[ARC] Pull the ObjC ARC components that really serve the role of
[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 "BlotMapVector.h"
30 #include "DependencyAnalysis.h"
31 #include "ProvenanceAnalysis.h"
32 #include "PtrState.h"
33 #include "llvm/ADT/DenseMap.h"
34 #include "llvm/ADT/DenseSet.h"
35 #include "llvm/ADT/STLExtras.h"
36 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
37 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
38 #include "llvm/Analysis/ObjCARCAliasAnalysis.h"
39 #include "llvm/IR/CFG.h"
40 #include "llvm/IR/IRBuilder.h"
41 #include "llvm/IR/LLVMContext.h"
42 #include "llvm/Support/Debug.h"
43 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
44
45 using namespace llvm;
46 using namespace llvm::objcarc;
47
48 #define DEBUG_TYPE "objc-arc-opts"
49
50 /// \defgroup ARCUtilities Utility declarations/definitions specific to ARC.
51 /// @{
52
53 /// \brief This is similar to GetRCIdentityRoot but it stops as soon
54 /// as it finds a value with multiple uses.
55 static const Value *FindSingleUseIdentifiedObject(const Value *Arg) {
56   if (Arg->hasOneUse()) {
57     if (const BitCastInst *BC = dyn_cast<BitCastInst>(Arg))
58       return FindSingleUseIdentifiedObject(BC->getOperand(0));
59     if (const GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(Arg))
60       if (GEP->hasAllZeroIndices())
61         return FindSingleUseIdentifiedObject(GEP->getPointerOperand());
62     if (IsForwarding(GetBasicARCInstKind(Arg)))
63       return FindSingleUseIdentifiedObject(
64                cast<CallInst>(Arg)->getArgOperand(0));
65     if (!IsObjCIdentifiedObject(Arg))
66       return nullptr;
67     return Arg;
68   }
69
70   // If we found an identifiable object but it has multiple uses, but they are
71   // trivial uses, we can still consider this to be a single-use value.
72   if (IsObjCIdentifiedObject(Arg)) {
73     for (const User *U : Arg->users())
74       if (!U->use_empty() || GetRCIdentityRoot(U) != Arg)
75          return nullptr;
76
77     return Arg;
78   }
79
80   return nullptr;
81 }
82
83 /// This is a wrapper around getUnderlyingObjCPtr along the lines of
84 /// GetUnderlyingObjects except that it returns early when it sees the first
85 /// alloca.
86 static inline bool AreAnyUnderlyingObjectsAnAlloca(const Value *V,
87                                                    const DataLayout &DL) {
88   SmallPtrSet<const Value *, 4> Visited;
89   SmallVector<const Value *, 4> Worklist;
90   Worklist.push_back(V);
91   do {
92     const Value *P = Worklist.pop_back_val();
93     P = GetUnderlyingObjCPtr(P, DL);
94
95     if (isa<AllocaInst>(P))
96       return true;
97
98     if (!Visited.insert(P).second)
99       continue;
100
101     if (const SelectInst *SI = dyn_cast<const SelectInst>(P)) {
102       Worklist.push_back(SI->getTrueValue());
103       Worklist.push_back(SI->getFalseValue());
104       continue;
105     }
106
107     if (const PHINode *PN = dyn_cast<const PHINode>(P)) {
108       for (Value *IncValue : PN->incoming_values())
109         Worklist.push_back(IncValue);
110       continue;
111     }
112   } while (!Worklist.empty());
113
114   return false;
115 }
116
117
118 /// @}
119 ///
120 /// \defgroup ARCOpt ARC Optimization.
121 /// @{
122
123 // TODO: On code like this:
124 //
125 // objc_retain(%x)
126 // stuff_that_cannot_release()
127 // objc_autorelease(%x)
128 // stuff_that_cannot_release()
129 // objc_retain(%x)
130 // stuff_that_cannot_release()
131 // objc_autorelease(%x)
132 //
133 // The second retain and autorelease can be deleted.
134
135 // TODO: It should be possible to delete
136 // objc_autoreleasePoolPush and objc_autoreleasePoolPop
137 // pairs if nothing is actually autoreleased between them. Also, autorelease
138 // calls followed by objc_autoreleasePoolPop calls (perhaps in ObjC++ code
139 // after inlining) can be turned into plain release calls.
140
141 // TODO: Critical-edge splitting. If the optimial insertion point is
142 // a critical edge, the current algorithm has to fail, because it doesn't
143 // know how to split edges. It should be possible to make the optimizer
144 // think in terms of edges, rather than blocks, and then split critical
145 // edges on demand.
146
147 // TODO: OptimizeSequences could generalized to be Interprocedural.
148
149 // TODO: Recognize that a bunch of other objc runtime calls have
150 // non-escaping arguments and non-releasing arguments, and may be
151 // non-autoreleasing.
152
153 // TODO: Sink autorelease calls as far as possible. Unfortunately we
154 // usually can't sink them past other calls, which would be the main
155 // case where it would be useful.
156
157 // TODO: The pointer returned from objc_loadWeakRetained is retained.
158
159 // TODO: Delete release+retain pairs (rare).
160
161 STATISTIC(NumNoops,       "Number of no-op objc calls eliminated");
162 STATISTIC(NumPartialNoops, "Number of partially no-op objc calls eliminated");
163 STATISTIC(NumAutoreleases,"Number of autoreleases converted to releases");
164 STATISTIC(NumRets,        "Number of return value forwarding "
165                           "retain+autoreleases eliminated");
166 STATISTIC(NumRRs,         "Number of retain+release paths eliminated");
167 STATISTIC(NumPeeps,       "Number of calls peephole-optimized");
168 #ifndef NDEBUG
169 STATISTIC(NumRetainsBeforeOpt,
170           "Number of retains before optimization");
171 STATISTIC(NumReleasesBeforeOpt,
172           "Number of releases before optimization");
173 STATISTIC(NumRetainsAfterOpt,
174           "Number of retains after optimization");
175 STATISTIC(NumReleasesAfterOpt,
176           "Number of releases after optimization");
177 #endif
178
179 namespace {
180   /// \brief Per-BasicBlock state.
181   class BBState {
182     /// The number of unique control paths from the entry which can reach this
183     /// block.
184     unsigned TopDownPathCount;
185
186     /// The number of unique control paths to exits from this block.
187     unsigned BottomUpPathCount;
188
189     /// The top-down traversal uses this to record information known about a
190     /// pointer at the bottom of each block.
191     BlotMapVector<const Value *, TopDownPtrState> PerPtrTopDown;
192
193     /// The bottom-up traversal uses this to record information known about a
194     /// pointer at the top of each block.
195     BlotMapVector<const Value *, BottomUpPtrState> PerPtrBottomUp;
196
197     /// Effective predecessors of the current block ignoring ignorable edges and
198     /// ignored backedges.
199     SmallVector<BasicBlock *, 2> Preds;
200
201     /// Effective successors of the current block ignoring ignorable edges and
202     /// ignored backedges.
203     SmallVector<BasicBlock *, 2> Succs;
204
205   public:
206     static const unsigned OverflowOccurredValue;
207
208     BBState() : TopDownPathCount(0), BottomUpPathCount(0) { }
209
210     typedef decltype(PerPtrTopDown)::iterator top_down_ptr_iterator;
211     typedef decltype(PerPtrTopDown)::const_iterator const_top_down_ptr_iterator;
212
213     top_down_ptr_iterator top_down_ptr_begin() { return PerPtrTopDown.begin(); }
214     top_down_ptr_iterator top_down_ptr_end() { return PerPtrTopDown.end(); }
215     const_top_down_ptr_iterator top_down_ptr_begin() const {
216       return PerPtrTopDown.begin();
217     }
218     const_top_down_ptr_iterator top_down_ptr_end() const {
219       return PerPtrTopDown.end();
220     }
221     bool hasTopDownPtrs() const {
222       return !PerPtrTopDown.empty();
223     }
224
225     typedef decltype(PerPtrBottomUp)::iterator bottom_up_ptr_iterator;
226     typedef decltype(
227         PerPtrBottomUp)::const_iterator const_bottom_up_ptr_iterator;
228
229     bottom_up_ptr_iterator bottom_up_ptr_begin() {
230       return PerPtrBottomUp.begin();
231     }
232     bottom_up_ptr_iterator bottom_up_ptr_end() { return PerPtrBottomUp.end(); }
233     const_bottom_up_ptr_iterator bottom_up_ptr_begin() const {
234       return PerPtrBottomUp.begin();
235     }
236     const_bottom_up_ptr_iterator bottom_up_ptr_end() const {
237       return PerPtrBottomUp.end();
238     }
239     bool hasBottomUpPtrs() const {
240       return !PerPtrBottomUp.empty();
241     }
242
243     /// Mark this block as being an entry block, which has one path from the
244     /// entry by definition.
245     void SetAsEntry() { TopDownPathCount = 1; }
246
247     /// Mark this block as being an exit block, which has one path to an exit by
248     /// definition.
249     void SetAsExit()  { BottomUpPathCount = 1; }
250
251     /// Attempt to find the PtrState object describing the top down state for
252     /// pointer Arg. Return a new initialized PtrState describing the top down
253     /// state for Arg if we do not find one.
254     TopDownPtrState &getPtrTopDownState(const Value *Arg) {
255       return PerPtrTopDown[Arg];
256     }
257
258     /// Attempt to find the PtrState object describing the bottom up state for
259     /// pointer Arg. Return a new initialized PtrState describing the bottom up
260     /// state for Arg if we do not find one.
261     BottomUpPtrState &getPtrBottomUpState(const Value *Arg) {
262       return PerPtrBottomUp[Arg];
263     }
264
265     /// Attempt to find the PtrState object describing the bottom up state for
266     /// pointer Arg.
267     bottom_up_ptr_iterator findPtrBottomUpState(const Value *Arg) {
268       return PerPtrBottomUp.find(Arg);
269     }
270
271     void clearBottomUpPointers() {
272       PerPtrBottomUp.clear();
273     }
274
275     void clearTopDownPointers() {
276       PerPtrTopDown.clear();
277     }
278
279     void InitFromPred(const BBState &Other);
280     void InitFromSucc(const BBState &Other);
281     void MergePred(const BBState &Other);
282     void MergeSucc(const BBState &Other);
283
284     /// Compute the number of possible unique paths from an entry to an exit
285     /// which pass through this block. This is only valid after both the
286     /// top-down and bottom-up traversals are complete.
287     ///
288     /// Returns true if overflow occurred. Returns false if overflow did not
289     /// occur.
290     bool GetAllPathCountWithOverflow(unsigned &PathCount) const {
291       if (TopDownPathCount == OverflowOccurredValue ||
292           BottomUpPathCount == OverflowOccurredValue)
293         return true;
294       unsigned long long Product =
295         (unsigned long long)TopDownPathCount*BottomUpPathCount;
296       // Overflow occurred if any of the upper bits of Product are set or if all
297       // the lower bits of Product are all set.
298       return (Product >> 32) ||
299              ((PathCount = Product) == OverflowOccurredValue);
300     }
301
302     // Specialized CFG utilities.
303     typedef SmallVectorImpl<BasicBlock *>::const_iterator edge_iterator;
304     edge_iterator pred_begin() const { return Preds.begin(); }
305     edge_iterator pred_end() const { return Preds.end(); }
306     edge_iterator succ_begin() const { return Succs.begin(); }
307     edge_iterator succ_end() const { return Succs.end(); }
308
309     void addSucc(BasicBlock *Succ) { Succs.push_back(Succ); }
310     void addPred(BasicBlock *Pred) { Preds.push_back(Pred); }
311
312     bool isExit() const { return Succs.empty(); }
313   };
314
315   const unsigned BBState::OverflowOccurredValue = 0xffffffff;
316 }
317
318 namespace llvm {
319 raw_ostream &operator<<(raw_ostream &OS,
320                         BBState &BBState) LLVM_ATTRIBUTE_UNUSED;
321 }
322
323 void BBState::InitFromPred(const BBState &Other) {
324   PerPtrTopDown = Other.PerPtrTopDown;
325   TopDownPathCount = Other.TopDownPathCount;
326 }
327
328 void BBState::InitFromSucc(const BBState &Other) {
329   PerPtrBottomUp = Other.PerPtrBottomUp;
330   BottomUpPathCount = Other.BottomUpPathCount;
331 }
332
333 /// The top-down traversal uses this to merge information about predecessors to
334 /// form the initial state for a new block.
335 void BBState::MergePred(const BBState &Other) {
336   if (TopDownPathCount == OverflowOccurredValue)
337     return;
338
339   // Other.TopDownPathCount can be 0, in which case it is either dead or a
340   // loop backedge. Loop backedges are special.
341   TopDownPathCount += Other.TopDownPathCount;
342
343   // In order to be consistent, we clear the top down pointers when by adding
344   // TopDownPathCount becomes OverflowOccurredValue even though "true" overflow
345   // has not occurred.
346   if (TopDownPathCount == OverflowOccurredValue) {
347     clearTopDownPointers();
348     return;
349   }
350
351   // Check for overflow. If we have overflow, fall back to conservative
352   // behavior.
353   if (TopDownPathCount < Other.TopDownPathCount) {
354     TopDownPathCount = OverflowOccurredValue;
355     clearTopDownPointers();
356     return;
357   }
358
359   // For each entry in the other set, if our set has an entry with the same key,
360   // merge the entries. Otherwise, copy the entry and merge it with an empty
361   // entry.
362   for (auto MI = Other.top_down_ptr_begin(), ME = Other.top_down_ptr_end();
363        MI != ME; ++MI) {
364     auto Pair = PerPtrTopDown.insert(*MI);
365     Pair.first->second.Merge(Pair.second ? TopDownPtrState() : MI->second,
366                              /*TopDown=*/true);
367   }
368
369   // For each entry in our set, if the other set doesn't have an entry with the
370   // same key, force it to merge with an empty entry.
371   for (auto MI = top_down_ptr_begin(), ME = top_down_ptr_end(); MI != ME; ++MI)
372     if (Other.PerPtrTopDown.find(MI->first) == Other.PerPtrTopDown.end())
373       MI->second.Merge(TopDownPtrState(), /*TopDown=*/true);
374 }
375
376 /// The bottom-up traversal uses this to merge information about successors to
377 /// form the initial state for a new block.
378 void BBState::MergeSucc(const BBState &Other) {
379   if (BottomUpPathCount == OverflowOccurredValue)
380     return;
381
382   // Other.BottomUpPathCount can be 0, in which case it is either dead or a
383   // loop backedge. Loop backedges are special.
384   BottomUpPathCount += Other.BottomUpPathCount;
385
386   // In order to be consistent, we clear the top down pointers when by adding
387   // BottomUpPathCount becomes OverflowOccurredValue even though "true" overflow
388   // has not occurred.
389   if (BottomUpPathCount == OverflowOccurredValue) {
390     clearBottomUpPointers();
391     return;
392   }
393
394   // Check for overflow. If we have overflow, fall back to conservative
395   // behavior.
396   if (BottomUpPathCount < Other.BottomUpPathCount) {
397     BottomUpPathCount = OverflowOccurredValue;
398     clearBottomUpPointers();
399     return;
400   }
401
402   // For each entry in the other set, if our set has an entry with the
403   // same key, merge the entries. Otherwise, copy the entry and merge
404   // it with an empty entry.
405   for (auto MI = Other.bottom_up_ptr_begin(), ME = Other.bottom_up_ptr_end();
406        MI != ME; ++MI) {
407     auto Pair = PerPtrBottomUp.insert(*MI);
408     Pair.first->second.Merge(Pair.second ? BottomUpPtrState() : MI->second,
409                              /*TopDown=*/false);
410   }
411
412   // For each entry in our set, if the other set doesn't have an entry
413   // with the same key, force it to merge with an empty entry.
414   for (auto MI = bottom_up_ptr_begin(), ME = bottom_up_ptr_end(); MI != ME;
415        ++MI)
416     if (Other.PerPtrBottomUp.find(MI->first) == Other.PerPtrBottomUp.end())
417       MI->second.Merge(BottomUpPtrState(), /*TopDown=*/false);
418 }
419
420 raw_ostream &llvm::operator<<(raw_ostream &OS, BBState &BBInfo) {
421   // Dump the pointers we are tracking.
422   OS << "    TopDown State:\n";
423   if (!BBInfo.hasTopDownPtrs()) {
424     DEBUG(llvm::dbgs() << "        NONE!\n");
425   } else {
426     for (auto I = BBInfo.top_down_ptr_begin(), E = BBInfo.top_down_ptr_end();
427          I != E; ++I) {
428       const PtrState &P = I->second;
429       OS << "        Ptr: " << *I->first
430          << "\n            KnownSafe:        " << (P.IsKnownSafe()?"true":"false")
431          << "\n            ImpreciseRelease: "
432            << (P.IsTrackingImpreciseReleases()?"true":"false") << "\n"
433          << "            HasCFGHazards:    "
434            << (P.IsCFGHazardAfflicted()?"true":"false") << "\n"
435          << "            KnownPositive:    "
436            << (P.HasKnownPositiveRefCount()?"true":"false") << "\n"
437          << "            Seq:              "
438          << P.GetSeq() << "\n";
439     }
440   }
441
442   OS << "    BottomUp State:\n";
443   if (!BBInfo.hasBottomUpPtrs()) {
444     DEBUG(llvm::dbgs() << "        NONE!\n");
445   } else {
446     for (auto I = BBInfo.bottom_up_ptr_begin(), E = BBInfo.bottom_up_ptr_end();
447          I != E; ++I) {
448       const PtrState &P = I->second;
449       OS << "        Ptr: " << *I->first
450          << "\n            KnownSafe:        " << (P.IsKnownSafe()?"true":"false")
451          << "\n            ImpreciseRelease: "
452            << (P.IsTrackingImpreciseReleases()?"true":"false") << "\n"
453          << "            HasCFGHazards:    "
454            << (P.IsCFGHazardAfflicted()?"true":"false") << "\n"
455          << "            KnownPositive:    "
456            << (P.HasKnownPositiveRefCount()?"true":"false") << "\n"
457          << "            Seq:              "
458          << P.GetSeq() << "\n";
459     }
460   }
461
462   return OS;
463 }
464
465 namespace {
466
467   /// \brief The main ARC optimization pass.
468   class ObjCARCOpt : public FunctionPass {
469     bool Changed;
470     ProvenanceAnalysis PA;
471
472     /// A cache of references to runtime entry point constants.
473     ARCRuntimeEntryPoints EP;
474
475     /// A cache of MDKinds that can be passed into other functions to propagate
476     /// MDKind identifiers.
477     ARCMDKindCache MDKindCache;
478
479     // This is used to track if a pointer is stored into an alloca.
480     DenseSet<const Value *> MultiOwnersSet;
481
482     /// A flag indicating whether this optimization pass should run.
483     bool Run;
484
485     /// Flags which determine whether each of the interesting runtime functions
486     /// is in fact used in the current function.
487     unsigned UsedInThisFunction;
488
489     bool OptimizeRetainRVCall(Function &F, Instruction *RetainRV);
490     void OptimizeAutoreleaseRVCall(Function &F, Instruction *AutoreleaseRV,
491                                    ARCInstKind &Class);
492     void OptimizeIndividualCalls(Function &F);
493
494     void CheckForCFGHazards(const BasicBlock *BB,
495                             DenseMap<const BasicBlock *, BBState> &BBStates,
496                             BBState &MyStates) const;
497     bool VisitInstructionBottomUp(Instruction *Inst, BasicBlock *BB,
498                                   BlotMapVector<Value *, RRInfo> &Retains,
499                                   BBState &MyStates);
500     bool VisitBottomUp(BasicBlock *BB,
501                        DenseMap<const BasicBlock *, BBState> &BBStates,
502                        BlotMapVector<Value *, RRInfo> &Retains);
503     bool VisitInstructionTopDown(Instruction *Inst,
504                                  DenseMap<Value *, RRInfo> &Releases,
505                                  BBState &MyStates);
506     bool VisitTopDown(BasicBlock *BB,
507                       DenseMap<const BasicBlock *, BBState> &BBStates,
508                       DenseMap<Value *, RRInfo> &Releases);
509     bool Visit(Function &F, DenseMap<const BasicBlock *, BBState> &BBStates,
510                BlotMapVector<Value *, RRInfo> &Retains,
511                DenseMap<Value *, RRInfo> &Releases);
512
513     void MoveCalls(Value *Arg, RRInfo &RetainsToMove, RRInfo &ReleasesToMove,
514                    BlotMapVector<Value *, RRInfo> &Retains,
515                    DenseMap<Value *, RRInfo> &Releases,
516                    SmallVectorImpl<Instruction *> &DeadInsts, Module *M);
517
518     bool
519     PairUpRetainsAndReleases(DenseMap<const BasicBlock *, BBState> &BBStates,
520                              BlotMapVector<Value *, RRInfo> &Retains,
521                              DenseMap<Value *, RRInfo> &Releases, Module *M,
522                              SmallVectorImpl<Instruction *> &NewRetains,
523                              SmallVectorImpl<Instruction *> &NewReleases,
524                              SmallVectorImpl<Instruction *> &DeadInsts,
525                              RRInfo &RetainsToMove, RRInfo &ReleasesToMove,
526                              Value *Arg, bool KnownSafe,
527                              bool &AnyPairsCompletelyEliminated);
528
529     bool PerformCodePlacement(DenseMap<const BasicBlock *, BBState> &BBStates,
530                               BlotMapVector<Value *, RRInfo> &Retains,
531                               DenseMap<Value *, RRInfo> &Releases, Module *M);
532
533     void OptimizeWeakCalls(Function &F);
534
535     bool OptimizeSequences(Function &F);
536
537     void OptimizeReturns(Function &F);
538
539 #ifndef NDEBUG
540     void GatherStatistics(Function &F, bool AfterOptimization = false);
541 #endif
542
543     void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const override;
544     bool doInitialization(Module &M) override;
545     bool runOnFunction(Function &F) override;
546     void releaseMemory() override;
547
548   public:
549     static char ID;
550     ObjCARCOpt() : FunctionPass(ID) {
551       initializeObjCARCOptPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
552     }
553   };
554 }
555
556 char ObjCARCOpt::ID = 0;
557 INITIALIZE_PASS_BEGIN(ObjCARCOpt,
558                       "objc-arc", "ObjC ARC optimization", false, false)
559 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(ObjCARCAliasAnalysis)
560 INITIALIZE_PASS_END(ObjCARCOpt,
561                     "objc-arc", "ObjC ARC optimization", false, false)
562
563 Pass *llvm::createObjCARCOptPass() {
564   return new ObjCARCOpt();
565 }
566
567 void ObjCARCOpt::getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
568   AU.addRequired<ObjCARCAliasAnalysis>();
569   AU.addRequired<AliasAnalysis>();
570   // ARC optimization doesn't currently split critical edges.
571   AU.setPreservesCFG();
572 }
573
574 /// Turn objc_retainAutoreleasedReturnValue into objc_retain if the operand is
575 /// not a return value.  Or, if it can be paired with an
576 /// objc_autoreleaseReturnValue, delete the pair and return true.
577 bool
578 ObjCARCOpt::OptimizeRetainRVCall(Function &F, Instruction *RetainRV) {
579   // Check for the argument being from an immediately preceding call or invoke.
580   const Value *Arg = GetArgRCIdentityRoot(RetainRV);
581   ImmutableCallSite CS(Arg);
582   if (const Instruction *Call = CS.getInstruction()) {
583     if (Call->getParent() == RetainRV->getParent()) {
584       BasicBlock::const_iterator I = Call;
585       ++I;
586       while (IsNoopInstruction(I)) ++I;
587       if (&*I == RetainRV)
588         return false;
589     } else if (const InvokeInst *II = dyn_cast<InvokeInst>(Call)) {
590       BasicBlock *RetainRVParent = RetainRV->getParent();
591       if (II->getNormalDest() == RetainRVParent) {
592         BasicBlock::const_iterator I = RetainRVParent->begin();
593         while (IsNoopInstruction(I)) ++I;
594         if (&*I == RetainRV)
595           return false;
596       }
597     }
598   }
599
600   // Check for being preceded by an objc_autoreleaseReturnValue on the same
601   // pointer. In this case, we can delete the pair.
602   BasicBlock::iterator I = RetainRV, Begin = RetainRV->getParent()->begin();
603   if (I != Begin) {
604     do --I; while (I != Begin && IsNoopInstruction(I));
605     if (GetBasicARCInstKind(I) == ARCInstKind::AutoreleaseRV &&
606         GetArgRCIdentityRoot(I) == Arg) {
607       Changed = true;
608       ++NumPeeps;
609
610       DEBUG(dbgs() << "Erasing autoreleaseRV,retainRV pair: " << *I << "\n"
611                    << "Erasing " << *RetainRV << "\n");
612
613       EraseInstruction(I);
614       EraseInstruction(RetainRV);
615       return true;
616     }
617   }
618
619   // Turn it to a plain objc_retain.
620   Changed = true;
621   ++NumPeeps;
622
623   DEBUG(dbgs() << "Transforming objc_retainAutoreleasedReturnValue => "
624                   "objc_retain since the operand is not a return value.\n"
625                   "Old = " << *RetainRV << "\n");
626
627   Constant *NewDecl = EP.get(ARCRuntimeEntryPointKind::Retain);
628   cast<CallInst>(RetainRV)->setCalledFunction(NewDecl);
629
630   DEBUG(dbgs() << "New = " << *RetainRV << "\n");
631
632   return false;
633 }
634
635 /// Turn objc_autoreleaseReturnValue into objc_autorelease if the result is not
636 /// used as a return value.
637 void ObjCARCOpt::OptimizeAutoreleaseRVCall(Function &F,
638                                            Instruction *AutoreleaseRV,
639                                            ARCInstKind &Class) {
640   // Check for a return of the pointer value.
641   const Value *Ptr = GetArgRCIdentityRoot(AutoreleaseRV);
642   SmallVector<const Value *, 2> Users;
643   Users.push_back(Ptr);
644   do {
645     Ptr = Users.pop_back_val();
646     for (const User *U : Ptr->users()) {
647       if (isa<ReturnInst>(U) || GetBasicARCInstKind(U) == ARCInstKind::RetainRV)
648         return;
649       if (isa<BitCastInst>(U))
650         Users.push_back(U);
651     }
652   } while (!Users.empty());
653
654   Changed = true;
655   ++NumPeeps;
656
657   DEBUG(dbgs() << "Transforming objc_autoreleaseReturnValue => "
658                   "objc_autorelease since its operand is not used as a return "
659                   "value.\n"
660                   "Old = " << *AutoreleaseRV << "\n");
661
662   CallInst *AutoreleaseRVCI = cast<CallInst>(AutoreleaseRV);
663   Constant *NewDecl = EP.get(ARCRuntimeEntryPointKind::Autorelease);
664   AutoreleaseRVCI->setCalledFunction(NewDecl);
665   AutoreleaseRVCI->setTailCall(false); // Never tail call objc_autorelease.
666   Class = ARCInstKind::Autorelease;
667
668   DEBUG(dbgs() << "New: " << *AutoreleaseRV << "\n");
669
670 }
671
672 /// Visit each call, one at a time, and make simplifications without doing any
673 /// additional analysis.
674 void ObjCARCOpt::OptimizeIndividualCalls(Function &F) {
675   DEBUG(dbgs() << "\n== ObjCARCOpt::OptimizeIndividualCalls ==\n");
676   // Reset all the flags in preparation for recomputing them.
677   UsedInThisFunction = 0;
678
679   // Visit all objc_* calls in F.
680   for (inst_iterator I = inst_begin(&F), E = inst_end(&F); I != E; ) {
681     Instruction *Inst = &*I++;
682
683     ARCInstKind Class = GetBasicARCInstKind(Inst);
684
685     DEBUG(dbgs() << "Visiting: Class: " << Class << "; " << *Inst << "\n");
686
687     switch (Class) {
688     default: break;
689
690     // Delete no-op casts. These function calls have special semantics, but
691     // the semantics are entirely implemented via lowering in the front-end,
692     // so by the time they reach the optimizer, they are just no-op calls
693     // which return their argument.
694     //
695     // There are gray areas here, as the ability to cast reference-counted
696     // pointers to raw void* and back allows code to break ARC assumptions,
697     // however these are currently considered to be unimportant.
698     case ARCInstKind::NoopCast:
699       Changed = true;
700       ++NumNoops;
701       DEBUG(dbgs() << "Erasing no-op cast: " << *Inst << "\n");
702       EraseInstruction(Inst);
703       continue;
704
705     // If the pointer-to-weak-pointer is null, it's undefined behavior.
706     case ARCInstKind::StoreWeak:
707     case ARCInstKind::LoadWeak:
708     case ARCInstKind::LoadWeakRetained:
709     case ARCInstKind::InitWeak:
710     case ARCInstKind::DestroyWeak: {
711       CallInst *CI = cast<CallInst>(Inst);
712       if (IsNullOrUndef(CI->getArgOperand(0))) {
713         Changed = true;
714         Type *Ty = CI->getArgOperand(0)->getType();
715         new StoreInst(UndefValue::get(cast<PointerType>(Ty)->getElementType()),
716                       Constant::getNullValue(Ty),
717                       CI);
718         llvm::Value *NewValue = UndefValue::get(CI->getType());
719         DEBUG(dbgs() << "A null pointer-to-weak-pointer is undefined behavior."
720                        "\nOld = " << *CI << "\nNew = " << *NewValue << "\n");
721         CI->replaceAllUsesWith(NewValue);
722         CI->eraseFromParent();
723         continue;
724       }
725       break;
726     }
727     case ARCInstKind::CopyWeak:
728     case ARCInstKind::MoveWeak: {
729       CallInst *CI = cast<CallInst>(Inst);
730       if (IsNullOrUndef(CI->getArgOperand(0)) ||
731           IsNullOrUndef(CI->getArgOperand(1))) {
732         Changed = true;
733         Type *Ty = CI->getArgOperand(0)->getType();
734         new StoreInst(UndefValue::get(cast<PointerType>(Ty)->getElementType()),
735                       Constant::getNullValue(Ty),
736                       CI);
737
738         llvm::Value *NewValue = UndefValue::get(CI->getType());
739         DEBUG(dbgs() << "A null pointer-to-weak-pointer is undefined behavior."
740                         "\nOld = " << *CI << "\nNew = " << *NewValue << "\n");
741
742         CI->replaceAllUsesWith(NewValue);
743         CI->eraseFromParent();
744         continue;
745       }
746       break;
747     }
748     case ARCInstKind::RetainRV:
749       if (OptimizeRetainRVCall(F, Inst))
750         continue;
751       break;
752     case ARCInstKind::AutoreleaseRV:
753       OptimizeAutoreleaseRVCall(F, Inst, Class);
754       break;
755     }
756
757     // objc_autorelease(x) -> objc_release(x) if x is otherwise unused.
758     if (IsAutorelease(Class) && Inst->use_empty()) {
759       CallInst *Call = cast<CallInst>(Inst);
760       const Value *Arg = Call->getArgOperand(0);
761       Arg = FindSingleUseIdentifiedObject(Arg);
762       if (Arg) {
763         Changed = true;
764         ++NumAutoreleases;
765
766         // Create the declaration lazily.
767         LLVMContext &C = Inst->getContext();
768
769         Constant *Decl = EP.get(ARCRuntimeEntryPointKind::Release);
770         CallInst *NewCall = CallInst::Create(Decl, Call->getArgOperand(0), "",
771                                              Call);
772         NewCall->setMetadata(MDKindCache.get(ARCMDKindID::ImpreciseRelease),
773                              MDNode::get(C, None));
774
775         DEBUG(dbgs() << "Replacing autorelease{,RV}(x) with objc_release(x) "
776               "since x is otherwise unused.\nOld: " << *Call << "\nNew: "
777               << *NewCall << "\n");
778
779         EraseInstruction(Call);
780         Inst = NewCall;
781         Class = ARCInstKind::Release;
782       }
783     }
784
785     // For functions which can never be passed stack arguments, add
786     // a tail keyword.
787     if (IsAlwaysTail(Class)) {
788       Changed = true;
789       DEBUG(dbgs() << "Adding tail keyword to function since it can never be "
790                       "passed stack args: " << *Inst << "\n");
791       cast<CallInst>(Inst)->setTailCall();
792     }
793
794     // Ensure that functions that can never have a "tail" keyword due to the
795     // semantics of ARC truly do not do so.
796     if (IsNeverTail(Class)) {
797       Changed = true;
798       DEBUG(dbgs() << "Removing tail keyword from function: " << *Inst <<
799             "\n");
800       cast<CallInst>(Inst)->setTailCall(false);
801     }
802
803     // Set nounwind as needed.
804     if (IsNoThrow(Class)) {
805       Changed = true;
806       DEBUG(dbgs() << "Found no throw class. Setting nounwind on: " << *Inst
807                    << "\n");
808       cast<CallInst>(Inst)->setDoesNotThrow();
809     }
810
811     if (!IsNoopOnNull(Class)) {
812       UsedInThisFunction |= 1 << unsigned(Class);
813       continue;
814     }
815
816     const Value *Arg = GetArgRCIdentityRoot(Inst);
817
818     // ARC calls with null are no-ops. Delete them.
819     if (IsNullOrUndef(Arg)) {
820       Changed = true;
821       ++NumNoops;
822       DEBUG(dbgs() << "ARC calls with  null are no-ops. Erasing: " << *Inst
823             << "\n");
824       EraseInstruction(Inst);
825       continue;
826     }
827
828     // Keep track of which of retain, release, autorelease, and retain_block
829     // are actually present in this function.
830     UsedInThisFunction |= 1 << unsigned(Class);
831
832     // If Arg is a PHI, and one or more incoming values to the
833     // PHI are null, and the call is control-equivalent to the PHI, and there
834     // are no relevant side effects between the PHI and the call, the call
835     // could be pushed up to just those paths with non-null incoming values.
836     // For now, don't bother splitting critical edges for this.
837     SmallVector<std::pair<Instruction *, const Value *>, 4> Worklist;
838     Worklist.push_back(std::make_pair(Inst, Arg));
839     do {
840       std::pair<Instruction *, const Value *> Pair = Worklist.pop_back_val();
841       Inst = Pair.first;
842       Arg = Pair.second;
843
844       const PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(Arg);
845       if (!PN) continue;
846
847       // Determine if the PHI has any null operands, or any incoming
848       // critical edges.
849       bool HasNull = false;
850       bool HasCriticalEdges = false;
851       for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
852         Value *Incoming =
853           GetRCIdentityRoot(PN->getIncomingValue(i));
854         if (IsNullOrUndef(Incoming))
855           HasNull = true;
856         else if (cast<TerminatorInst>(PN->getIncomingBlock(i)->back())
857                    .getNumSuccessors() != 1) {
858           HasCriticalEdges = true;
859           break;
860         }
861       }
862       // If we have null operands and no critical edges, optimize.
863       if (!HasCriticalEdges && HasNull) {
864         SmallPtrSet<Instruction *, 4> DependingInstructions;
865         SmallPtrSet<const BasicBlock *, 4> Visited;
866
867         // Check that there is nothing that cares about the reference
868         // count between the call and the phi.
869         switch (Class) {
870         case ARCInstKind::Retain:
871         case ARCInstKind::RetainBlock:
872           // These can always be moved up.
873           break;
874         case ARCInstKind::Release:
875           // These can't be moved across things that care about the retain
876           // count.
877           FindDependencies(NeedsPositiveRetainCount, Arg,
878                            Inst->getParent(), Inst,
879                            DependingInstructions, Visited, PA);
880           break;
881         case ARCInstKind::Autorelease:
882           // These can't be moved across autorelease pool scope boundaries.
883           FindDependencies(AutoreleasePoolBoundary, Arg,
884                            Inst->getParent(), Inst,
885                            DependingInstructions, Visited, PA);
886           break;
887         case ARCInstKind::RetainRV:
888         case ARCInstKind::AutoreleaseRV:
889           // Don't move these; the RV optimization depends on the autoreleaseRV
890           // being tail called, and the retainRV being immediately after a call
891           // (which might still happen if we get lucky with codegen layout, but
892           // it's not worth taking the chance).
893           continue;
894         default:
895           llvm_unreachable("Invalid dependence flavor");
896         }
897
898         if (DependingInstructions.size() == 1 &&
899             *DependingInstructions.begin() == PN) {
900           Changed = true;
901           ++NumPartialNoops;
902           // Clone the call into each predecessor that has a non-null value.
903           CallInst *CInst = cast<CallInst>(Inst);
904           Type *ParamTy = CInst->getArgOperand(0)->getType();
905           for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
906             Value *Incoming =
907               GetRCIdentityRoot(PN->getIncomingValue(i));
908             if (!IsNullOrUndef(Incoming)) {
909               CallInst *Clone = cast<CallInst>(CInst->clone());
910               Value *Op = PN->getIncomingValue(i);
911               Instruction *InsertPos = &PN->getIncomingBlock(i)->back();
912               if (Op->getType() != ParamTy)
913                 Op = new BitCastInst(Op, ParamTy, "", InsertPos);
914               Clone->setArgOperand(0, Op);
915               Clone->insertBefore(InsertPos);
916
917               DEBUG(dbgs() << "Cloning "
918                            << *CInst << "\n"
919                            "And inserting clone at " << *InsertPos << "\n");
920               Worklist.push_back(std::make_pair(Clone, Incoming));
921             }
922           }
923           // Erase the original call.
924           DEBUG(dbgs() << "Erasing: " << *CInst << "\n");
925           EraseInstruction(CInst);
926           continue;
927         }
928       }
929     } while (!Worklist.empty());
930   }
931 }
932
933 /// If we have a top down pointer in the S_Use state, make sure that there are
934 /// no CFG hazards by checking the states of various bottom up pointers.
935 static void CheckForUseCFGHazard(const Sequence SuccSSeq,
936                                  const bool SuccSRRIKnownSafe,
937                                  TopDownPtrState &S,
938                                  bool &SomeSuccHasSame,
939                                  bool &AllSuccsHaveSame,
940                                  bool &NotAllSeqEqualButKnownSafe,
941                                  bool &ShouldContinue) {
942   switch (SuccSSeq) {
943   case S_CanRelease: {
944     if (!S.IsKnownSafe() && !SuccSRRIKnownSafe) {
945       S.ClearSequenceProgress();
946       break;
947     }
948     S.SetCFGHazardAfflicted(true);
949     ShouldContinue = true;
950     break;
951   }
952   case S_Use:
953     SomeSuccHasSame = true;
954     break;
955   case S_Stop:
956   case S_Release:
957   case S_MovableRelease:
958     if (!S.IsKnownSafe() && !SuccSRRIKnownSafe)
959       AllSuccsHaveSame = false;
960     else
961       NotAllSeqEqualButKnownSafe = true;
962     break;
963   case S_Retain:
964     llvm_unreachable("bottom-up pointer in retain state!");
965   case S_None:
966     llvm_unreachable("This should have been handled earlier.");
967   }
968 }
969
970 /// If we have a Top Down pointer in the S_CanRelease state, make sure that
971 /// there are no CFG hazards by checking the states of various bottom up
972 /// pointers.
973 static void CheckForCanReleaseCFGHazard(const Sequence SuccSSeq,
974                                         const bool SuccSRRIKnownSafe,
975                                         TopDownPtrState &S,
976                                         bool &SomeSuccHasSame,
977                                         bool &AllSuccsHaveSame,
978                                         bool &NotAllSeqEqualButKnownSafe) {
979   switch (SuccSSeq) {
980   case S_CanRelease:
981     SomeSuccHasSame = true;
982     break;
983   case S_Stop:
984   case S_Release:
985   case S_MovableRelease:
986   case S_Use:
987     if (!S.IsKnownSafe() && !SuccSRRIKnownSafe)
988       AllSuccsHaveSame = false;
989     else
990       NotAllSeqEqualButKnownSafe = true;
991     break;
992   case S_Retain:
993     llvm_unreachable("bottom-up pointer in retain state!");
994   case S_None:
995     llvm_unreachable("This should have been handled earlier.");
996   }
997 }
998
999 /// Check for critical edges, loop boundaries, irreducible control flow, or
1000 /// other CFG structures where moving code across the edge would result in it
1001 /// being executed more.
1002 void
1003 ObjCARCOpt::CheckForCFGHazards(const BasicBlock *BB,
1004                                DenseMap<const BasicBlock *, BBState> &BBStates,
1005                                BBState &MyStates) const {
1006   // If any top-down local-use or possible-dec has a succ which is earlier in
1007   // the sequence, forget it.
1008   for (auto I = MyStates.top_down_ptr_begin(), E = MyStates.top_down_ptr_end();
1009        I != E; ++I) {
1010     TopDownPtrState &S = I->second;
1011     const Sequence Seq = I->second.GetSeq();
1012
1013     // We only care about S_Retain, S_CanRelease, and S_Use.
1014     if (Seq == S_None)
1015       continue;
1016
1017     // Make sure that if extra top down states are added in the future that this
1018     // code is updated to handle it.
1019     assert((Seq == S_Retain || Seq == S_CanRelease || Seq == S_Use) &&
1020            "Unknown top down sequence state.");
1021
1022     const Value *Arg = I->first;
1023     const TerminatorInst *TI = cast<TerminatorInst>(&BB->back());
1024     bool SomeSuccHasSame = false;
1025     bool AllSuccsHaveSame = true;
1026     bool NotAllSeqEqualButKnownSafe = false;
1027
1028     succ_const_iterator SI(TI), SE(TI, false);
1029
1030     for (; SI != SE; ++SI) {
1031       // If VisitBottomUp has pointer information for this successor, take
1032       // what we know about it.
1033       const DenseMap<const BasicBlock *, BBState>::iterator BBI =
1034         BBStates.find(*SI);
1035       assert(BBI != BBStates.end());
1036       const BottomUpPtrState &SuccS = BBI->second.getPtrBottomUpState(Arg);
1037       const Sequence SuccSSeq = SuccS.GetSeq();
1038
1039       // If bottom up, the pointer is in an S_None state, clear the sequence
1040       // progress since the sequence in the bottom up state finished
1041       // suggesting a mismatch in between retains/releases. This is true for
1042       // all three cases that we are handling here: S_Retain, S_Use, and
1043       // S_CanRelease.
1044       if (SuccSSeq == S_None) {
1045         S.ClearSequenceProgress();
1046         continue;
1047       }
1048
1049       // If we have S_Use or S_CanRelease, perform our check for cfg hazard
1050       // checks.
1051       const bool SuccSRRIKnownSafe = SuccS.IsKnownSafe();
1052
1053       // *NOTE* We do not use Seq from above here since we are allowing for
1054       // S.GetSeq() to change while we are visiting basic blocks.
1055       switch(S.GetSeq()) {
1056       case S_Use: {
1057         bool ShouldContinue = false;
1058         CheckForUseCFGHazard(SuccSSeq, SuccSRRIKnownSafe, S, SomeSuccHasSame,
1059                              AllSuccsHaveSame, NotAllSeqEqualButKnownSafe,
1060                              ShouldContinue);
1061         if (ShouldContinue)
1062           continue;
1063         break;
1064       }
1065       case S_CanRelease: {
1066         CheckForCanReleaseCFGHazard(SuccSSeq, SuccSRRIKnownSafe, S,
1067                                     SomeSuccHasSame, AllSuccsHaveSame,
1068                                     NotAllSeqEqualButKnownSafe);
1069         break;
1070       }
1071       case S_Retain:
1072       case S_None:
1073       case S_Stop:
1074       case S_Release:
1075       case S_MovableRelease:
1076         break;
1077       }
1078     }
1079
1080     // If the state at the other end of any of the successor edges
1081     // matches the current state, require all edges to match. This
1082     // guards against loops in the middle of a sequence.
1083     if (SomeSuccHasSame && !AllSuccsHaveSame) {
1084       S.ClearSequenceProgress();
1085     } else if (NotAllSeqEqualButKnownSafe) {
1086       // If we would have cleared the state foregoing the fact that we are known
1087       // safe, stop code motion. This is because whether or not it is safe to
1088       // remove RR pairs via KnownSafe is an orthogonal concept to whether we
1089       // are allowed to perform code motion.
1090       S.SetCFGHazardAfflicted(true);
1091     }
1092   }
1093 }
1094
1095 bool ObjCARCOpt::VisitInstructionBottomUp(
1096     Instruction *Inst, BasicBlock *BB, BlotMapVector<Value *, RRInfo> &Retains,
1097     BBState &MyStates) {
1098   bool NestingDetected = false;
1099   ARCInstKind Class = GetARCInstKind(Inst);
1100   const Value *Arg = nullptr;
1101
1102   DEBUG(dbgs() << "        Class: " << Class << "\n");
1103
1104   switch (Class) {
1105   case ARCInstKind::Release: {
1106     Arg = GetArgRCIdentityRoot(Inst);
1107
1108     BottomUpPtrState &S = MyStates.getPtrBottomUpState(Arg);
1109     NestingDetected |= S.InitBottomUp(MDKindCache, Inst);
1110     break;
1111   }
1112   case ARCInstKind::RetainBlock:
1113     // In OptimizeIndividualCalls, we have strength reduced all optimizable
1114     // objc_retainBlocks to objc_retains. Thus at this point any
1115     // objc_retainBlocks that we see are not optimizable.
1116     break;
1117   case ARCInstKind::Retain:
1118   case ARCInstKind::RetainRV: {
1119     Arg = GetArgRCIdentityRoot(Inst);
1120     BottomUpPtrState &S = MyStates.getPtrBottomUpState(Arg);
1121     if (S.MatchWithRetain()) {
1122       // Don't do retain+release tracking for ARCInstKind::RetainRV, because
1123       // it's better to let it remain as the first instruction after a call.
1124       if (Class != ARCInstKind::RetainRV) {
1125         DEBUG(llvm::dbgs() << "        Matching with: " << *Inst << "\n");
1126         Retains[Inst] = S.GetRRInfo();
1127       }
1128       S.ClearSequenceProgress();
1129     }
1130     // A retain moving bottom up can be a use.
1131     break;
1132   }
1133   case ARCInstKind::AutoreleasepoolPop:
1134     // Conservatively, clear MyStates for all known pointers.
1135     MyStates.clearBottomUpPointers();
1136     return NestingDetected;
1137   case ARCInstKind::AutoreleasepoolPush:
1138   case ARCInstKind::None:
1139     // These are irrelevant.
1140     return NestingDetected;
1141   case ARCInstKind::User:
1142     // If we have a store into an alloca of a pointer we are tracking, the
1143     // pointer has multiple owners implying that we must be more conservative.
1144     //
1145     // This comes up in the context of a pointer being ``KnownSafe''. In the
1146     // presence of a block being initialized, the frontend will emit the
1147     // objc_retain on the original pointer and the release on the pointer loaded
1148     // from the alloca. The optimizer will through the provenance analysis
1149     // realize that the two are related, but since we only require KnownSafe in
1150     // one direction, will match the inner retain on the original pointer with
1151     // the guard release on the original pointer. This is fixed by ensuring that
1152     // in the presence of allocas we only unconditionally remove pointers if
1153     // both our retain and our release are KnownSafe.
1154     if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Inst)) {
1155       const DataLayout &DL = BB->getModule()->getDataLayout();
1156       if (AreAnyUnderlyingObjectsAnAlloca(SI->getPointerOperand(), DL)) {
1157         auto I = MyStates.findPtrBottomUpState(
1158             GetRCIdentityRoot(SI->getValueOperand()));
1159         if (I != MyStates.bottom_up_ptr_end())
1160           MultiOwnersSet.insert(I->first);
1161       }
1162     }
1163     break;
1164   default:
1165     break;
1166   }
1167
1168   // Consider any other possible effects of this instruction on each
1169   // pointer being tracked.
1170   for (auto MI = MyStates.bottom_up_ptr_begin(),
1171             ME = MyStates.bottom_up_ptr_end();
1172        MI != ME; ++MI) {
1173     const Value *Ptr = MI->first;
1174     if (Ptr == Arg)
1175       continue; // Handled above.
1176     BottomUpPtrState &S = MI->second;
1177
1178     if (S.HandlePotentialAlterRefCount(Inst, Ptr, PA, Class))
1179       continue;
1180
1181     S.HandlePotentialUse(BB, Inst, Ptr, PA, Class);
1182   }
1183
1184   return NestingDetected;
1185 }
1186
1187 bool ObjCARCOpt::VisitBottomUp(BasicBlock *BB,
1188                                DenseMap<const BasicBlock *, BBState> &BBStates,
1189                                BlotMapVector<Value *, RRInfo> &Retains) {
1190
1191   DEBUG(dbgs() << "\n== ObjCARCOpt::VisitBottomUp ==\n");
1192
1193   bool NestingDetected = false;
1194   BBState &MyStates = BBStates[BB];
1195
1196   // Merge the states from each successor to compute the initial state
1197   // for the current block.
1198   BBState::edge_iterator SI(MyStates.succ_begin()),
1199                          SE(MyStates.succ_end());
1200   if (SI != SE) {
1201     const BasicBlock *Succ = *SI;
1202     DenseMap<const BasicBlock *, BBState>::iterator I = BBStates.find(Succ);
1203     assert(I != BBStates.end());
1204     MyStates.InitFromSucc(I->second);
1205     ++SI;
1206     for (; SI != SE; ++SI) {
1207       Succ = *SI;
1208       I = BBStates.find(Succ);
1209       assert(I != BBStates.end());
1210       MyStates.MergeSucc(I->second);
1211     }
1212   }
1213
1214   DEBUG(llvm::dbgs() << "Before:\n" << BBStates[BB] << "\n"
1215                      << "Performing Dataflow:\n");
1216
1217   // Visit all the instructions, bottom-up.
1218   for (BasicBlock::iterator I = BB->end(), E = BB->begin(); I != E; --I) {
1219     Instruction *Inst = std::prev(I);
1220
1221     // Invoke instructions are visited as part of their successors (below).
1222     if (isa<InvokeInst>(Inst))
1223       continue;
1224
1225     DEBUG(dbgs() << "    Visiting " << *Inst << "\n");
1226
1227     NestingDetected |= VisitInstructionBottomUp(Inst, BB, Retains, MyStates);
1228   }
1229
1230   // If there's a predecessor with an invoke, visit the invoke as if it were
1231   // part of this block, since we can't insert code after an invoke in its own
1232   // block, and we don't want to split critical edges.
1233   for (BBState::edge_iterator PI(MyStates.pred_begin()),
1234        PE(MyStates.pred_end()); PI != PE; ++PI) {
1235     BasicBlock *Pred = *PI;
1236     if (InvokeInst *II = dyn_cast<InvokeInst>(&Pred->back()))
1237       NestingDetected |= VisitInstructionBottomUp(II, BB, Retains, MyStates);
1238   }
1239
1240   DEBUG(llvm::dbgs() << "\nFinal State:\n" << BBStates[BB] << "\n");
1241
1242   return NestingDetected;
1243 }
1244
1245 bool
1246 ObjCARCOpt::VisitInstructionTopDown(Instruction *Inst,
1247                                     DenseMap<Value *, RRInfo> &Releases,
1248                                     BBState &MyStates) {
1249   bool NestingDetected = false;
1250   ARCInstKind Class = GetARCInstKind(Inst);
1251   const Value *Arg = nullptr;
1252
1253   DEBUG(llvm::dbgs() << "        Class: " << Class << "\n");
1254
1255   switch (Class) {
1256   case ARCInstKind::RetainBlock:
1257     // In OptimizeIndividualCalls, we have strength reduced all optimizable
1258     // objc_retainBlocks to objc_retains. Thus at this point any
1259     // objc_retainBlocks that we see are not optimizable. We need to break since
1260     // a retain can be a potential use.
1261     break;
1262   case ARCInstKind::Retain:
1263   case ARCInstKind::RetainRV: {
1264     Arg = GetArgRCIdentityRoot(Inst);
1265     TopDownPtrState &S = MyStates.getPtrTopDownState(Arg);
1266     NestingDetected |= S.InitTopDown(Class, Inst);
1267     // A retain can be a potential use; proceed to the generic checking
1268     // code below.
1269     break;
1270   }
1271   case ARCInstKind::Release: {
1272     Arg = GetArgRCIdentityRoot(Inst);
1273     TopDownPtrState &S = MyStates.getPtrTopDownState(Arg);
1274     // Try to form a tentative pair in between this release instruction and the
1275     // top down pointers that we are tracking.
1276     if (S.MatchWithRelease(MDKindCache, Inst)) {
1277       // If we succeed, copy S's RRInfo into the Release -> {Retain Set
1278       // Map}. Then we clear S.
1279       DEBUG(llvm::dbgs() << "        Matching with: " << *Inst << "\n");
1280       Releases[Inst] = S.GetRRInfo();
1281       S.ClearSequenceProgress();
1282     }
1283     break;
1284   }
1285   case ARCInstKind::AutoreleasepoolPop:
1286     // Conservatively, clear MyStates for all known pointers.
1287     MyStates.clearTopDownPointers();
1288     return false;
1289   case ARCInstKind::AutoreleasepoolPush:
1290   case ARCInstKind::None:
1291     // These can not be uses of
1292     return false;
1293   default:
1294     break;
1295   }
1296
1297   // Consider any other possible effects of this instruction on each
1298   // pointer being tracked.
1299   for (auto MI = MyStates.top_down_ptr_begin(),
1300             ME = MyStates.top_down_ptr_end();
1301        MI != ME; ++MI) {
1302     const Value *Ptr = MI->first;
1303     if (Ptr == Arg)
1304       continue; // Handled above.
1305     TopDownPtrState &S = MI->second;
1306     if (S.HandlePotentialAlterRefCount(Inst, Ptr, PA, Class))
1307       continue;
1308
1309     S.HandlePotentialUse(Inst, Ptr, PA, Class);
1310   }
1311
1312   return NestingDetected;
1313 }
1314
1315 bool
1316 ObjCARCOpt::VisitTopDown(BasicBlock *BB,
1317                          DenseMap<const BasicBlock *, BBState> &BBStates,
1318                          DenseMap<Value *, RRInfo> &Releases) {
1319   DEBUG(dbgs() << "\n== ObjCARCOpt::VisitTopDown ==\n");
1320   bool NestingDetected = false;
1321   BBState &MyStates = BBStates[BB];
1322
1323   // Merge the states from each predecessor to compute the initial state
1324   // for the current block.
1325   BBState::edge_iterator PI(MyStates.pred_begin()),
1326                          PE(MyStates.pred_end());
1327   if (PI != PE) {
1328     const BasicBlock *Pred = *PI;
1329     DenseMap<const BasicBlock *, BBState>::iterator I = BBStates.find(Pred);
1330     assert(I != BBStates.end());
1331     MyStates.InitFromPred(I->second);
1332     ++PI;
1333     for (; PI != PE; ++PI) {
1334       Pred = *PI;
1335       I = BBStates.find(Pred);
1336       assert(I != BBStates.end());
1337       MyStates.MergePred(I->second);
1338     }
1339   }
1340
1341   DEBUG(llvm::dbgs() << "Before:\n" << BBStates[BB]  << "\n"
1342                      << "Performing Dataflow:\n");
1343
1344   // Visit all the instructions, top-down.
1345   for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(), E = BB->end(); I != E; ++I) {
1346     Instruction *Inst = I;
1347
1348     DEBUG(dbgs() << "    Visiting " << *Inst << "\n");
1349
1350     NestingDetected |= VisitInstructionTopDown(Inst, Releases, MyStates);
1351   }
1352
1353   DEBUG(llvm::dbgs() << "\nState Before Checking for CFG Hazards:\n"
1354                      << BBStates[BB] << "\n\n");
1355   CheckForCFGHazards(BB, BBStates, MyStates);
1356   DEBUG(llvm::dbgs() << "Final State:\n" << BBStates[BB] << "\n");
1357   return NestingDetected;
1358 }
1359
1360 static void
1361 ComputePostOrders(Function &F,
1362                   SmallVectorImpl<BasicBlock *> &PostOrder,
1363                   SmallVectorImpl<BasicBlock *> &ReverseCFGPostOrder,
1364                   unsigned NoObjCARCExceptionsMDKind,
1365                   DenseMap<const BasicBlock *, BBState> &BBStates) {
1366   /// The visited set, for doing DFS walks.
1367   SmallPtrSet<BasicBlock *, 16> Visited;
1368
1369   // Do DFS, computing the PostOrder.
1370   SmallPtrSet<BasicBlock *, 16> OnStack;
1371   SmallVector<std::pair<BasicBlock *, succ_iterator>, 16> SuccStack;
1372
1373   // Functions always have exactly one entry block, and we don't have
1374   // any other block that we treat like an entry block.
1375   BasicBlock *EntryBB = &F.getEntryBlock();
1376   BBState &MyStates = BBStates[EntryBB];
1377   MyStates.SetAsEntry();
1378   TerminatorInst *EntryTI = cast<TerminatorInst>(&EntryBB->back());
1379   SuccStack.push_back(std::make_pair(EntryBB, succ_iterator(EntryTI)));
1380   Visited.insert(EntryBB);
1381   OnStack.insert(EntryBB);
1382   do {
1383   dfs_next_succ:
1384     BasicBlock *CurrBB = SuccStack.back().first;
1385     TerminatorInst *TI = cast<TerminatorInst>(&CurrBB->back());
1386     succ_iterator SE(TI, false);
1387
1388     while (SuccStack.back().second != SE) {
1389       BasicBlock *SuccBB = *SuccStack.back().second++;
1390       if (Visited.insert(SuccBB).second) {
1391         TerminatorInst *TI = cast<TerminatorInst>(&SuccBB->back());
1392         SuccStack.push_back(std::make_pair(SuccBB, succ_iterator(TI)));
1393         BBStates[CurrBB].addSucc(SuccBB);
1394         BBState &SuccStates = BBStates[SuccBB];
1395         SuccStates.addPred(CurrBB);
1396         OnStack.insert(SuccBB);
1397         goto dfs_next_succ;
1398       }
1399
1400       if (!OnStack.count(SuccBB)) {
1401         BBStates[CurrBB].addSucc(SuccBB);
1402         BBStates[SuccBB].addPred(CurrBB);
1403       }
1404     }
1405     OnStack.erase(CurrBB);
1406     PostOrder.push_back(CurrBB);
1407     SuccStack.pop_back();
1408   } while (!SuccStack.empty());
1409
1410   Visited.clear();
1411
1412   // Do reverse-CFG DFS, computing the reverse-CFG PostOrder.
1413   // Functions may have many exits, and there also blocks which we treat
1414   // as exits due to ignored edges.
1415   SmallVector<std::pair<BasicBlock *, BBState::edge_iterator>, 16> PredStack;
1416   for (Function::iterator I = F.begin(), E = F.end(); I != E; ++I) {
1417     BasicBlock *ExitBB = I;
1418     BBState &MyStates = BBStates[ExitBB];
1419     if (!MyStates.isExit())
1420       continue;
1421
1422     MyStates.SetAsExit();
1423
1424     PredStack.push_back(std::make_pair(ExitBB, MyStates.pred_begin()));
1425     Visited.insert(ExitBB);
1426     while (!PredStack.empty()) {
1427     reverse_dfs_next_succ:
1428       BBState::edge_iterator PE = BBStates[PredStack.back().first].pred_end();
1429       while (PredStack.back().second != PE) {
1430         BasicBlock *BB = *PredStack.back().second++;
1431         if (Visited.insert(BB).second) {
1432           PredStack.push_back(std::make_pair(BB, BBStates[BB].pred_begin()));
1433           goto reverse_dfs_next_succ;
1434         }
1435       }
1436       ReverseCFGPostOrder.push_back(PredStack.pop_back_val().first);
1437     }
1438   }
1439 }
1440
1441 // Visit the function both top-down and bottom-up.
1442 bool ObjCARCOpt::Visit(Function &F,
1443                        DenseMap<const BasicBlock *, BBState> &BBStates,
1444                        BlotMapVector<Value *, RRInfo> &Retains,
1445                        DenseMap<Value *, RRInfo> &Releases) {
1446
1447   // Use reverse-postorder traversals, because we magically know that loops
1448   // will be well behaved, i.e. they won't repeatedly call retain on a single
1449   // pointer without doing a release. We can't use the ReversePostOrderTraversal
1450   // class here because we want the reverse-CFG postorder to consider each
1451   // function exit point, and we want to ignore selected cycle edges.
1452   SmallVector<BasicBlock *, 16> PostOrder;
1453   SmallVector<BasicBlock *, 16> ReverseCFGPostOrder;
1454   ComputePostOrders(F, PostOrder, ReverseCFGPostOrder,
1455                     MDKindCache.get(ARCMDKindID::NoObjCARCExceptions),
1456                     BBStates);
1457
1458   // Use reverse-postorder on the reverse CFG for bottom-up.
1459   bool BottomUpNestingDetected = false;
1460   for (SmallVectorImpl<BasicBlock *>::const_reverse_iterator I =
1461        ReverseCFGPostOrder.rbegin(), E = ReverseCFGPostOrder.rend();
1462        I != E; ++I)
1463     BottomUpNestingDetected |= VisitBottomUp(*I, BBStates, Retains);
1464
1465   // Use reverse-postorder for top-down.
1466   bool TopDownNestingDetected = false;
1467   for (SmallVectorImpl<BasicBlock *>::const_reverse_iterator I =
1468        PostOrder.rbegin(), E = PostOrder.rend();
1469        I != E; ++I)
1470     TopDownNestingDetected |= VisitTopDown(*I, BBStates, Releases);
1471
1472   return TopDownNestingDetected && BottomUpNestingDetected;
1473 }
1474
1475 /// Move the calls in RetainsToMove and ReleasesToMove.
1476 void ObjCARCOpt::MoveCalls(Value *Arg, RRInfo &RetainsToMove,
1477                            RRInfo &ReleasesToMove,
1478                            BlotMapVector<Value *, RRInfo> &Retains,
1479                            DenseMap<Value *, RRInfo> &Releases,
1480                            SmallVectorImpl<Instruction *> &DeadInsts,
1481                            Module *M) {
1482   Type *ArgTy = Arg->getType();
1483   Type *ParamTy = PointerType::getUnqual(Type::getInt8Ty(ArgTy->getContext()));
1484
1485   DEBUG(dbgs() << "== ObjCARCOpt::MoveCalls ==\n");
1486
1487   // Insert the new retain and release calls.
1488   for (Instruction *InsertPt : ReleasesToMove.ReverseInsertPts) {
1489     Value *MyArg = ArgTy == ParamTy ? Arg :
1490                    new BitCastInst(Arg, ParamTy, "", InsertPt);
1491     Constant *Decl = EP.get(ARCRuntimeEntryPointKind::Retain);
1492     CallInst *Call = CallInst::Create(Decl, MyArg, "", InsertPt);
1493     Call->setDoesNotThrow();
1494     Call->setTailCall();
1495
1496     DEBUG(dbgs() << "Inserting new Retain: " << *Call << "\n"
1497                     "At insertion point: " << *InsertPt << "\n");
1498   }
1499   for (Instruction *InsertPt : RetainsToMove.ReverseInsertPts) {
1500     Value *MyArg = ArgTy == ParamTy ? Arg :
1501                    new BitCastInst(Arg, ParamTy, "", InsertPt);
1502     Constant *Decl = EP.get(ARCRuntimeEntryPointKind::Release);
1503     CallInst *Call = CallInst::Create(Decl, MyArg, "", InsertPt);
1504     // Attach a clang.imprecise_release metadata tag, if appropriate.
1505     if (MDNode *M = ReleasesToMove.ReleaseMetadata)
1506       Call->setMetadata(MDKindCache.get(ARCMDKindID::ImpreciseRelease), M);
1507     Call->setDoesNotThrow();
1508     if (ReleasesToMove.IsTailCallRelease)
1509       Call->setTailCall();
1510
1511     DEBUG(dbgs() << "Inserting new Release: " << *Call << "\n"
1512                     "At insertion point: " << *InsertPt << "\n");
1513   }
1514
1515   // Delete the original retain and release calls.
1516   for (Instruction *OrigRetain : RetainsToMove.Calls) {
1517     Retains.blot(OrigRetain);
1518     DeadInsts.push_back(OrigRetain);
1519     DEBUG(dbgs() << "Deleting retain: " << *OrigRetain << "\n");
1520   }
1521   for (Instruction *OrigRelease : ReleasesToMove.Calls) {
1522     Releases.erase(OrigRelease);
1523     DeadInsts.push_back(OrigRelease);
1524     DEBUG(dbgs() << "Deleting release: " << *OrigRelease << "\n");
1525   }
1526
1527 }
1528
1529 bool ObjCARCOpt::PairUpRetainsAndReleases(
1530     DenseMap<const BasicBlock *, BBState> &BBStates,
1531     BlotMapVector<Value *, RRInfo> &Retains,
1532     DenseMap<Value *, RRInfo> &Releases, Module *M,
1533     SmallVectorImpl<Instruction *> &NewRetains,
1534     SmallVectorImpl<Instruction *> &NewReleases,
1535     SmallVectorImpl<Instruction *> &DeadInsts, RRInfo &RetainsToMove,
1536     RRInfo &ReleasesToMove, Value *Arg, bool KnownSafe,
1537     bool &AnyPairsCompletelyEliminated) {
1538   // If a pair happens in a region where it is known that the reference count
1539   // is already incremented, we can similarly ignore possible decrements unless
1540   // we are dealing with a retainable object with multiple provenance sources.
1541   bool KnownSafeTD = true, KnownSafeBU = true;
1542   bool MultipleOwners = false;
1543   bool CFGHazardAfflicted = false;
1544
1545   // Connect the dots between the top-down-collected RetainsToMove and
1546   // bottom-up-collected ReleasesToMove to form sets of related calls.
1547   // This is an iterative process so that we connect multiple releases
1548   // to multiple retains if needed.
1549   unsigned OldDelta = 0;
1550   unsigned NewDelta = 0;
1551   unsigned OldCount = 0;
1552   unsigned NewCount = 0;
1553   bool FirstRelease = true;
1554   for (;;) {
1555     for (SmallVectorImpl<Instruction *>::const_iterator
1556            NI = NewRetains.begin(), NE = NewRetains.end(); NI != NE; ++NI) {
1557       Instruction *NewRetain = *NI;
1558       auto It = Retains.find(NewRetain);
1559       assert(It != Retains.end());
1560       const RRInfo &NewRetainRRI = It->second;
1561       KnownSafeTD &= NewRetainRRI.KnownSafe;
1562       MultipleOwners =
1563         MultipleOwners || MultiOwnersSet.count(GetArgRCIdentityRoot(NewRetain));
1564       for (Instruction *NewRetainRelease : NewRetainRRI.Calls) {
1565         auto Jt = Releases.find(NewRetainRelease);
1566         if (Jt == Releases.end())
1567           return false;
1568         const RRInfo &NewRetainReleaseRRI = Jt->second;
1569
1570         // If the release does not have a reference to the retain as well,
1571         // something happened which is unaccounted for. Do not do anything.
1572         //
1573         // This can happen if we catch an additive overflow during path count
1574         // merging.
1575         if (!NewRetainReleaseRRI.Calls.count(NewRetain))
1576           return false;
1577
1578         if (ReleasesToMove.Calls.insert(NewRetainRelease).second) {
1579
1580           // If we overflow when we compute the path count, don't remove/move
1581           // anything.
1582           const BBState &NRRBBState = BBStates[NewRetainRelease->getParent()];
1583           unsigned PathCount = BBState::OverflowOccurredValue;
1584           if (NRRBBState.GetAllPathCountWithOverflow(PathCount))
1585             return false;
1586           assert(PathCount != BBState::OverflowOccurredValue &&
1587                  "PathCount at this point can not be "
1588                  "OverflowOccurredValue.");
1589           OldDelta -= PathCount;
1590
1591           // Merge the ReleaseMetadata and IsTailCallRelease values.
1592           if (FirstRelease) {
1593             ReleasesToMove.ReleaseMetadata =
1594               NewRetainReleaseRRI.ReleaseMetadata;
1595             ReleasesToMove.IsTailCallRelease =
1596               NewRetainReleaseRRI.IsTailCallRelease;
1597             FirstRelease = false;
1598           } else {
1599             if (ReleasesToMove.ReleaseMetadata !=
1600                 NewRetainReleaseRRI.ReleaseMetadata)
1601               ReleasesToMove.ReleaseMetadata = nullptr;
1602             if (ReleasesToMove.IsTailCallRelease !=
1603                 NewRetainReleaseRRI.IsTailCallRelease)
1604               ReleasesToMove.IsTailCallRelease = false;
1605           }
1606
1607           // Collect the optimal insertion points.
1608           if (!KnownSafe)
1609             for (Instruction *RIP : NewRetainReleaseRRI.ReverseInsertPts) {
1610               if (ReleasesToMove.ReverseInsertPts.insert(RIP).second) {
1611                 // If we overflow when we compute the path count, don't
1612                 // remove/move anything.
1613                 const BBState &RIPBBState = BBStates[RIP->getParent()];
1614                 PathCount = BBState::OverflowOccurredValue;
1615                 if (RIPBBState.GetAllPathCountWithOverflow(PathCount))
1616                   return false;
1617                 assert(PathCount != BBState::OverflowOccurredValue &&
1618                        "PathCount at this point can not be "
1619                        "OverflowOccurredValue.");
1620                 NewDelta -= PathCount;
1621               }
1622             }
1623           NewReleases.push_back(NewRetainRelease);
1624         }
1625       }
1626     }
1627     NewRetains.clear();
1628     if (NewReleases.empty()) break;
1629
1630     // Back the other way.
1631     for (SmallVectorImpl<Instruction *>::const_iterator
1632            NI = NewReleases.begin(), NE = NewReleases.end(); NI != NE; ++NI) {
1633       Instruction *NewRelease = *NI;
1634       auto It = Releases.find(NewRelease);
1635       assert(It != Releases.end());
1636       const RRInfo &NewReleaseRRI = It->second;
1637       KnownSafeBU &= NewReleaseRRI.KnownSafe;
1638       CFGHazardAfflicted |= NewReleaseRRI.CFGHazardAfflicted;
1639       for (Instruction *NewReleaseRetain : NewReleaseRRI.Calls) {
1640         auto Jt = Retains.find(NewReleaseRetain);
1641         if (Jt == Retains.end())
1642           return false;
1643         const RRInfo &NewReleaseRetainRRI = Jt->second;
1644
1645         // If the retain does not have a reference to the release as well,
1646         // something happened which is unaccounted for. Do not do anything.
1647         //
1648         // This can happen if we catch an additive overflow during path count
1649         // merging.
1650         if (!NewReleaseRetainRRI.Calls.count(NewRelease))
1651           return false;
1652
1653         if (RetainsToMove.Calls.insert(NewReleaseRetain).second) {
1654           // If we overflow when we compute the path count, don't remove/move
1655           // anything.
1656           const BBState &NRRBBState = BBStates[NewReleaseRetain->getParent()];
1657           unsigned PathCount = BBState::OverflowOccurredValue;
1658           if (NRRBBState.GetAllPathCountWithOverflow(PathCount))
1659             return false;
1660           assert(PathCount != BBState::OverflowOccurredValue &&
1661                  "PathCount at this point can not be "
1662                  "OverflowOccurredValue.");
1663           OldDelta += PathCount;
1664           OldCount += PathCount;
1665
1666           // Collect the optimal insertion points.
1667           if (!KnownSafe)
1668             for (Instruction *RIP : NewReleaseRetainRRI.ReverseInsertPts) {
1669               if (RetainsToMove.ReverseInsertPts.insert(RIP).second) {
1670                 // If we overflow when we compute the path count, don't
1671                 // remove/move anything.
1672                 const BBState &RIPBBState = BBStates[RIP->getParent()];
1673
1674                 PathCount = BBState::OverflowOccurredValue;
1675                 if (RIPBBState.GetAllPathCountWithOverflow(PathCount))
1676                   return false;
1677                 assert(PathCount != BBState::OverflowOccurredValue &&
1678                        "PathCount at this point can not be "
1679                        "OverflowOccurredValue.");
1680                 NewDelta += PathCount;
1681                 NewCount += PathCount;
1682               }
1683             }
1684           NewRetains.push_back(NewReleaseRetain);
1685         }
1686       }
1687     }
1688     NewReleases.clear();
1689     if (NewRetains.empty()) break;
1690   }
1691
1692   // We can only remove pointers if we are known safe in both directions.
1693   bool UnconditionallySafe = KnownSafeTD && KnownSafeBU;
1694   if (UnconditionallySafe) {
1695     RetainsToMove.ReverseInsertPts.clear();
1696     ReleasesToMove.ReverseInsertPts.clear();
1697     NewCount = 0;
1698   } else {
1699     // Determine whether the new insertion points we computed preserve the
1700     // balance of retain and release calls through the program.
1701     // TODO: If the fully aggressive solution isn't valid, try to find a
1702     // less aggressive solution which is.
1703     if (NewDelta != 0)
1704       return false;
1705
1706     // At this point, we are not going to remove any RR pairs, but we still are
1707     // able to move RR pairs. If one of our pointers is afflicted with
1708     // CFGHazards, we cannot perform such code motion so exit early.
1709     const bool WillPerformCodeMotion = RetainsToMove.ReverseInsertPts.size() ||
1710       ReleasesToMove.ReverseInsertPts.size();
1711     if (CFGHazardAfflicted && WillPerformCodeMotion)
1712       return false;
1713   }
1714
1715   // Determine whether the original call points are balanced in the retain and
1716   // release calls through the program. If not, conservatively don't touch
1717   // them.
1718   // TODO: It's theoretically possible to do code motion in this case, as
1719   // long as the existing imbalances are maintained.
1720   if (OldDelta != 0)
1721     return false;
1722
1723   Changed = true;
1724   assert(OldCount != 0 && "Unreachable code?");
1725   NumRRs += OldCount - NewCount;
1726   // Set to true if we completely removed any RR pairs.
1727   AnyPairsCompletelyEliminated = NewCount == 0;
1728
1729   // We can move calls!
1730   return true;
1731 }
1732
1733 /// Identify pairings between the retains and releases, and delete and/or move
1734 /// them.
1735 bool ObjCARCOpt::PerformCodePlacement(
1736     DenseMap<const BasicBlock *, BBState> &BBStates,
1737     BlotMapVector<Value *, RRInfo> &Retains,
1738     DenseMap<Value *, RRInfo> &Releases, Module *M) {
1739   DEBUG(dbgs() << "\n== ObjCARCOpt::PerformCodePlacement ==\n");
1740
1741   bool AnyPairsCompletelyEliminated = false;
1742   RRInfo RetainsToMove;
1743   RRInfo ReleasesToMove;
1744   SmallVector<Instruction *, 4> NewRetains;
1745   SmallVector<Instruction *, 4> NewReleases;
1746   SmallVector<Instruction *, 8> DeadInsts;
1747
1748   // Visit each retain.
1749   for (BlotMapVector<Value *, RRInfo>::const_iterator I = Retains.begin(),
1750                                                       E = Retains.end();
1751        I != E; ++I) {
1752     Value *V = I->first;
1753     if (!V) continue; // blotted
1754
1755     Instruction *Retain = cast<Instruction>(V);
1756
1757     DEBUG(dbgs() << "Visiting: " << *Retain << "\n");
1758
1759     Value *Arg = GetArgRCIdentityRoot(Retain);
1760
1761     // If the object being released is in static or stack storage, we know it's
1762     // not being managed by ObjC reference counting, so we can delete pairs
1763     // regardless of what possible decrements or uses lie between them.
1764     bool KnownSafe = isa<Constant>(Arg) || isa<AllocaInst>(Arg);
1765
1766     // A constant pointer can't be pointing to an object on the heap. It may
1767     // be reference-counted, but it won't be deleted.
1768     if (const LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(Arg))
1769       if (const GlobalVariable *GV =
1770             dyn_cast<GlobalVariable>(
1771               GetRCIdentityRoot(LI->getPointerOperand())))
1772         if (GV->isConstant())
1773           KnownSafe = true;
1774
1775     // Connect the dots between the top-down-collected RetainsToMove and
1776     // bottom-up-collected ReleasesToMove to form sets of related calls.
1777     NewRetains.push_back(Retain);
1778     bool PerformMoveCalls = PairUpRetainsAndReleases(
1779         BBStates, Retains, Releases, M, NewRetains, NewReleases, DeadInsts,
1780         RetainsToMove, ReleasesToMove, Arg, KnownSafe,
1781         AnyPairsCompletelyEliminated);
1782
1783     if (PerformMoveCalls) {
1784       // Ok, everything checks out and we're all set. Let's move/delete some
1785       // code!
1786       MoveCalls(Arg, RetainsToMove, ReleasesToMove,
1787                 Retains, Releases, DeadInsts, M);
1788     }
1789
1790     // Clean up state for next retain.
1791     NewReleases.clear();
1792     NewRetains.clear();
1793     RetainsToMove.clear();
1794     ReleasesToMove.clear();
1795   }
1796
1797   // Now that we're done moving everything, we can delete the newly dead
1798   // instructions, as we no longer need them as insert points.
1799   while (!DeadInsts.empty())
1800     EraseInstruction(DeadInsts.pop_back_val());
1801
1802   return AnyPairsCompletelyEliminated;
1803 }
1804
1805 /// Weak pointer optimizations.
1806 void ObjCARCOpt::OptimizeWeakCalls(Function &F) {
1807   DEBUG(dbgs() << "\n== ObjCARCOpt::OptimizeWeakCalls ==\n");
1808
1809   // First, do memdep-style RLE and S2L optimizations. We can't use memdep
1810   // itself because it uses AliasAnalysis and we need to do provenance
1811   // queries instead.
1812   for (inst_iterator I = inst_begin(&F), E = inst_end(&F); I != E; ) {
1813     Instruction *Inst = &*I++;
1814
1815     DEBUG(dbgs() << "Visiting: " << *Inst << "\n");
1816
1817     ARCInstKind Class = GetBasicARCInstKind(Inst);
1818     if (Class != ARCInstKind::LoadWeak &&
1819         Class != ARCInstKind::LoadWeakRetained)
1820       continue;
1821
1822     // Delete objc_loadWeak calls with no users.
1823     if (Class == ARCInstKind::LoadWeak && Inst->use_empty()) {
1824       Inst->eraseFromParent();
1825       continue;
1826     }
1827
1828     // TODO: For now, just look for an earlier available version of this value
1829     // within the same block. Theoretically, we could do memdep-style non-local
1830     // analysis too, but that would want caching. A better approach would be to
1831     // use the technique that EarlyCSE uses.
1832     inst_iterator Current = std::prev(I);
1833     BasicBlock *CurrentBB = Current.getBasicBlockIterator();
1834     for (BasicBlock::iterator B = CurrentBB->begin(),
1835                               J = Current.getInstructionIterator();
1836          J != B; --J) {
1837       Instruction *EarlierInst = &*std::prev(J);
1838       ARCInstKind EarlierClass = GetARCInstKind(EarlierInst);
1839       switch (EarlierClass) {
1840       case ARCInstKind::LoadWeak:
1841       case ARCInstKind::LoadWeakRetained: {
1842         // If this is loading from the same pointer, replace this load's value
1843         // with that one.
1844         CallInst *Call = cast<CallInst>(Inst);
1845         CallInst *EarlierCall = cast<CallInst>(EarlierInst);
1846         Value *Arg = Call->getArgOperand(0);
1847         Value *EarlierArg = EarlierCall->getArgOperand(0);
1848         switch (PA.getAA()->alias(Arg, EarlierArg)) {
1849         case MustAlias:
1850           Changed = true;
1851           // If the load has a builtin retain, insert a plain retain for it.
1852           if (Class == ARCInstKind::LoadWeakRetained) {
1853             Constant *Decl = EP.get(ARCRuntimeEntryPointKind::Retain);
1854             CallInst *CI = CallInst::Create(Decl, EarlierCall, "", Call);
1855             CI->setTailCall();
1856           }
1857           // Zap the fully redundant load.
1858           Call->replaceAllUsesWith(EarlierCall);
1859           Call->eraseFromParent();
1860           goto clobbered;
1861         case MayAlias:
1862         case PartialAlias:
1863           goto clobbered;
1864         case NoAlias:
1865           break;
1866         }
1867         break;
1868       }
1869       case ARCInstKind::StoreWeak:
1870       case ARCInstKind::InitWeak: {
1871         // If this is storing to the same pointer and has the same size etc.
1872         // replace this load's value with the stored value.
1873         CallInst *Call = cast<CallInst>(Inst);
1874         CallInst *EarlierCall = cast<CallInst>(EarlierInst);
1875         Value *Arg = Call->getArgOperand(0);
1876         Value *EarlierArg = EarlierCall->getArgOperand(0);
1877         switch (PA.getAA()->alias(Arg, EarlierArg)) {
1878         case MustAlias:
1879           Changed = true;
1880           // If the load has a builtin retain, insert a plain retain for it.
1881           if (Class == ARCInstKind::LoadWeakRetained) {
1882             Constant *Decl = EP.get(ARCRuntimeEntryPointKind::Retain);
1883             CallInst *CI = CallInst::Create(Decl, EarlierCall, "", Call);
1884             CI->setTailCall();
1885           }
1886           // Zap the fully redundant load.
1887           Call->replaceAllUsesWith(EarlierCall->getArgOperand(1));
1888           Call->eraseFromParent();
1889           goto clobbered;
1890         case MayAlias:
1891         case PartialAlias:
1892           goto clobbered;
1893         case NoAlias:
1894           break;
1895         }
1896         break;
1897       }
1898       case ARCInstKind::MoveWeak:
1899       case ARCInstKind::CopyWeak:
1900         // TOOD: Grab the copied value.
1901         goto clobbered;
1902       case ARCInstKind::AutoreleasepoolPush:
1903       case ARCInstKind::None:
1904       case ARCInstKind::IntrinsicUser:
1905       case ARCInstKind::User:
1906         // Weak pointers are only modified through the weak entry points
1907         // (and arbitrary calls, which could call the weak entry points).
1908         break;
1909       default:
1910         // Anything else could modify the weak pointer.
1911         goto clobbered;
1912       }
1913     }
1914   clobbered:;
1915   }
1916
1917   // Then, for each destroyWeak with an alloca operand, check to see if
1918   // the alloca and all its users can be zapped.
1919   for (inst_iterator I = inst_begin(&F), E = inst_end(&F); I != E; ) {
1920     Instruction *Inst = &*I++;
1921     ARCInstKind Class = GetBasicARCInstKind(Inst);
1922     if (Class != ARCInstKind::DestroyWeak)
1923       continue;
1924
1925     CallInst *Call = cast<CallInst>(Inst);
1926     Value *Arg = Call->getArgOperand(0);
1927     if (AllocaInst *Alloca = dyn_cast<AllocaInst>(Arg)) {
1928       for (User *U : Alloca->users()) {
1929         const Instruction *UserInst = cast<Instruction>(U);
1930         switch (GetBasicARCInstKind(UserInst)) {
1931         case ARCInstKind::InitWeak:
1932         case ARCInstKind::StoreWeak:
1933         case ARCInstKind::DestroyWeak:
1934           continue;
1935         default:
1936           goto done;
1937         }
1938       }
1939       Changed = true;
1940       for (auto UI = Alloca->user_begin(), UE = Alloca->user_end(); UI != UE;) {
1941         CallInst *UserInst = cast<CallInst>(*UI++);
1942         switch (GetBasicARCInstKind(UserInst)) {
1943         case ARCInstKind::InitWeak:
1944         case ARCInstKind::StoreWeak:
1945           // These functions return their second argument.
1946           UserInst->replaceAllUsesWith(UserInst->getArgOperand(1));
1947           break;
1948         case ARCInstKind::DestroyWeak:
1949           // No return value.
1950           break;
1951         default:
1952           llvm_unreachable("alloca really is used!");
1953         }
1954         UserInst->eraseFromParent();
1955       }
1956       Alloca->eraseFromParent();
1957     done:;
1958     }
1959   }
1960 }
1961
1962 /// Identify program paths which execute sequences of retains and releases which
1963 /// can be eliminated.
1964 bool ObjCARCOpt::OptimizeSequences(Function &F) {
1965   // Releases, Retains - These are used to store the results of the main flow
1966   // analysis. These use Value* as the key instead of Instruction* so that the
1967   // map stays valid when we get around to rewriting code and calls get
1968   // replaced by arguments.
1969   DenseMap<Value *, RRInfo> Releases;
1970   BlotMapVector<Value *, RRInfo> Retains;
1971
1972   // This is used during the traversal of the function to track the
1973   // states for each identified object at each block.
1974   DenseMap<const BasicBlock *, BBState> BBStates;
1975
1976   // Analyze the CFG of the function, and all instructions.
1977   bool NestingDetected = Visit(F, BBStates, Retains, Releases);
1978
1979   // Transform.
1980   bool AnyPairsCompletelyEliminated = PerformCodePlacement(BBStates, Retains,
1981                                                            Releases,
1982                                                            F.getParent());
1983
1984   // Cleanup.
1985   MultiOwnersSet.clear();
1986
1987   return AnyPairsCompletelyEliminated && NestingDetected;
1988 }
1989
1990 /// Check if there is a dependent call earlier that does not have anything in
1991 /// between the Retain and the call that can affect the reference count of their
1992 /// shared pointer argument. Note that Retain need not be in BB.
1993 static bool
1994 HasSafePathToPredecessorCall(const Value *Arg, Instruction *Retain,
1995                              SmallPtrSetImpl<Instruction *> &DepInsts,
1996                              SmallPtrSetImpl<const BasicBlock *> &Visited,
1997                              ProvenanceAnalysis &PA) {
1998   FindDependencies(CanChangeRetainCount, Arg, Retain->getParent(), Retain,
1999                    DepInsts, Visited, PA);
2000   if (DepInsts.size() != 1)
2001     return false;
2002
2003   auto *Call = dyn_cast_or_null<CallInst>(*DepInsts.begin());
2004
2005   // Check that the pointer is the return value of the call.
2006   if (!Call || Arg != Call)
2007     return false;
2008
2009   // Check that the call is a regular call.
2010   ARCInstKind Class = GetBasicARCInstKind(Call);
2011   if (Class != ARCInstKind::CallOrUser && Class != ARCInstKind::Call)
2012     return false;
2013
2014   return true;
2015 }
2016
2017 /// Find a dependent retain that precedes the given autorelease for which there
2018 /// is nothing in between the two instructions that can affect the ref count of
2019 /// Arg.
2020 static CallInst *
2021 FindPredecessorRetainWithSafePath(const Value *Arg, BasicBlock *BB,
2022                                   Instruction *Autorelease,
2023                                   SmallPtrSetImpl<Instruction *> &DepInsts,
2024                                   SmallPtrSetImpl<const BasicBlock *> &Visited,
2025                                   ProvenanceAnalysis &PA) {
2026   FindDependencies(CanChangeRetainCount, Arg,
2027                    BB, Autorelease, DepInsts, Visited, PA);
2028   if (DepInsts.size() != 1)
2029     return nullptr;
2030
2031   auto *Retain = dyn_cast_or_null<CallInst>(*DepInsts.begin());
2032
2033   // Check that we found a retain with the same argument.
2034   if (!Retain || !IsRetain(GetBasicARCInstKind(Retain)) ||
2035       GetArgRCIdentityRoot(Retain) != Arg) {
2036     return nullptr;
2037   }
2038
2039   return Retain;
2040 }
2041
2042 /// Look for an ``autorelease'' instruction dependent on Arg such that there are
2043 /// no instructions dependent on Arg that need a positive ref count in between
2044 /// the autorelease and the ret.
2045 static CallInst *
2046 FindPredecessorAutoreleaseWithSafePath(const Value *Arg, BasicBlock *BB,
2047                                        ReturnInst *Ret,
2048                                        SmallPtrSetImpl<Instruction *> &DepInsts,
2049                                        SmallPtrSetImpl<const BasicBlock *> &V,
2050                                        ProvenanceAnalysis &PA) {
2051   FindDependencies(NeedsPositiveRetainCount, Arg,
2052                    BB, Ret, DepInsts, V, PA);
2053   if (DepInsts.size() != 1)
2054     return nullptr;
2055
2056   auto *Autorelease = dyn_cast_or_null<CallInst>(*DepInsts.begin());
2057   if (!Autorelease)
2058     return nullptr;
2059   ARCInstKind AutoreleaseClass = GetBasicARCInstKind(Autorelease);
2060   if (!IsAutorelease(AutoreleaseClass))
2061     return nullptr;
2062   if (GetArgRCIdentityRoot(Autorelease) != Arg)
2063     return nullptr;
2064
2065   return Autorelease;
2066 }
2067
2068 /// Look for this pattern:
2069 /// \code
2070 ///    %call = call i8* @something(...)
2071 ///    %2 = call i8* @objc_retain(i8* %call)
2072 ///    %3 = call i8* @objc_autorelease(i8* %2)
2073 ///    ret i8* %3
2074 /// \endcode
2075 /// And delete the retain and autorelease.
2076 void ObjCARCOpt::OptimizeReturns(Function &F) {
2077   if (!F.getReturnType()->isPointerTy())
2078     return;
2079
2080   DEBUG(dbgs() << "\n== ObjCARCOpt::OptimizeReturns ==\n");
2081
2082   SmallPtrSet<Instruction *, 4> DependingInstructions;
2083   SmallPtrSet<const BasicBlock *, 4> Visited;
2084   for (Function::iterator FI = F.begin(), FE = F.end(); FI != FE; ++FI) {
2085     BasicBlock *BB = FI;
2086     ReturnInst *Ret = dyn_cast<ReturnInst>(&BB->back());
2087
2088     DEBUG(dbgs() << "Visiting: " << *Ret << "\n");
2089
2090     if (!Ret)
2091       continue;
2092
2093     const Value *Arg = GetRCIdentityRoot(Ret->getOperand(0));
2094
2095     // Look for an ``autorelease'' instruction that is a predecessor of Ret and
2096     // dependent on Arg such that there are no instructions dependent on Arg
2097     // that need a positive ref count in between the autorelease and Ret.
2098     CallInst *Autorelease =
2099       FindPredecessorAutoreleaseWithSafePath(Arg, BB, Ret,
2100                                              DependingInstructions, Visited,
2101                                              PA);
2102     DependingInstructions.clear();
2103     Visited.clear();
2104
2105     if (!Autorelease)
2106       continue;
2107
2108     CallInst *Retain =
2109       FindPredecessorRetainWithSafePath(Arg, BB, Autorelease,
2110                                         DependingInstructions, Visited, PA);
2111     DependingInstructions.clear();
2112     Visited.clear();
2113
2114     if (!Retain)
2115       continue;
2116
2117     // Check that there is nothing that can affect the reference count
2118     // between the retain and the call.  Note that Retain need not be in BB.
2119     bool HasSafePathToCall = HasSafePathToPredecessorCall(Arg, Retain,
2120                                                           DependingInstructions,
2121                                                           Visited, PA);
2122     DependingInstructions.clear();
2123     Visited.clear();
2124
2125     if (!HasSafePathToCall)
2126       continue;
2127
2128     // If so, we can zap the retain and autorelease.
2129     Changed = true;
2130     ++NumRets;
2131     DEBUG(dbgs() << "Erasing: " << *Retain << "\nErasing: "
2132           << *Autorelease << "\n");
2133     EraseInstruction(Retain);
2134     EraseInstruction(Autorelease);
2135   }
2136 }
2137
2138 #ifndef NDEBUG
2139 void
2140 ObjCARCOpt::GatherStatistics(Function &F, bool AfterOptimization) {
2141   llvm::Statistic &NumRetains =
2142     AfterOptimization? NumRetainsAfterOpt : NumRetainsBeforeOpt;
2143   llvm::Statistic &NumReleases =
2144     AfterOptimization? NumReleasesAfterOpt : NumReleasesBeforeOpt;
2145
2146   for (inst_iterator I = inst_begin(&F), E = inst_end(&F); I != E; ) {
2147     Instruction *Inst = &*I++;
2148     switch (GetBasicARCInstKind(Inst)) {
2149     default:
2150       break;
2151     case ARCInstKind::Retain:
2152       ++NumRetains;
2153       break;
2154     case ARCInstKind::Release:
2155       ++NumReleases;
2156       break;
2157     }
2158   }
2159 }
2160 #endif
2161
2162 bool ObjCARCOpt::doInitialization(Module &M) {
2163   if (!EnableARCOpts)
2164     return false;
2165
2166   // If nothing in the Module uses ARC, don't do anything.
2167   Run = ModuleHasARC(M);
2168   if (!Run)
2169     return false;
2170
2171   // Intuitively, objc_retain and others are nocapture, however in practice
2172   // they are not, because they return their argument value. And objc_release
2173   // calls finalizers which can have arbitrary side effects.
2174   MDKindCache.init(&M);
2175
2176   // Initialize our runtime entry point cache.
2177   EP.init(&M);
2178
2179   return false;
2180 }
2181
2182 bool ObjCARCOpt::runOnFunction(Function &F) {
2183   if (!EnableARCOpts)
2184     return false;
2185
2186   // If nothing in the Module uses ARC, don't do anything.
2187   if (!Run)
2188     return false;
2189
2190   Changed = false;
2191
2192   DEBUG(dbgs() << "<<< ObjCARCOpt: Visiting Function: " << F.getName() << " >>>"
2193         "\n");
2194
2195   PA.setAA(&getAnalysis<AliasAnalysis>());
2196
2197 #ifndef NDEBUG
2198   if (AreStatisticsEnabled()) {
2199     GatherStatistics(F, false);
2200   }
2201 #endif
2202
2203   // This pass performs several distinct transformations. As a compile-time aid
2204   // when compiling code that isn't ObjC, skip these if the relevant ObjC
2205   // library functions aren't declared.
2206
2207   // Preliminary optimizations. This also computes UsedInThisFunction.
2208   OptimizeIndividualCalls(F);
2209
2210   // Optimizations for weak pointers.
2211   if (UsedInThisFunction & ((1 << unsigned(ARCInstKind::LoadWeak)) |
2212                             (1 << unsigned(ARCInstKind::LoadWeakRetained)) |
2213                             (1 << unsigned(ARCInstKind::StoreWeak)) |
2214                             (1 << unsigned(ARCInstKind::InitWeak)) |
2215                             (1 << unsigned(ARCInstKind::CopyWeak)) |
2216                             (1 << unsigned(ARCInstKind::MoveWeak)) |
2217                             (1 << unsigned(ARCInstKind::DestroyWeak))))
2218     OptimizeWeakCalls(F);
2219
2220   // Optimizations for retain+release pairs.
2221   if (UsedInThisFunction & ((1 << unsigned(ARCInstKind::Retain)) |
2222                             (1 << unsigned(ARCInstKind::RetainRV)) |
2223                             (1 << unsigned(ARCInstKind::RetainBlock))))
2224     if (UsedInThisFunction & (1 << unsigned(ARCInstKind::Release)))
2225       // Run OptimizeSequences until it either stops making changes or
2226       // no retain+release pair nesting is detected.
2227       while (OptimizeSequences(F)) {}
2228
2229   // Optimizations if objc_autorelease is used.
2230   if (UsedInThisFunction & ((1 << unsigned(ARCInstKind::Autorelease)) |
2231                             (1 << unsigned(ARCInstKind::AutoreleaseRV))))
2232     OptimizeReturns(F);
2233
2234   // Gather statistics after optimization.
2235 #ifndef NDEBUG
2236   if (AreStatisticsEnabled()) {
2237     GatherStatistics(F, true);
2238   }
2239 #endif
2240
2241   DEBUG(dbgs() << "\n");
2242
2243   return Changed;
2244 }
2245
2246 void ObjCARCOpt::releaseMemory() {
2247   PA.clear();
2248 }
2249
2250 /// @}
2251 ///