst(Arg, ParamTy, "", InsertPt);
2308     Constant *Decl = EP.get(ARCRuntimeEntryPoints::EPT_Retain);
2309     CallInst *Call = CallInst::Create(Decl, MyArg, "", InsertPt);
2310     Call->setDoesNotThrow();
2311     Call->setTailCall();
2312
2313     DEBUG(dbgs() << "Inserting new Retain: " << *Call << "\n"
2314                     "At insertion point: " << *InsertPt << "\n");
2315   }
2316   for (SmallPtrSet<Instruction *, 2>::const_iterator
2317        PI = RetainsToMove.ReverseInsertPts.begin(),
2318        PE = RetainsToMove.ReverseInsertPts.end(); PI != PE; ++PI) {
2319     Instruction *InsertPt = *PI;
2320     Value *MyArg = ArgTy == ParamTy ? Arg :
2321                    new BitCastInst(Arg, ParamTy, "", InsertPt);
2322     Constant *Decl = EP.get(ARCRuntimeEntryPoints::EPT_Release);
2323     CallInst *Call = CallInst::Create(Decl, MyArg, "", InsertPt);
2324     // Attach a clang.imprecise_release metadata tag, if appropriate.
2325     if (MDNode *M = ReleasesToMove.ReleaseMetadata)
2326       Call->setMetadata(ImpreciseReleaseMDKind, M);
2327     Call->setDoesNotThrow();
2328     if (ReleasesToMove.IsTailCallRelease)
2329       Call->setTailCall();
2330
2331     DEBUG(dbgs() << "Inserting new Release: " << *Call << "\n"
2332                     "At insertion point: " << *InsertPt << "\n");
2333   }
2334
2335   // Delete the original retain and release calls.
2336   for (SmallPtrSet<Instruction *, 2>::const_iterator
2337        AI = RetainsToMove.Calls.begin(),
2338        AE = RetainsToMove.Calls.end(); AI != AE; ++AI) {
2339     Instruction *OrigRetain = *AI;
2340     Retains.blot(OrigRetain);
2341     DeadInsts.push_back(OrigRetain);
2342     DEBUG(dbgs() << "Deleting retain: " << *OrigRetain << "\n");
2343   }
2344   for (SmallPtrSet<Instruction *, 2>::const_iterator
2345        AI = ReleasesToMove.Calls.begin(),
2346        AE = ReleasesToMove.Calls.end(); AI != AE; ++AI) {
2347     Instruction *OrigRelease = *AI;
2348     Releases.erase(OrigRelease);
2349     DeadInsts.push_back(OrigRelease);
2350     DEBUG(dbgs() << "Deleting release: " << *OrigRelease << "\n");
2351   }
2352
2353 }
2354
2355 bool
2356 ObjCARCOpt::ConnectTDBUTraversals(DenseMap<const BasicBlock *, BBState>
2357                                     &BBStates,
2358                                   MapVector<Value *, RRInfo> &Retains,
2359                                   DenseMap<Value *, RRInfo> &Releases,
2360                                   Module *M,
2361                                   SmallVectorImpl<Instruction *> &NewRetains,
2362                                   SmallVectorImpl<Instruction *> &NewReleases,
2363                                   SmallVectorImpl<Instruction *> &DeadInsts,
2364                                   RRInfo &RetainsToMove,
2365                                   RRInfo &ReleasesToMove,
2366                                   Value *Arg,
2367                                   bool KnownSafe,
2368                                   bool &AnyPairsCompletelyEliminated) {
2369   // If a pair happens in a region where it is known that the reference count
2370   // is already incremented, we can similarly ignore possible decrements unless
2371   // we are dealing with a retainable object with multiple provenance sources.
2372   bool KnownSafeTD = true, KnownSafeBU = true;
2373   bool MultipleOwners = false;
2374   bool CFGHazardAfflicted = false;
2375
2376   // Connect the dots between the top-down-collected RetainsToMove and
2377   // bottom-up-collected ReleasesToMove to form sets of related calls.
2378   // This is an iterative process so that we connect multiple releases
2379   // to multiple retains if needed.
2380   unsigned OldDelta = 0;
2381   unsigned NewDelta = 0;
2382   unsigned OldCount = 0;
2383   unsigned NewCount = 0;
2384   bool FirstRelease = true;
2385   for (;;) {
2386     for (SmallVectorImpl<Instruction *>::const_iterator
2387            NI = NewRetains.begin(), NE = NewRetains.end(); NI != NE; ++NI) {
2388       Instruction *NewRetain = *NI;
2389       MapVector<Value *, RRInfo>::const_iterator It = Retains.find(NewRetain);
2390       assert(It != Retains.end());
2391       const RRInfo &NewRetainRRI = It->second;
2392       KnownSafeTD &= NewRetainRRI.KnownSafe;
2393       MultipleOwners =
2394         MultipleOwners || MultiOwnersSet.count(GetObjCArg(NewRetain));
2395       for (SmallPtrSet<Instruction *, 2>::const_iterator
2396              LI = NewRetainRRI.Calls.begin(),
2397              LE = NewRetainRRI.Calls.end(); LI != LE; ++LI) {
2398         Instruction *NewRetainRelease = *LI;
2399         DenseMap<Value *, RRInfo>::const_iterator Jt =
2400           Releases.find(NewRetainRelease);
2401         if (Jt == Releases.end())
2402           return false;
2403         const RRInfo &NewRetainReleaseRRI = Jt->second;
2404
2405         // If the release does not have a reference to the retain as well,
2406         // something happened which is unaccounted for. Do not do anything.
2407         //
2408         // This can happen if we catch an additive overflow during path count
2409         // merging.
2410         if (!NewRetainReleaseRRI.Calls.count(NewRetain))
2411           return false;
2412
2413         if (ReleasesToMove.Calls.insert(NewRetainRelease)) {
2414
2415           // If we overflow when we compute the path count, don't remove/move
2416           // anything.
2417           const BBState &NRRBBState = BBStates[NewRetainRelease->getParent()];
2418           unsigned PathCount = BBState::OverflowOccurredValue;
2419           if (NRRBBState.GetAllPathCountWithOverflow(PathCount))
2420             return false;
2421           assert(PathCount != BBState::OverflowOccurredValue &&
2422                  "PathCount at this point can not be "
2423                  "OverflowOccurredValue.");
2424           OldDelta -= PathCount;
2425
2426           // Merge the ReleaseMetadata and IsTailCallRelease values.
2427           if (FirstRelease) {
2428             ReleasesToMove.ReleaseMetadata =
2429               NewRetainReleaseRRI.ReleaseMetadata;
2430             ReleasesToMove.IsTailCallRelease =
2431               NewRetainReleaseRRI.IsTailCallRelease;
2432             FirstRelease = false;
2433           } else {
2434             if (ReleasesToMove.ReleaseMetadata !=
2435                 NewRetainReleaseRRI.ReleaseMetadata)
2436               ReleasesToMove.ReleaseMetadata = 0;
2437             if (ReleasesToMove.IsTailCallRelease !=
2438                 NewRetainReleaseRRI.IsTailCallRelease)
2439               ReleasesToMove.IsTailCallRelease = false;
2440           }
2441
2442           // Collect the optimal insertion points.
2443           if (!KnownSafe)
2444             for (SmallPtrSet<Instruction *, 2>::const_iterator
2445                    RI = NewRetainReleaseRRI.ReverseInsertPts.begin(),
2446                    RE = NewRetainReleaseRRI.ReverseInsertPts.end();
2447                  RI != RE; ++RI) {
2448               Instruction *RIP = *RI;
2449               if (ReleasesToMove.ReverseInsertPts.insert(RIP)) {
2450                 // If we overflow when we compute the path count, don't
2451                 // remove/move anything.
2452                 const BBState &RIPBBState = BBStates[RIP->getParent()];
2453                 PathCount = BBState::OverflowOccurredValue;
2454                 if (RIPBBState.GetAllPathCountWithOverflow(PathCount))
2455                   return false;
2456                 assert(PathCount != BBState::OverflowOccurredValue &&
2457                        "PathCount at this point can not be "
2458                        "OverflowOccurredValue.");
2459                 NewDelta -= PathCount;
2460               }
2461             }
2462           NewReleases.push_back(NewRetainRelease);
2463         }
2464       }
2465     }
2466     NewRetains.clear();
2467     if (NewReleases.empty()) break;
2468
2469     // Back the other way.
2470     for (SmallVectorImpl<Instruction *>::const_iterator
2471            NI = NewReleases.begin(), NE = NewReleases.end(); NI != NE; ++NI) {
2472       Instruction *NewRelease = *NI;
2473       DenseMap<Value *, RRInfo>::const_iterator It =
2474         Releases.find(NewRelease);
2475       assert(It != Releases.end());
2476       const RRInfo &NewReleaseRRI = It->second;
2477       KnownSafeBU &= NewReleaseRRI.KnownSafe;
2478       CFGHazardAfflicted |= NewReleaseRRI.CFGHazardAfflicted;
2479       for (SmallPtrSet<Instruction *, 2>::const_iterator
2480              LI = NewReleaseRRI.Calls.begin(),
2481              LE = NewReleaseRRI.Calls.end(); LI != LE; ++LI) {
2482         Instruction *NewReleaseRetain = *LI;
2483         MapVector<Value *, RRInfo>::const_iterator Jt =
2484           Retains.find(NewReleaseRetain);
2485         if (Jt == Retains.end())
2486           return false;
2487         const RRInfo &NewReleaseRetainRRI = Jt->second;
2488
2489         // If the retain does not have a reference to the release as well,
2490         // something happened which is unaccounted for. Do not do anything.
2491         //
2492         // This can happen if we catch an additive overflow during path count
2493         // merging.
2494         if (!NewReleaseRetainRRI.Calls.count(NewRelease))
2495           return false;
2496
2497         if (RetainsToMove.Calls.insert(NewReleaseRetain)) {
2498           // If we overflow when we compute the path count, don't remove/move
2499           // anything.
2500           const BBState &NRRBBState = BBStates[NewReleaseRetain->getParent()];
2501           unsigned PathCount = BBState::OverflowOccurredValue;
2502           if (NRRBBState.GetAllPathCountWithOverflow(PathCount))
2503             return false;
2504           assert(PathCount != BBState::OverflowOccurredValue &&
2505                  "PathCount at this point can not be "
2506                  "OverflowOccurredValue.");
2507           OldDelta += PathCount;
2508           OldCount += PathCount;
2509
2510           // Collect the optimal insertion points.
2511           if (!KnownSafe)
2512             for (SmallPtrSet<Instruction *, 2>::const_iterator
2513                    RI = NewReleaseRetainRRI.ReverseInsertPts.begin(),
2514                    RE = NewReleaseRetainRRI.ReverseInsertPts.end();
2515                  RI != RE; ++RI) {
2516               Instruction *RIP = *RI;
2517               if (RetainsToMove.ReverseInsertPts.insert(RIP)) {
2518                 // If we overflow when we compute the path count, don't
2519                 // remove/move anything.
2520                 const BBState &RIPBBState = BBStates[RIP->getParent()];
2521
2522                 PathCount = BBState::OverflowOccurredValue;
2523                 if (RIPBBState.GetAllPathCountWithOverflow(PathCount))
2524                   return false;
2525                 assert(PathCount != BBState::OverflowOccurredValue &&
2526                        "PathCount at this point can not be "
2527                        "OverflowOccurredValue.");
2528                 NewDelta += PathCount;
2529                 NewCount += PathCount;
2530               }
2531             }
2532           NewRetains.push_back(NewReleaseRetain);
2533         }
2534       }
2535     }
2536     NewReleases.clear();
2537     if (NewRetains.empty()) break;
2538   }
2539
2540   // If the pointer is known incremented in 1 direction and we do not have
2541   // MultipleOwners, we can safely remove the retain/releases. Otherwise we need
2542   // to be known safe in both directions.
2543   bool UnconditionallySafe = (KnownSafeTD && KnownSafeBU) ||
2544     ((KnownSafeTD || KnownSafeBU) && !MultipleOwners);
2545   if (UnconditionallySafe) {
2546     RetainsToMove.ReverseInsertPts.clear();
2547     ReleasesToMove.ReverseInsertPts.clear();
2548     NewCount = 0;
2549   } else {
2550     // Determine whether the new insertion points we computed preserve the
2551     // balance of retain and release calls through the program.
2552     // TODO: If the fully aggressive solution isn't valid, try to find a
2553     // less aggressive solution which is.
2554     if (NewDelta != 0)
2555       return false;
2556
2557     // At this point, we are not going to remove any RR pairs, but we still are
2558     // able to move RR pairs. If one of our pointers is afflicted with
2559     // CFGHazards, we cannot perform such code motion so exit early.
2560     const bool WillPerformCodeMotion = RetainsToMove.ReverseInsertPts.size() ||
2561       ReleasesToMove.ReverseInsertPts.size();
2562     if (CFGHazardAfflicted && WillPerformCodeMotion)
2563       return false;
2564   }
2565
2566   // Determine whether the original call points are balanced in the retain and
2567   // release calls through the program. If not, conservatively don't touch
2568   // them.
2569   // TODO: It's theoretically possible to do code motion in this case, as
2570   // long as the existing imbalances are maintained.
2571   if (OldDelta != 0)
2572     return false;
2573
2574 #ifdef ARC_ANNOTATIONS
2575   // Do not move calls if ARC annotations are requested.
2576   if (EnableARCAnnotations)
2577     return false;
2578 #endif // ARC_ANNOTATIONS
2579
2580   Changed = true;
2581   assert(OldCount != 0 && "Unreachable code?");
2582   NumRRs += OldCount - NewCount;
2583   // Set to true if we completely removed any RR pairs.
2584   AnyPairsCompletelyEliminated = NewCount == 0;
2585
2586   // We can move calls!
2587   return true;
2588 }
2589
2590 /// Identify pairings between the retains and releases, and delete and/or move
2591 /// them.
2592 bool
2593 ObjCARCOpt::PerformCodePlacement(DenseMap<const BasicBlock *, BBState>
2594                                    &BBStates,
2595                                  MapVector<Value *, RRInfo> &Retains,
2596                                  DenseMap<Value *, RRInfo> &Releases,
2597                                  Module *M) {
2598   DEBUG(dbgs() << "\n== ObjCARCOpt::PerformCodePlacement ==\n");
2599
2600   bool AnyPairsCompletelyEliminated = false;
2601   RRInfo RetainsToMove;
2602   RRInfo ReleasesToMove;
2603   SmallVector<Instruction *, 4> NewRetains;
2604   SmallVector<Instruction *, 4> NewReleases;
2605   SmallVector<Instruction *, 8> DeadInsts;
2606
2607   // Visit each retain.
2608   for (MapVector<Value *, RRInfo>::const_iterator I = Retains.begin(),
2609        E = Retains.end(); I != E; ++I) {
2610     Value *V = I->first;
2611     if (!V) continue; // blotted
2612
2613     Instruction *Retain = cast<Instruction>(V);
2614
2615     DEBUG(dbgs() << "Visiting: " << *Retain << "\n");
2616
2617     Value *Arg = GetObjCArg(Retain);
2618
2619     // If the object being released is in static or stack storage, we know it's
2620     // not being managed by ObjC reference counting, so we can delete pairs
2621     // regardless of what possible decrements or uses lie between them.
2622     bool KnownSafe = isa<Constant>(Arg) || isa<AllocaInst>(Arg);
2623
2624     // A constant pointer can't be pointing to an object on the heap. It may
2625     // be reference-counted, but it won't be deleted.
2626     if (const LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(Arg))
2627       if (const GlobalVariable *GV =
2628             dyn_cast<GlobalVariable>(
2629               StripPointerCastsAndObjCCalls(LI->getPointerOperand())))
2630         if (GV->isConstant())
2631           KnownSafe = true;
2632
2633     // Connect the dots between the top-down-collected RetainsToMove and
2634     // bottom-up-collected ReleasesToMove to form sets of related calls.
2635     NewRetains.push_back(Retain);
2636     bool PerformMoveCalls =
2637       ConnectTDBUTraversals(BBStates, Retains, Releases, M, NewRetains,
2638                             NewReleases, DeadInsts, RetainsToMove,
2639                             ReleasesToMove, Arg, KnownSafe,
2640                             AnyPairsCompletelyEliminated);
2641
2642     if (PerformMoveCalls) {
2643       // Ok, everything checks out and we're all set. Let's move/delete some
2644       // code!
2645       MoveCalls(Arg, RetainsToMove, ReleasesToMove,
2646                 Retains, Releases, DeadInsts, M);
2647     }
2648
2649     // Clean up state for next retain.
2650     NewReleases.clear();
2651     NewRetains.clear();
2652     RetainsToMove.clear();
2653     ReleasesToMove.clear();
2654   }
2655
2656   // Now that we're done moving everything, we can delete the newly dead
2657   // instructions, as we no longer need them as insert points.
2658   while (!DeadInsts.empty())
2659     EraseInstruction(DeadInsts.pop_back_val());
2660
2661   return AnyPairsCompletelyEliminated;
2662 }
2663
2664 /// Weak pointer optimizations.
2665 void ObjCARCOpt::OptimizeWeakCalls(Function &F) {
2666   DEBUG(dbgs() << "\n== ObjCARCOpt::OptimizeWeakCalls ==\n");
2667
2668   // First, do memdep-style RLE and S2L optimizations. We can't use memdep
2669   // itself because it uses AliasAnalysis and we need to do provenance
2670   // queries instead.
2671   for (inst_iterator I = inst_begin(&F), E = inst_end(&F); I != E; ) {
2672     Instruction *Inst = &*I++;
2673
2674     DEBUG(dbgs() << "Visiting: " << *Inst << "\n");
2675
2676     InstructionClass Class = GetBasicInstructionClass(Inst);
2677     if (Class != IC_LoadWeak && Class != IC_LoadWeakRetained)
2678       continue;
2679
2680     // Delete objc_loadWeak calls with no users.
2681     if (Class == IC_LoadWeak && Inst->use_empty()) {
2682       Inst->eraseFromParent();
2683       continue;
2684     }
2685
2686     // TODO: For now, just look for an earlier available version of this value
2687     // within the same block. Theoretically, we could do memdep-style non-local
2688     // analysis too, but that would want caching. A better approach would be to
2689     // use the technique that EarlyCSE uses.
2690     inst_iterator Current = std::prev(I);
2691     BasicBlock *CurrentBB = Current.getBasicBlockIterator();
2692     for (BasicBlock::iterator B = CurrentBB->begin(),
2693                               J = Current.getInstructionIterator();
2694          J != B; --J) {
2695       Instruction *EarlierInst = &*std::prev(J);
2696       InstructionClass EarlierClass = GetInstructionClass(EarlierInst);
2697       switch (EarlierClass) {
2698       case IC_LoadWeak:
2699       case IC_LoadWeakRetained: {
2700         // If this is loading from the same pointer, replace this load's value
2701         // with that one.
2702         CallInst *Call = cast<CallInst>(Inst);
2703         CallInst *EarlierCall = cast<CallInst>(EarlierInst);
2704         Value *Arg = Call->getArgOperand(0);
2705         Value *EarlierArg = EarlierCall->getArgOperand(0);
2706         switch (PA.getAA()->alias(Arg, EarlierArg)) {
2707         case AliasAnalysis::MustAlias:
2708           Changed = true;
2709           // If the load has a builtin retain, insert a plain retain for it.
2710           if (Class == IC_LoadWeakRetained) {
2711             Constant *Decl = EP.get(ARCRuntimeEntryPoints::EPT_Retain);
2712             CallInst *CI = CallInst::Create(Decl, EarlierCall, "", Call);
2713             CI->setTailCall();
2714           }
2715           // Zap the fully redundant load.
2716           Call->replaceAllUsesWith(EarlierCall);
2717           Call->eraseFromParent();
2718           goto clobbered;
2719         case AliasAnalysis::MayAlias:
2720         case AliasAnalysis::PartialAlias:
2721           goto clobbered;
2722         case AliasAnalysis::NoAlias:
2723           break;
2724         }
2725         break;
2726       }
2727       case IC_StoreWeak:
2728       case IC_InitWeak: {
2729         // If this is storing to the same pointer and has the same size etc.
2730         // replace this load's value with the stored value.
2731         CallInst *Call = cast<CallInst>(Inst);
2732         CallInst *EarlierCall = cast<CallInst>(EarlierInst);
2733         Value *Arg = Call->getArgOperand(0);
2734         Value *EarlierArg = EarlierCall->getArgOperand(0);
2735         switch (PA.getAA()->alias(Arg, EarlierArg)) {
2736         case AliasAnalysis::MustAlias:
2737           Changed = true;
2738           // If the load has a builtin retain, insert a plain retain for it.
2739           if (Class == IC_LoadWeakRetained) {
2740             Constant *Decl = EP.get(ARCRuntimeEntryPoints::EPT_Retain);
2741             CallInst *CI = CallInst::Create(Decl, EarlierCall, "", Call);
2742             CI->setTailCall();
2743           }
2744           // Zap the fully redundant load.
2745           Call->replaceAllUsesWith(EarlierCall->getArgOperand(1));
2746           Call->eraseFromParent();
2747           goto clobbered;
2748         case AliasAnalysis::MayAlias:
2749         case AliasAnalysis::PartialAlias:
2750           goto clobbered;
2751         case AliasAnalysis::NoAlias:
2752           break;
2753         }
2754         break;
2755       }
2756       case IC_MoveWeak:
2757       case IC_CopyWeak:
2758         // TOOD: Grab the copied value.
2759         goto clobbered;
2760       case IC_AutoreleasepoolPush:
2761       case IC_None:
2762       case IC_IntrinsicUser:
2763       case IC_User:
2764         // Weak pointers are only modified through the weak entry points
2765         // (and arbitrary calls, which could call the weak entry points).
2766         break;
2767       default:
2768         // Anything else could modify the weak pointer.
2769         goto clobbered;
2770       }
2771     }
2772   clobbered:;
2773   }
2774
2775   // Then, for each destroyWeak with an alloca operand, check to see if
2776   // the alloca and all its users can be zapped.
2777   for (inst_iterator I = inst_begin(&F), E = inst_end(&F); I != E; ) {
2778     Instruction *Inst = &*I++;
2779     InstructionClass Class = GetBasicInstructionClass(Inst);
2780     if (Class != IC_DestroyWeak)
2781       continue;
2782
2783     CallInst *Call = cast<CallInst>(Inst);
2784     Value *Arg = Call->getArgOperand(0);
2785     if (AllocaInst *Alloca = dyn_cast<AllocaInst>(Arg)) {
2786       for (User *U : Alloca->users()) {
2787         const Instruction *UserInst = cast<Instruction>(U);
2788         switch (GetBasicInstructionClass(UserInst)) {
2789         case IC_InitWeak:
2790         case IC_StoreWeak:
2791         case IC_DestroyWeak:
2792           continue;
2793         default:
2794           goto done;
2795         }
2796       }
2797       Changed = true;
2798       for (auto UI = Alloca->user_begin(), UE = Alloca->user_end(); UI != UE;) {
2799         CallInst *UserInst = cast<CallInst>(*UI++);
2800         switch (GetBasicInstructionClass(UserInst)) {
2801         case IC_InitWeak:
2802         case IC_StoreWeak:
2803           // These functions return their second argument.
2804           UserInst->replaceAllUsesWith(UserInst->getArgOperand(1));
2805           break;
2806         case IC_DestroyWeak:
2807           // No return value.
2808           break;
2809         default:
2810           llvm_unreachable("alloca really is used!");
2811         }
2812         UserInst->eraseFromParent();
2813       }
2814       Alloca->eraseFromParent();
2815     done:;
2816     }
2817   }
2818 }
2819
2820 /// Identify program paths which execute sequences of retains and releases which
2821 /// can be eliminated.
2822 bool ObjCARCOpt::OptimizeSequences(Function &F) {
2823   // Releases, Retains - These are used to store the results of the main flow
2824   // analysis. These use Value* as the key instead of Instruction* so that the
2825   // map stays valid when we get around to rewriting code and calls get
2826   // replaced by arguments.
2827   DenseMap<Value *, RRInfo> Releases;
2828   MapVector<Value *, RRInfo> Retains;
2829
2830   // This is used during the traversal of the function to track the
2831   // states for each identified object at each block.
2832   DenseMap<const BasicBlock *, BBState> BBStates;
2833
2834   // Analyze the CFG of the function, and all instructions.
2835   bool NestingDetected = Visit(F, BBStates, Retains, Releases);
2836
2837   // Transform.
2838   bool AnyPairsCompletelyEliminated = PerformCodePlacement(BBStates, Retains,
2839                                                            Releases,
2840                                                            F.getParent());
2841
2842   // Cleanup.
2843   MultiOwnersSet.clear();
2844
2845   return AnyPairsCompletelyEliminated && NestingDetected;
2846 }
2847
2848 /// Check if there is a dependent call earlier that does not have anything in
2849 /// between the Retain and the call that can affect the reference count of their
2850 /// shared pointer argument. Note that Retain need not be in BB.
2851 static bool
2852 HasSafePathToPredecessorCall(const Value *Arg, Instruction *Retain,
2853                              SmallPtrSet<Instruction *, 4> &DepInsts,
2854                              SmallPtrSet<const BasicBlock *, 4> &Visited,
2855                              ProvenanceAnalysis &PA) {
2856   FindDependencies(CanChangeRetainCount, Arg, Retain->getParent(), Retain,
2857                    DepInsts, Visited, PA);
2858   if (DepInsts.size() != 1)
2859     return false;
2860
2861   CallInst *Call =
2862     dyn_cast_or_null<CallInst>(*DepInsts.begin());
2863
2864   // Check that the pointer is the return value of the call.
2865   if (!Call || Arg != Call)
2866     return false;
2867
2868   // Check that the call is a regular call.
2869   InstructionClass Class = GetBasicInstructionClass(Call);
2870   if (Class != IC_CallOrUser && Class != IC_Call)
2871     return false;
2872
2873   return true;
2874 }
2875
2876 /// Find a dependent retain that precedes the given autorelease for which there
2877 /// is nothing in between the two instructions that can affect the ref count of
2878 /// Arg.
2879 static CallInst *
2880 FindPredecessorRetainWithSafePath(const Value *Arg, BasicBlock *BB,
2881                                   Instruction *Autorelease,
2882                                   SmallPtrSet<Instruction *, 4> &DepInsts,
2883                                   SmallPtrSet<const BasicBlock *, 4> &Visited,
2884                                   ProvenanceAnalysis &PA) {
2885   FindDependencies(CanChangeRetainCount, Arg,
2886                    BB, Autorelease, DepInsts, Visited, PA);
2887   if (DepInsts.size() != 1)
2888     return 0;
2889
2890   CallInst *Retain =
2891     dyn_cast_or_null<CallInst>(*DepInsts.begin());
2892
2893   // Check that we found a retain with the same argument.
2894   if (!Retain ||
2895       !IsRetain(GetBasicInstructionClass(Retain)) ||
2896       GetObjCArg(Retain) != Arg) {
2897     return 0;
2898   }
2899
2900   return Retain;
2901 }
2902
2903 /// Look for an ``autorelease'' instruction dependent on Arg such that there are
2904 /// no instructions dependent on Arg that need a positive ref count in between
2905 /// the autorelease and the ret.
2906 static CallInst *
2907 FindPredecessorAutoreleaseWithSafePath(const Value *Arg, BasicBlock *BB,
2908                                        ReturnInst *Ret,
2909                                        SmallPtrSet<Instruction *, 4> &DepInsts,
2910                                        SmallPtrSet<const BasicBlock *, 4> &V,
2911                                        ProvenanceAnalysis &PA) {
2912   FindDependencies(NeedsPositiveRetainCount, Arg,
2913                    BB, Ret, DepInsts, V, PA);
2914   if (DepInsts.size() != 1)
2915     return 0;
2916
2917   CallInst *Autorelease =
2918     dyn_cast_or_null<CallInst>(*DepInsts.begin());
2919   if (!Autorelease)
2920     return 0;
2921   InstructionClass AutoreleaseClass = GetBasicInstructionClass(Autorelease);
2922   if (!IsAutorelease(AutoreleaseClass))
2923     return 0;
2924   if (GetObjCArg(Autorelease) != Arg)
2925     return 0;
2926
2927   return Autorelease;
2928 }
2929
2930 /// Look for this pattern:
2931 /// \code
2932 ///    %call = call i8* @something(...)
2933 ///    %2 = call i8* @objc_retain(i8* %call)
2934 ///    %3 = call i8* @objc_autorelease(i8* %2)
2935 ///    ret i8* %3
2936 /// \endcode
2937 /// And delete the retain and autorelease.
2938 void ObjCARCOpt::OptimizeReturns(Function &F) {
2939   if (!F.getReturnType()->isPointerTy())
2940     return;
2941
2942   DEBUG(dbgs() << "\n== ObjCARCOpt::OptimizeReturns ==\n");
2943
2944   SmallPtrSet<Instruction *, 4> DependingInstructions;
2945   SmallPtrSet<const BasicBlock *, 4> Visited;
2946   for (Function::iterator FI = F.begin(), FE = F.end(); FI != FE; ++FI) {
2947     BasicBlock *BB = FI;
2948     ReturnInst *Ret = dyn_cast<ReturnInst>(&BB->back());
2949
2950     DEBUG(dbgs() << "Visiting: " << *Ret << "\n");
2951
2952     if (!Ret)
2953       continue;
2954
2955     const Value *Arg = StripPointerCastsAndObjCCalls(Ret->getOperand(0));
2956
2957     // Look for an ``autorelease'' instruction that is a predecessor of Ret and
2958     // dependent on Arg such that there are no instructions dependent on Arg
2959     // that need a positive ref count in between the autorelease and Ret.
2960     CallInst *Autorelease =
2961       FindPredecessorAutoreleaseWithSafePath(Arg, BB, Ret,
2962                                              DependingInstructions, Visited,
2963                                              PA);
2964     DependingInstructions.clear();
2965     Visited.clear();
2966
2967     if (!Autorelease)
2968       continue;
2969
2970     CallInst *Retain =
2971       FindPredecessorRetainWithSafePath(Arg, BB, Autorelease,
2972                                         DependingInstructions, Visited, PA);
2973     DependingInstructions.clear();
2974     Visited.clear();
2975
2976     if (!Retain)
2977       continue;
2978
2979     // Check that there is nothing that can affect the reference count
2980     // between the retain and the call.  Note that Retain need not be in BB.
2981     bool HasSafePathToCall = HasSafePathToPredecessorCall(Arg, Retain,
2982                                                           DependingInstructions,
2983                                                           Visited, PA);
2984     DependingInstructions.clear();
2985     Visited.clear();
2986
2987     if (!HasSafePathToCall)
2988       continue;
2989
2990     // If so, we can zap the retain and autorelease.
2991     Changed = true;
2992     ++NumRets;
2993     DEBUG(dbgs() << "Erasing: " << *Retain << "\nErasing: "
2994           << *Autorelease << "\n");
2995     EraseInstruction(Retain);
2996     EraseInstruction(Autorelease);
2997   }
2998 }
2999
3000 #ifndef NDEBUG
3001 void
3002 ObjCARCOpt::GatherStatistics(Function &F, bool AfterOptimization) {
3003   llvm::Statistic &NumRetains =
3004     AfterOptimization? NumRetainsAfterOpt : NumRetainsBeforeOpt;
3005   llvm::Statistic &NumReleases =
3006     AfterOptimization? NumReleasesAfterOpt : NumReleasesBeforeOpt;
3007
3008   for (inst_iterator I = inst_begin(&F), E = inst_end(&F); I != E; ) {
3009     Instruction *Inst = &*I++;
3010     switch (GetBasicInstructionClass(Inst)) {
3011     default:
3012       break;
3013     case IC_Retain:
3014       ++NumRetains;
3015       break;
3016     case IC_Release:
3017       ++NumReleases;
3018       break;
3019     }
3020   }
3021 }
3022 #endif
3023
3024 bool ObjCARCOpt::doInitialization(Module &M) {
3025   if (!EnableARCOpts)
3026     return false;
3027
3028   // If nothing in the Module uses ARC, don't do anything.
3029   Run = ModuleHasARC(M);
3030   if (!Run)
3031     return false;
3032
3033   // Identify the imprecise release metadata kind.
3034   ImpreciseReleaseMDKind =
3035     M.getContext().getMDKindID("clang.imprecise_release");
3036   CopyOnEscapeMDKind =
3037     M.getContext().getMDKindID("clang.arc.copy_on_escape");
3038   NoObjCARCExceptionsMDKind =
3039     M.getContext().getMDKindID("clang.arc.no_objc_arc_exceptions");
3040 #ifdef ARC_ANNOTATIONS
3041   ARCAnnotationBottomUpMDKind =
3042     M.getContext().getMDKindID("llvm.arc.annotation.bottomup");
3043   ARCAnnotationTopDownMDKind =
3044     M.getContext().getMDKindID("llvm.arc.annotation.topdown");
3045   ARCAnnotationProvenanceSourceMDKind =
3046     M.getContext().getMDKindID("llvm.arc.annotation.provenancesource");
3047 #endif // ARC_ANNOTATIONS
3048
3049   // Intuitively, objc_retain and others are nocapture, however in practice
3050   // they are not, because they return their argument value. And objc_release
3051   // calls finalizers which can have arbitrary side effects.
3052
3053   // Initialize our runtime entry point cache.
3054   EP.Initialize(&M);
3055
3056   return false;
3057 }
3058
3059 bool ObjCARCOpt::runOnFunction(Function &F) {
3060   if (!EnableARCOpts)
3061     return false;
3062
3063   // If nothing in the Module uses ARC, don't do anything.
3064   if (!Run)
3065     return false;
3066
3067   Changed = false;
3068
3069   DEBUG(dbgs() << "<<< ObjCARCOpt: Visiting Function: " << F.getName() << " >>>"
3070         "\n");
3071
3072   PA.setAA(&getAnalysis<AliasAnalysis>());
3073
3074 #ifndef NDEBUG
3075   if (AreStatisticsEnabled()) {
3076     GatherStatistics(F, false);
3077   }
3078 #endif
3079
3080   // This pass performs several distinct transformations. As a compile-time aid
3081   // when compiling code that isn't ObjC, skip these if the relevant ObjC
3082   // library functions aren't declared.
3083
3084   // Preliminary optimizations. This also computes UsedInThisFunction.
3085   OptimizeIndividualCalls(F);
3086
3087   // Optimizations for weak pointers.
3088   if (UsedInThisFunction & ((1 << IC_LoadWeak) |
3089                             (1 << IC_LoadWeakRetained) |
3090                             (1 << IC_StoreWeak) |
3091                             (1 << IC_InitWeak) |
3092                             (1 << IC_CopyWeak) |
3093                             (1 << IC_MoveWeak) |
3094                             (1 << IC_DestroyWeak)))
3095     OptimizeWeakCalls(F);
3096
3097   // Optimizations for retain+release pairs.
3098   if (UsedInThisFunction & ((1 << IC_Retain) |
3099                             (1 << IC_RetainRV) |
3100                             (1 << IC_RetainBlock)))
3101     if (UsedInThisFunction & (1 << IC_Release))
3102       // Run OptimizeSequences until it either stops making changes or
3103       // no retain+release pair nesting is detected.
3104       while (OptimizeSequences(F)) {}
3105
3106   // Optimizations if objc_autorelease is used.
3107   if (UsedInThisFunction & ((1 << IC_Autorelease) |
3108                             (1 << IC_AutoreleaseRV)))
3109     OptimizeReturns(F);
3110
3111   // Gather statistics after optimization.
3112 #ifndef NDEBUG
3113   if (AreStatisticsEnabled()) {
3114     GatherStatistics(F, true);
3115   }
3116 #endif
3117
3118   DEBUG(dbgs() << "\n");
3119
3120   return Changed;
3121 }
3122
3123 void ObjCARCOpt::releaseMemory() {
3124   PA.clear();
3125 }
3126
3127 /// @}
3128 ///