[objc-arc] Change 4 iterator methods which return const_iterators to be const methods.
[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 #define DEBUG_TYPE "objc-arc-opts"
28 #include "ObjCARC.h"
29 #include "ARCRuntimeEntryPoints.h"
30 #include "DependencyAnalysis.h"
31 #include "ObjCARCAliasAnalysis.h"
32 #include "ProvenanceAnalysis.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/IR/IRBuilder.h"
39 #include "llvm/IR/LLVMContext.h"
40 #include "llvm/Support/CFG.h"
41 #include "llvm/Support/Debug.h"
42 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
43
44 using namespace llvm;
45 using namespace llvm::objcarc;
46
47 /// \defgroup MiscUtils Miscellaneous utilities that are not ARC specific.
48 /// @{
49
50 namespace {
51   /// \brief An associative container with fast insertion-order (deterministic)
52   /// iteration over its elements. Plus the special blot operation.
53   template<class KeyT, class ValueT>
54   class MapVector {
55     /// Map keys to indices in Vector.
56     typedef DenseMap<KeyT, size_t> MapTy;
57     MapTy Map;
58
59     typedef std::vector<std::pair<KeyT, ValueT> > VectorTy;
60     /// Keys and values.
61     VectorTy Vector;
62
63   public:
64     typedef typename VectorTy::iterator iterator;
65     typedef typename VectorTy::const_iterator const_iterator;
66     iterator begin() { return Vector.begin(); }
67     iterator end() { return Vector.end(); }
68     const_iterator begin() const { return Vector.begin(); }
69     const_iterator end() const { return Vector.end(); }
70
71 #ifdef XDEBUG
72     ~MapVector() {
73       assert(Vector.size() >= Map.size()); // May differ due to blotting.
74       for (typename MapTy::const_iterator I = Map.begin(), E = Map.end();
75            I != E; ++I) {
76         assert(I->second < Vector.size());
77         assert(Vector[I->second].first == I->first);
78       }
79       for (typename VectorTy::const_iterator I = Vector.begin(),
80            E = Vector.end(); I != E; ++I)
81         assert(!I->first ||
82                (Map.count(I->first) &&
83                 Map[I->first] == size_t(I - Vector.begin())));
84     }
85 #endif
86
87     ValueT &operator[](const KeyT &Arg) {
88       std::pair<typename MapTy::iterator, bool> Pair =
89         Map.insert(std::make_pair(Arg, size_t(0)));
90       if (Pair.second) {
91         size_t Num = Vector.size();
92         Pair.first->second = Num;
93         Vector.push_back(std::make_pair(Arg, ValueT()));
94         return Vector[Num].second;
95       }
96       return Vector[Pair.first->second].second;
97     }
98
99     std::pair<iterator, bool>
100     insert(const std::pair<KeyT, ValueT> &InsertPair) {
101       std::pair<typename MapTy::iterator, bool> Pair =
102         Map.insert(std::make_pair(InsertPair.first, size_t(0)));
103       if (Pair.second) {
104         size_t Num = Vector.size();
105         Pair.first->second = Num;
106         Vector.push_back(InsertPair);
107         return std::make_pair(Vector.begin() + Num, true);
108       }
109       return std::make_pair(Vector.begin() + Pair.first->second, false);
110     }
111
112     iterator find(const KeyT &Key) {
113       typename MapTy::iterator It = Map.find(Key);
114       if (It == Map.end()) return Vector.end();
115       return Vector.begin() + It->second;
116     }
117
118     const_iterator find(const KeyT &Key) const {
119       typename MapTy::const_iterator It = Map.find(Key);
120       if (It == Map.end()) return Vector.end();
121       return Vector.begin() + It->second;
122     }
123
124     /// This is similar to erase, but instead of removing the element from the
125     /// vector, it just zeros out the key in the vector. This leaves iterators
126     /// intact, but clients must be prepared for zeroed-out keys when iterating.
127     void blot(const KeyT &Key) {
128       typename MapTy::iterator It = Map.find(Key);
129       if (It == Map.end()) return;
130       Vector[It->second].first = KeyT();
131       Map.erase(It);
132     }
133
134     void clear() {
135       Map.clear();
136       Vector.clear();
137     }
138   };
139 }
140
141 /// @}
142 ///
143 /// \defgroup ARCUtilities Utility declarations/definitions specific to ARC.
144 /// @{
145
146 /// \brief This is similar to StripPointerCastsAndObjCCalls but it stops as soon
147 /// as it finds a value with multiple uses.
148 static const Value *FindSingleUseIdentifiedObject(const Value *Arg) {
149   if (Arg->hasOneUse()) {
150     if (const BitCastInst *BC = dyn_cast<BitCastInst>(Arg))
151       return FindSingleUseIdentifiedObject(BC->getOperand(0));
152     if (const GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(Arg))
153       if (GEP->hasAllZeroIndices())
154         return FindSingleUseIdentifiedObject(GEP->getPointerOperand());
155     if (IsForwarding(GetBasicInstructionClass(Arg)))
156       return FindSingleUseIdentifiedObject(
157                cast<CallInst>(Arg)->getArgOperand(0));
158     if (!IsObjCIdentifiedObject(Arg))
159       return 0;
160     return Arg;
161   }
162
163   // If we found an identifiable object but it has multiple uses, but they are
164   // trivial uses, we can still consider this to be a single-use value.
165   if (IsObjCIdentifiedObject(Arg)) {
166     for (Value::const_use_iterator UI = Arg->use_begin(), UE = Arg->use_end();
167          UI != UE; ++UI) {
168       const User *U = *UI;
169       if (!U->use_empty() || StripPointerCastsAndObjCCalls(U) != Arg)
170          return 0;
171     }
172
173     return Arg;
174   }
175
176   return 0;
177 }
178
179 /// \brief Test whether the given retainable object pointer escapes.
180 ///
181 /// This differs from regular escape analysis in that a use as an
182 /// argument to a call is not considered an escape.
183 ///
184 static bool DoesRetainableObjPtrEscape(const User *Ptr) {
185   DEBUG(dbgs() << "DoesRetainableObjPtrEscape: Target: " << *Ptr << "\n");
186
187   // Walk the def-use chains.
188   SmallVector<const Value *, 4> Worklist;
189   Worklist.push_back(Ptr);
190   // If Ptr has any operands add them as well.
191   for (User::const_op_iterator I = Ptr->op_begin(), E = Ptr->op_end(); I != E;
192        ++I) {
193     Worklist.push_back(*I);
194   }
195
196   // Ensure we do not visit any value twice.
197   SmallPtrSet<const Value *, 8> VisitedSet;
198
199   do {
200     const Value *V = Worklist.pop_back_val();
201
202     DEBUG(dbgs() << "Visiting: " << *V << "\n");
203
204     for (Value::const_use_iterator UI = V->use_begin(), UE = V->use_end();
205          UI != UE; ++UI) {
206       const User *UUser = *UI;
207
208       DEBUG(dbgs() << "User: " << *UUser << "\n");
209
210       // Special - Use by a call (callee or argument) is not considered
211       // to be an escape.
212       switch (GetBasicInstructionClass(UUser)) {
213       case IC_StoreWeak:
214       case IC_InitWeak:
215       case IC_StoreStrong:
216       case IC_Autorelease:
217       case IC_AutoreleaseRV: {
218         DEBUG(dbgs() << "User copies pointer arguments. Pointer Escapes!\n");
219         // These special functions make copies of their pointer arguments.
220         return true;
221       }
222       case IC_IntrinsicUser:
223         // Use by the use intrinsic is not an escape.
224         continue;
225       case IC_User:
226       case IC_None:
227         // Use by an instruction which copies the value is an escape if the
228         // result is an escape.
229         if (isa<BitCastInst>(UUser) || isa<GetElementPtrInst>(UUser) ||
230             isa<PHINode>(UUser) || isa<SelectInst>(UUser)) {
231
232           if (VisitedSet.insert(UUser)) {
233             DEBUG(dbgs() << "User copies value. Ptr escapes if result escapes."
234                   " Adding to list.\n");
235             Worklist.push_back(UUser);
236           } else {
237             DEBUG(dbgs() << "Already visited node.\n");
238           }
239           continue;
240         }
241         // Use by a load is not an escape.
242         if (isa<LoadInst>(UUser))
243           continue;
244         // Use by a store is not an escape if the use is the address.
245         if (const StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(UUser))
246           if (V != SI->getValueOperand())
247             continue;
248         break;
249       default:
250         // Regular calls and other stuff are not considered escapes.
251         continue;
252       }
253       // Otherwise, conservatively assume an escape.
254       DEBUG(dbgs() << "Assuming ptr escapes.\n");
255       return true;
256     }
257   } while (!Worklist.empty());
258
259   // No escapes found.
260   DEBUG(dbgs() << "Ptr does not escape.\n");
261   return false;
262 }
263
264 /// This is a wrapper around getUnderlyingObjCPtr along the lines of
265 /// GetUnderlyingObjects except that it returns early when it sees the first
266 /// alloca.
267 static inline bool AreAnyUnderlyingObjectsAnAlloca(const Value *V) {
268   SmallPtrSet<const Value *, 4> Visited;
269   SmallVector<const Value *, 4> Worklist;
270   Worklist.push_back(V);
271   do {
272     const Value *P = Worklist.pop_back_val();
273     P = GetUnderlyingObjCPtr(P);
274
275     if (isa<AllocaInst>(P))
276       return true;
277
278     if (!Visited.insert(P))
279       continue;
280
281     if (const SelectInst *SI = dyn_cast<const SelectInst>(P)) {
282       Worklist.push_back(SI->getTrueValue());
283       Worklist.push_back(SI->getFalseValue());
284       continue;
285     }
286
287     if (const PHINode *PN = dyn_cast<const PHINode>(P)) {
288       for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
289         Worklist.push_back(PN->getIncomingValue(i));
290       continue;
291     }
292   } while (!Worklist.empty());
293
294   return false;
295 }
296
297
298 /// @}
299 ///
300 /// \defgroup ARCOpt ARC Optimization.
301 /// @{
302
303 // TODO: On code like this:
304 //
305 // objc_retain(%x)
306 // stuff_that_cannot_release()
307 // objc_autorelease(%x)
308 // stuff_that_cannot_release()
309 // objc_retain(%x)
310 // stuff_that_cannot_release()
311 // objc_autorelease(%x)
312 //
313 // The second retain and autorelease can be deleted.
314
315 // TODO: It should be possible to delete
316 // objc_autoreleasePoolPush and objc_autoreleasePoolPop
317 // pairs if nothing is actually autoreleased between them. Also, autorelease
318 // calls followed by objc_autoreleasePoolPop calls (perhaps in ObjC++ code
319 // after inlining) can be turned into plain release calls.
320
321 // TODO: Critical-edge splitting. If the optimial insertion point is
322 // a critical edge, the current algorithm has to fail, because it doesn't
323 // know how to split edges. It should be possible to make the optimizer
324 // think in terms of edges, rather than blocks, and then split critical
325 // edges on demand.
326
327 // TODO: OptimizeSequences could generalized to be Interprocedural.
328
329 // TODO: Recognize that a bunch of other objc runtime calls have
330 // non-escaping arguments and non-releasing arguments, and may be
331 // non-autoreleasing.
332
333 // TODO: Sink autorelease calls as far as possible. Unfortunately we
334 // usually can't sink them past other calls, which would be the main
335 // case where it would be useful.
336
337 // TODO: The pointer returned from objc_loadWeakRetained is retained.
338
339 // TODO: Delete release+retain pairs (rare).
340
341 STATISTIC(NumNoops,       "Number of no-op objc calls eliminated");
342 STATISTIC(NumPartialNoops, "Number of partially no-op objc calls eliminated");
343 STATISTIC(NumAutoreleases,"Number of autoreleases converted to releases");
344 STATISTIC(NumRets,        "Number of return value forwarding "
345                           "retain+autoreleases eliminated");
346 STATISTIC(NumRRs,         "Number of retain+release paths eliminated");
347 STATISTIC(NumPeeps,       "Number of calls peephole-optimized");
348 #ifndef NDEBUG
349 STATISTIC(NumRetainsBeforeOpt,
350           "Number of retains before optimization");
351 STATISTIC(NumReleasesBeforeOpt,
352           "Number of releases before optimization");
353 STATISTIC(NumRetainsAfterOpt,
354           "Number of retains after optimization");
355 STATISTIC(NumReleasesAfterOpt,
356           "Number of releases after optimization");
357 #endif
358
359 namespace {
360   /// \enum Sequence
361   ///
362   /// \brief A sequence of states that a pointer may go through in which an
363   /// objc_retain and objc_release are actually needed.
364   enum Sequence {
365     S_None,
366     S_Retain,         ///< objc_retain(x).
367     S_CanRelease,     ///< foo(x) -- x could possibly see a ref count decrement.
368     S_Use,            ///< any use of x.
369     S_Stop,           ///< like S_Release, but code motion is stopped.
370     S_Release,        ///< objc_release(x).
371     S_MovableRelease  ///< objc_release(x), !clang.imprecise_release.
372   };
373
374   raw_ostream &operator<<(raw_ostream &OS, const Sequence S)
375     LLVM_ATTRIBUTE_UNUSED;
376   raw_ostream &operator<<(raw_ostream &OS, const Sequence S) {
377     switch (S) {
378     case S_None:
379       return OS << "S_None";
380     case S_Retain:
381       return OS << "S_Retain";
382     case S_CanRelease:
383       return OS << "S_CanRelease";
384     case S_Use:
385       return OS << "S_Use";
386     case S_Release:
387       return OS << "S_Release";
388     case S_MovableRelease:
389       return OS << "S_MovableRelease";
390     case S_Stop:
391       return OS << "S_Stop";
392     }
393     llvm_unreachable("Unknown sequence type.");
394   }
395 }
396
397 static Sequence MergeSeqs(Sequence A, Sequence B, bool TopDown) {
398   // The easy cases.
399   if (A == B)
400     return A;
401   if (A == S_None || B == S_None)
402     return S_None;
403
404   if (A > B) std::swap(A, B);
405   if (TopDown) {
406     // Choose the side which is further along in the sequence.
407     if ((A == S_Retain || A == S_CanRelease) &&
408         (B == S_CanRelease || B == S_Use))
409       return B;
410   } else {
411     // Choose the side which is further along in the sequence.
412     if ((A == S_Use || A == S_CanRelease) &&
413         (B == S_Use || B == S_Release || B == S_Stop || B == S_MovableRelease))
414       return A;
415     // If both sides are releases, choose the more conservative one.
416     if (A == S_Stop && (B == S_Release || B == S_MovableRelease))
417       return A;
418     if (A == S_Release && B == S_MovableRelease)
419       return A;
420   }
421
422   return S_None;
423 }
424
425 namespace {
426   /// \brief Unidirectional information about either a
427   /// retain-decrement-use-release sequence or release-use-decrement-retain
428   /// reverse sequence.
429   struct RRInfo {
430     /// After an objc_retain, the reference count of the referenced
431     /// object is known to be positive. Similarly, before an objc_release, the
432     /// reference count of the referenced object is known to be positive. If
433     /// there are retain-release pairs in code regions where the retain count
434     /// is known to be positive, they can be eliminated, regardless of any side
435     /// effects between them.
436     ///
437     /// Also, a retain+release pair nested within another retain+release
438     /// pair all on the known same pointer value can be eliminated, regardless
439     /// of any intervening side effects.
440     ///
441     /// KnownSafe is true when either of these conditions is satisfied.
442     bool KnownSafe;
443
444     /// True of the objc_release calls are all marked with the "tail" keyword.
445     bool IsTailCallRelease;
446
447     /// If the Calls are objc_release calls and they all have a
448     /// clang.imprecise_release tag, this is the metadata tag.
449     MDNode *ReleaseMetadata;
450
451     /// For a top-down sequence, the set of objc_retains or
452     /// objc_retainBlocks. For bottom-up, the set of objc_releases.
453     SmallPtrSet<Instruction *, 2> Calls;
454
455     /// The set of optimal insert positions for moving calls in the opposite
456     /// sequence.
457     SmallPtrSet<Instruction *, 2> ReverseInsertPts;
458
459     /// If this is true, we cannot perform code motion but can still remove
460     /// retain/release pairs.
461     bool CFGHazardAfflicted;
462
463     RRInfo() :
464       KnownSafe(false), IsTailCallRelease(false), ReleaseMetadata(0),
465       CFGHazardAfflicted(false) {}
466
467     void clear();
468
469     /// Conservatively merge the two RRInfo. Returns true if a partial merge has
470     /// occured, false otherwise.
471     bool Merge(const RRInfo &Other);
472
473   };
474 }
475
476 void RRInfo::clear() {
477   KnownSafe = false;
478   IsTailCallRelease = false;
479   ReleaseMetadata = 0;
480   Calls.clear();
481   ReverseInsertPts.clear();
482   CFGHazardAfflicted = false;
483 }
484
485 bool RRInfo::Merge(const RRInfo &Other) {
486     // Conservatively merge the ReleaseMetadata information.
487     if (ReleaseMetadata != Other.ReleaseMetadata)
488       ReleaseMetadata = 0;
489
490     // Conservatively merge the boolean state.
491     KnownSafe &= Other.KnownSafe;
492     IsTailCallRelease &= Other.IsTailCallRelease;
493     CFGHazardAfflicted |= Other.CFGHazardAfflicted;
494
495     // Merge the call sets.
496     Calls.insert(Other.Calls.begin(), Other.Calls.end());
497
498     // Merge the insert point sets. If there are any differences,
499     // that makes this a partial merge.
500     bool Partial = ReverseInsertPts.size() != Other.ReverseInsertPts.size();
501     for (SmallPtrSet<Instruction *, 2>::const_iterator
502          I = Other.ReverseInsertPts.begin(),
503          E = Other.ReverseInsertPts.end(); I != E; ++I)
504       Partial |= ReverseInsertPts.insert(*I);
505     return Partial;
506 }
507
508 namespace {
509   /// \brief This class summarizes several per-pointer runtime properties which
510   /// are propogated through the flow graph.
511   class PtrState {
512     /// True if the reference count is known to be incremented.
513     bool KnownPositiveRefCount;
514
515     /// True if we've seen an opportunity for partial RR elimination, such as
516     /// pushing calls into a CFG triangle or into one side of a CFG diamond.
517     bool Partial;
518
519     /// The current position in the sequence.
520     Sequence Seq : 8;
521
522     /// Unidirectional information about the current sequence.
523     RRInfo RRI;
524
525   public:
526     PtrState() : KnownPositiveRefCount(false), Partial(false),
527                  Seq(S_None) {}
528
529
530     bool IsKnownSafe() const {
531       return RRI.KnownSafe;
532     }
533
534     void SetKnownSafe(const bool NewValue) {
535       RRI.KnownSafe = NewValue;
536     }
537
538     bool IsTailCallRelease() const {
539       return RRI.IsTailCallRelease;
540     }
541
542     void SetTailCallRelease(const bool NewValue) {
543       RRI.IsTailCallRelease = NewValue;
544     }
545
546     bool IsTrackingImpreciseReleases() const {
547       return RRI.ReleaseMetadata != 0;
548     }
549
550     const MDNode *GetReleaseMetadata() const {
551       return RRI.ReleaseMetadata;
552     }
553
554     void SetReleaseMetadata(MDNode *NewValue) {
555       RRI.ReleaseMetadata = NewValue;
556     }
557
558     bool IsCFGHazardAfflicted() const {
559       return RRI.CFGHazardAfflicted;
560     }
561
562     void SetCFGHazardAfflicted(const bool NewValue) {
563       RRI.CFGHazardAfflicted = NewValue;
564     }
565
566     void SetKnownPositiveRefCount() {
567       DEBUG(dbgs() << "Setting Known Positive.\n");
568       KnownPositiveRefCount = true;
569     }
570
571     void ClearKnownPositiveRefCount() {
572       DEBUG(dbgs() << "Clearing Known Positive.\n");
573       KnownPositiveRefCount = false;
574     }
575
576     bool HasKnownPositiveRefCount() const {
577       return KnownPositiveRefCount;
578     }
579
580     void SetSeq(Sequence NewSeq) {
581       DEBUG(dbgs() << "Old: " << Seq << "; New: " << NewSeq << "\n");
582       Seq = NewSeq;
583     }
584
585     Sequence GetSeq() const {
586       return Seq;
587     }
588
589     void ClearSequenceProgress() {
590       ResetSequenceProgress(S_None);
591     }
592
593     void ResetSequenceProgress(Sequence NewSeq) {
594       DEBUG(dbgs() << "Resetting sequence progress.\n");
595       SetSeq(NewSeq);
596       Partial = false;
597       RRI.clear();
598     }
599
600     void Merge(const PtrState &Other, bool TopDown);
601
602     void InsertCall(Instruction *I) {
603       RRI.Calls.insert(I);
604     }
605
606     void InsertReverseInsertPt(Instruction *I) {
607       RRI.ReverseInsertPts.insert(I);
608     }
609
610     void ClearReverseInsertPts() {
611       RRI.ReverseInsertPts.clear();
612     }
613
614     bool HasReverseInsertPts() const {
615       return !RRI.ReverseInsertPts.empty();
616     }
617
618     const RRInfo &GetRRInfo() const {
619       return RRI;
620     }
621   };
622 }
623
624 void
625 PtrState::Merge(const PtrState &Other, bool TopDown) {
626   Seq = MergeSeqs(Seq, Other.Seq, TopDown);
627   KnownPositiveRefCount &= Other.KnownPositiveRefCount;
628
629   // If we're not in a sequence (anymore), drop all associated state.
630   if (Seq == S_None) {
631     Partial = false;
632     RRI.clear();
633   } else if (Partial || Other.Partial) {
634     // If we're doing a merge on a path that's previously seen a partial
635     // merge, conservatively drop the sequence, to avoid doing partial
636     // RR elimination. If the branch predicates for the two merge differ,
637     // mixing them is unsafe.
638     ClearSequenceProgress();
639   } else {
640     // Otherwise merge the other PtrState's RRInfo into our RRInfo. At this
641     // point, we know that currently we are not partial. Stash whether or not
642     // the merge operation caused us to undergo a partial merging of reverse
643     // insertion points.
644     Partial = RRI.Merge(Other.RRI);
645   }
646 }
647
648 namespace {
649   /// \brief Per-BasicBlock state.
650   class BBState {
651     /// The number of unique control paths from the entry which can reach this
652     /// block.
653     unsigned TopDownPathCount;
654
655     /// The number of unique control paths to exits from this block.
656     unsigned BottomUpPathCount;
657
658     /// A type for PerPtrTopDown and PerPtrBottomUp.
659     typedef MapVector<const Value *, PtrState> MapTy;
660
661     /// The top-down traversal uses this to record information known about a
662     /// pointer at the bottom of each block.
663     MapTy PerPtrTopDown;
664
665     /// The bottom-up traversal uses this to record information known about a
666     /// pointer at the top of each block.
667     MapTy PerPtrBottomUp;
668
669     /// Effective predecessors of the current block ignoring ignorable edges and
670     /// ignored backedges.
671     SmallVector<BasicBlock *, 2> Preds;
672     /// Effective successors of the current block ignoring ignorable edges and
673     /// ignored backedges.
674     SmallVector<BasicBlock *, 2> Succs;
675
676   public:
677     BBState() : TopDownPathCount(0), BottomUpPathCount(0) {}
678
679     typedef MapTy::iterator ptr_iterator;
680     typedef MapTy::const_iterator ptr_const_iterator;
681
682     ptr_iterator top_down_ptr_begin() { return PerPtrTopDown.begin(); }
683     ptr_iterator top_down_ptr_end() { return PerPtrTopDown.end(); }
684     ptr_const_iterator top_down_ptr_begin() const {
685       return PerPtrTopDown.begin();
686     }
687     ptr_const_iterator top_down_ptr_end() const {
688       return PerPtrTopDown.end();
689     }
690
691     ptr_iterator bottom_up_ptr_begin() { return PerPtrBottomUp.begin(); }
692     ptr_iterator bottom_up_ptr_end() { return PerPtrBottomUp.end(); }
693     ptr_const_iterator bottom_up_ptr_begin() const {
694       return PerPtrBottomUp.begin();
695     }
696     ptr_const_iterator bottom_up_ptr_end() const {
697       return PerPtrBottomUp.end();
698     }
699
700     /// Mark this block as being an entry block, which has one path from the
701     /// entry by definition.
702     void SetAsEntry() { TopDownPathCount = 1; }
703
704     /// Mark this block as being an exit block, which has one path to an exit by
705     /// definition.
706     void SetAsExit()  { BottomUpPathCount = 1; }
707
708     /// Attempt to find the PtrState object describing the top down state for
709     /// pointer Arg. Return a new initialized PtrState describing the top down
710     /// state for Arg if we do not find one.
711     PtrState &getPtrTopDownState(const Value *Arg) {
712       return PerPtrTopDown[Arg];
713     }
714
715     /// Attempt to find the PtrState object describing the bottom up state for
716     /// pointer Arg. Return a new initialized PtrState describing the bottom up
717     /// state for Arg if we do not find one.
718     PtrState &getPtrBottomUpState(const Value *Arg) {
719       return PerPtrBottomUp[Arg];
720     }
721
722     /// Attempt to find the PtrState object describing the bottom up state for
723     /// pointer Arg.
724     ptr_iterator findPtrBottomUpState(const Value *Arg) {
725       return PerPtrBottomUp.find(Arg);
726     }
727
728     void clearBottomUpPointers() {
729       PerPtrBottomUp.clear();
730     }
731
732     void clearTopDownPointers() {
733       PerPtrTopDown.clear();
734     }
735
736     void InitFromPred(const BBState &Other);
737     void InitFromSucc(const BBState &Other);
738     void MergePred(const BBState &Other);
739     void MergeSucc(const BBState &Other);
740
741     /// Compute the number of possible unique paths from an entry to an exit
742     /// which pass through this block. This is only valid after both the
743     /// top-down and bottom-up traversals are complete.
744     ///
745     /// Returns true if overflow occured. Returns false if overflow did not
746     /// occur.
747     bool GetAllPathCountWithOverflow(unsigned &PathCount) const {
748       assert(TopDownPathCount != 0);
749       assert(BottomUpPathCount != 0);
750       unsigned long long Product =
751         (unsigned long long)TopDownPathCount*BottomUpPathCount;
752       PathCount = Product;
753       // Overflow occured if any of the upper bits of Product are set.
754       return Product >> 32;
755     }
756
757     // Specialized CFG utilities.
758     typedef SmallVectorImpl<BasicBlock *>::const_iterator edge_iterator;
759     edge_iterator pred_begin() const { return Preds.begin(); }
760     edge_iterator pred_end() const { return Preds.end(); }
761     edge_iterator succ_begin() const { return Succs.begin(); }
762     edge_iterator succ_end() const { return Succs.end(); }
763
764     void addSucc(BasicBlock *Succ) { Succs.push_back(Succ); }
765     void addPred(BasicBlock *Pred) { Preds.push_back(Pred); }
766
767     bool isExit() const { return Succs.empty(); }
768   };
769 }
770
771 void BBState::InitFromPred(const BBState &Other) {
772   PerPtrTopDown = Other.PerPtrTopDown;
773   TopDownPathCount = Other.TopDownPathCount;
774 }
775
776 void BBState::InitFromSucc(const BBState &Other) {
777   PerPtrBottomUp = Other.PerPtrBottomUp;
778   BottomUpPathCount = Other.BottomUpPathCount;
779 }
780
781 /// The top-down traversal uses this to merge information about predecessors to
782 /// form the initial state for a new block.
783 void BBState::MergePred(const BBState &Other) {
784   // Other.TopDownPathCount can be 0, in which case it is either dead or a
785   // loop backedge. Loop backedges are special.
786   TopDownPathCount += Other.TopDownPathCount;
787
788   // Check for overflow. If we have overflow, fall back to conservative
789   // behavior.
790   if (TopDownPathCount < Other.TopDownPathCount) {
791     clearTopDownPointers();
792     return;
793   }
794
795   // For each entry in the other set, if our set has an entry with the same key,
796   // merge the entries. Otherwise, copy the entry and merge it with an empty
797   // entry.
798   for (ptr_const_iterator MI = Other.top_down_ptr_begin(),
799        ME = Other.top_down_ptr_end(); MI != ME; ++MI) {
800     std::pair<ptr_iterator, bool> Pair = PerPtrTopDown.insert(*MI);
801     Pair.first->second.Merge(Pair.second ? PtrState() : MI->second,
802                              /*TopDown=*/true);
803   }
804
805   // For each entry in our set, if the other set doesn't have an entry with the
806   // same key, force it to merge with an empty entry.
807   for (ptr_iterator MI = top_down_ptr_begin(),
808        ME = top_down_ptr_end(); MI != ME; ++MI)
809     if (Other.PerPtrTopDown.find(MI->first) == Other.PerPtrTopDown.end())
810       MI->second.Merge(PtrState(), /*TopDown=*/true);
811 }
812
813 /// The bottom-up traversal uses this to merge information about successors to
814 /// form the initial state for a new block.
815 void BBState::MergeSucc(const BBState &Other) {
816   // Other.BottomUpPathCount can be 0, in which case it is either dead or a
817   // loop backedge. Loop backedges are special.
818   BottomUpPathCount += Other.BottomUpPathCount;
819
820   // Check for overflow. If we have overflow, fall back to conservative
821   // behavior.
822   if (BottomUpPathCount < Other.BottomUpPathCount) {
823     clearBottomUpPointers();
824     return;
825   }
826
827   // For each entry in the other set, if our set has an entry with the
828   // same key, merge the entries. Otherwise, copy the entry and merge
829   // it with an empty entry.
830   for (ptr_const_iterator MI = Other.bottom_up_ptr_begin(),
831        ME = Other.bottom_up_ptr_end(); MI != ME; ++MI) {
832     std::pair<ptr_iterator, bool> Pair = PerPtrBottomUp.insert(*MI);
833     Pair.first->second.Merge(Pair.second ? PtrState() : MI->second,
834                              /*TopDown=*/false);
835   }
836
837   // For each entry in our set, if the other set doesn't have an entry
838   // with the same key, force it to merge with an empty entry.
839   for (ptr_iterator MI = bottom_up_ptr_begin(),
840        ME = bottom_up_ptr_end(); MI != ME; ++MI)
841     if (Other.PerPtrBottomUp.find(MI->first) == Other.PerPtrBottomUp.end())
842       MI->second.Merge(PtrState(), /*TopDown=*/false);
843 }
844
845 // Only enable ARC Annotations if we are building a debug version of
846 // libObjCARCOpts.
847 #ifndef NDEBUG
848 #define ARC_ANNOTATIONS
849 #endif
850
851 // Define some macros along the lines of DEBUG and some helper functions to make
852 // it cleaner to create annotations in the source code and to no-op when not
853 // building in debug mode.
854 #ifdef ARC_ANNOTATIONS
855
856 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
857
858 /// Enable/disable ARC sequence annotations.
859 static cl::opt<bool>
860 EnableARCAnnotations("enable-objc-arc-annotations", cl::init(false),
861                      cl::desc("Enable emission of arc data flow analysis "
862                               "annotations"));
863 static cl::opt<bool>
864 DisableCheckForCFGHazards("disable-objc-arc-checkforcfghazards", cl::init(false),
865                           cl::desc("Disable check for cfg hazards when "
866                                    "annotating"));
867 static cl::opt<std::string>
868 ARCAnnotationTargetIdentifier("objc-arc-annotation-target-identifier",
869                               cl::init(""),
870                               cl::desc("filter out all data flow annotations "
871                                        "but those that apply to the given "
872                                        "target llvm identifier."));
873
874 /// This function appends a unique ARCAnnotationProvenanceSourceMDKind id to an
875 /// instruction so that we can track backwards when post processing via the llvm
876 /// arc annotation processor tool. If the function is an
877 static MDString *AppendMDNodeToSourcePtr(unsigned NodeId,
878                                          Value *Ptr) {
879   MDString *Hash = 0;
880
881   // If pointer is a result of an instruction and it does not have a source
882   // MDNode it, attach a new MDNode onto it. If pointer is a result of
883   // an instruction and does have a source MDNode attached to it, return a
884   // reference to said Node. Otherwise just return 0.
885   if (Instruction *Inst = dyn_cast<Instruction>(Ptr)) {
886     MDNode *Node;
887     if (!(Node = Inst->getMetadata(NodeId))) {
888       // We do not have any node. Generate and attatch the hash MDString to the
889       // instruction.
890
891       // We just use an MDString to ensure that this metadata gets written out
892       // of line at the module level and to provide a very simple format
893       // encoding the information herein. Both of these makes it simpler to
894       // parse the annotations by a simple external program.
895       std::string Str;
896       raw_string_ostream os(Str);
897       os << "(" << Inst->getParent()->getParent()->getName() << ",%"
898          << Inst->getName() << ")";
899
900       Hash = MDString::get(Inst->getContext(), os.str());
901       Inst->setMetadata(NodeId, MDNode::get(Inst->getContext(),Hash));
902     } else {
903       // We have a node. Grab its hash and return it.
904       assert(Node->getNumOperands() == 1 &&
905         "An ARCAnnotationProvenanceSourceMDKind can only have 1 operand.");
906       Hash = cast<MDString>(Node->getOperand(0));
907     }
908   } else if (Argument *Arg = dyn_cast<Argument>(Ptr)) {
909     std::string str;
910     raw_string_ostream os(str);
911     os << "(" << Arg->getParent()->getName() << ",%" << Arg->getName()
912        << ")";
913     Hash = MDString::get(Arg->getContext(), os.str());
914   }
915
916   return Hash;
917 }
918
919 static std::string SequenceToString(Sequence A) {
920   std::string str;
921   raw_string_ostream os(str);
922   os << A;
923   return os.str();
924 }
925
926 /// Helper function to change a Sequence into a String object using our overload
927 /// for raw_ostream so we only have printing code in one location.
928 static MDString *SequenceToMDString(LLVMContext &Context,
929                                     Sequence A) {
930   return MDString::get(Context, SequenceToString(A));
931 }
932
933 /// A simple function to generate a MDNode which describes the change in state
934 /// for Value *Ptr caused by Instruction *Inst.
935 static void AppendMDNodeToInstForPtr(unsigned NodeId,
936                                      Instruction *Inst,
937                                      Value *Ptr,
938                                      MDString *PtrSourceMDNodeID,
939                                      Sequence OldSeq,
940                                      Sequence NewSeq) {
941   MDNode *Node = 0;
942   Value *tmp[3] = {PtrSourceMDNodeID,
943                    SequenceToMDString(Inst->getContext(),
944                                       OldSeq),
945                    SequenceToMDString(Inst->getContext(),
946                                       NewSeq)};
947   Node = MDNode::get(Inst->getContext(),
948                      ArrayRef<Value*>(tmp, 3));
949
950   Inst->setMetadata(NodeId, Node);
951 }
952
953 /// Add to the beginning of the basic block llvm.ptr.annotations which show the
954 /// state of a pointer at the entrance to a basic block.
955 static void GenerateARCBBEntranceAnnotation(const char *Name, BasicBlock *BB,
956                                             Value *Ptr, Sequence Seq) {
957   // If we have a target identifier, make sure that we match it before
958   // continuing.
959   if(!ARCAnnotationTargetIdentifier.empty() &&
960      !Ptr->getName().equals(ARCAnnotationTargetIdentifier))
961     return;
962
963   Module *M = BB->getParent()->getParent();
964   LLVMContext &C = M->getContext();
965   Type *I8X = PointerType::getUnqual(Type::getInt8Ty(C));
966   Type *I8XX = PointerType::getUnqual(I8X);
967   Type *Params[] = {I8XX, I8XX};
968   FunctionType *FTy = FunctionType::get(Type::getVoidTy(C),
969                                         ArrayRef<Type*>(Params, 2),
970                                         /*isVarArg=*/false);
971   Constant *Callee = M->getOrInsertFunction(Name, FTy);
972
973   IRBuilder<> Builder(BB, BB->getFirstInsertionPt());
974
975   Value *PtrName;
976   StringRef Tmp = Ptr->getName();
977   if (0 == (PtrName = M->getGlobalVariable(Tmp, true))) {
978     Value *ActualPtrName = Builder.CreateGlobalStringPtr(Tmp,
979                                                          Tmp + "_STR");
980     PtrName = new GlobalVariable(*M, I8X, true, GlobalVariable::InternalLinkage,
981                                  cast<Constant>(ActualPtrName), Tmp);
982   }
983
984   Value *S;
985   std::string SeqStr = SequenceToString(Seq);
986   if (0 == (S = M->getGlobalVariable(SeqStr, true))) {
987     Value *ActualPtrName = Builder.CreateGlobalStringPtr(SeqStr,
988                                                          SeqStr + "_STR");
989     S = new GlobalVariable(*M, I8X, true, GlobalVariable::InternalLinkage,
990                            cast<Constant>(ActualPtrName), SeqStr);
991   }
992
993   Builder.CreateCall2(Callee, PtrName, S);
994 }
995
996 /// Add to the end of the basic block llvm.ptr.annotations which show the state
997 /// of the pointer at the bottom of the basic block.
998 static void GenerateARCBBTerminatorAnnotation(const char *Name, BasicBlock *BB,
999                                               Value *Ptr, Sequence Seq) {
1000   // If we have a target identifier, make sure that we match it before emitting
1001   // an annotation.
1002   if(!ARCAnnotationTargetIdentifier.empty() &&
1003      !Ptr->getName().equals(ARCAnnotationTargetIdentifier))
1004     return;
1005
1006   Module *M = BB->getParent()->getParent();
1007   LLVMContext &C = M->getContext();
1008   Type *I8X = PointerType::getUnqual(Type::getInt8Ty(C));
1009   Type *I8XX = PointerType::getUnqual(I8X);
1010   Type *Params[] = {I8XX, I8XX};
1011   FunctionType *FTy = FunctionType::get(Type::getVoidTy(C),
1012                                         ArrayRef<Type*>(Params, 2),
1013                                         /*isVarArg=*/false);
1014   Constant *Callee = M->getOrInsertFunction(Name, FTy);
1015
1016   IRBuilder<> Builder(BB, llvm::prior(BB->end()));
1017
1018   Value *PtrName;
1019   StringRef Tmp = Ptr->getName();
1020   if (0 == (PtrName = M->getGlobalVariable(Tmp, true))) {
1021     Value *ActualPtrName = Builder.CreateGlobalStringPtr(Tmp,
1022                                                          Tmp + "_STR");
1023     PtrName = new GlobalVariable(*M, I8X, true, GlobalVariable::InternalLinkage,
1024                                  cast<Constant>(ActualPtrName), Tmp);
1025   }
1026
1027   Value *S;
1028   std::string SeqStr = SequenceToString(Seq);
1029   if (0 == (S = M->getGlobalVariable(SeqStr, true))) {
1030     Value *ActualPtrName = Builder.CreateGlobalStringPtr(SeqStr,
1031                                                          SeqStr + "_STR");
1032     S = new GlobalVariable(*M, I8X, true, GlobalVariable::InternalLinkage,
1033                            cast<Constant>(ActualPtrName), SeqStr);
1034   }
1035   Builder.CreateCall2(Callee, PtrName, S);
1036 }
1037
1038 /// Adds a source annotation to pointer and a state change annotation to Inst
1039 /// referencing the source annotation and the old/new state of pointer.
1040 static void GenerateARCAnnotation(unsigned InstMDId,
1041                                   unsigned PtrMDId,
1042                                   Instruction *Inst,
1043                                   Value *Ptr,
1044                                   Sequence OldSeq,
1045                                   Sequence NewSeq) {
1046   if (EnableARCAnnotations) {
1047     // If we have a target identifier, make sure that we match it before
1048     // emitting an annotation.
1049     if(!ARCAnnotationTargetIdentifier.empty() &&
1050        !Ptr->getName().equals(ARCAnnotationTargetIdentifier))
1051       return;
1052
1053     // First generate the source annotation on our pointer. This will return an
1054     // MDString* if Ptr actually comes from an instruction implying we can put
1055     // in a source annotation. If AppendMDNodeToSourcePtr returns 0 (i.e. NULL),
1056     // then we know that our pointer is from an Argument so we put a reference
1057     // to the argument number.
1058     //
1059     // The point of this is to make it easy for the
1060     // llvm-arc-annotation-processor tool to cross reference where the source
1061     // pointer is in the LLVM IR since the LLVM IR parser does not submit such
1062     // information via debug info for backends to use (since why would anyone
1063     // need such a thing from LLVM IR besides in non standard cases
1064     // [i.e. this]).
1065     MDString *SourcePtrMDNode =
1066       AppendMDNodeToSourcePtr(PtrMDId, Ptr);
1067     AppendMDNodeToInstForPtr(InstMDId, Inst, Ptr, SourcePtrMDNode, OldSeq,
1068                              NewSeq);
1069   }
1070 }
1071
1072 // The actual interface for accessing the above functionality is defined via
1073 // some simple macros which are defined below. We do this so that the user does
1074 // not need to pass in what metadata id is needed resulting in cleaner code and
1075 // additionally since it provides an easy way to conditionally no-op all
1076 // annotation support in a non-debug build.
1077
1078 /// Use this macro to annotate a sequence state change when processing
1079 /// instructions bottom up,
1080 #define ANNOTATE_BOTTOMUP(inst, ptr, old, new)                          \
1081   GenerateARCAnnotation(ARCAnnotationBottomUpMDKind,                    \
1082                         ARCAnnotationProvenanceSourceMDKind, (inst),    \
1083                         const_cast<Value*>(ptr), (old), (new))
1084 /// Use this macro to annotate a sequence state change when processing
1085 /// instructions top down.
1086 #define ANNOTATE_TOPDOWN(inst, ptr, old, new)                           \
1087   GenerateARCAnnotation(ARCAnnotationTopDownMDKind,                     \
1088                         ARCAnnotationProvenanceSourceMDKind, (inst),    \
1089                         const_cast<Value*>(ptr), (old), (new))
1090
1091 #define ANNOTATE_BB(_states, _bb, _name, _type, _direction)                   \
1092   do {                                                                        \
1093     if (EnableARCAnnotations) {                                               \
1094       for(BBState::ptr_const_iterator I = (_states)._direction##_ptr_begin(), \
1095           E = (_states)._direction##_ptr_end(); I != E; ++I) {                \
1096         Value *Ptr = const_cast<Value*>(I->first);                            \
1097         Sequence Seq = I->second.GetSeq();                                    \
1098         GenerateARCBB ## _type ## Annotation(_name, (_bb), Ptr, Seq);         \
1099       }                                                                       \
1100     }                                                                         \
1101   } while (0)
1102
1103 #define ANNOTATE_BOTTOMUP_BBSTART(_states, _basicblock)                       \
1104     ANNOTATE_BB(_states, _basicblock, "llvm.arc.annotation.bottomup.bbstart", \
1105                 Entrance, bottom_up)
1106 #define ANNOTATE_BOTTOMUP_BBEND(_states, _basicblock)                         \
1107     ANNOTATE_BB(_states, _basicblock, "llvm.arc.annotation.bottomup.bbend",   \
1108                 Terminator, bottom_up)
1109 #define ANNOTATE_TOPDOWN_BBSTART(_states, _basicblock)                        \
1110     ANNOTATE_BB(_states, _basicblock, "llvm.arc.annotation.topdown.bbstart",  \
1111                 Entrance, top_down)
1112 #define ANNOTATE_TOPDOWN_BBEND(_states, _basicblock)                          \
1113     ANNOTATE_BB(_states, _basicblock, "llvm.arc.annotation.topdown.bbend",    \
1114                 Terminator, top_down)
1115
1116 #else // !ARC_ANNOTATION
1117 // If annotations are off, noop.
1118 #define ANNOTATE_BOTTOMUP(inst, ptr, old, new)
1119 #define ANNOTATE_TOPDOWN(inst, ptr, old, new)
1120 #define ANNOTATE_BOTTOMUP_BBSTART(states, basicblock)
1121 #define ANNOTATE_BOTTOMUP_BBEND(states, basicblock)
1122 #define ANNOTATE_TOPDOWN_BBSTART(states, basicblock)
1123 #define ANNOTATE_TOPDOWN_BBEND(states, basicblock)
1124 #endif // !ARC_ANNOTATION
1125
1126 namespace {
1127   /// \brief The main ARC optimization pass.
1128   class ObjCARCOpt : public FunctionPass {
1129     bool Changed;
1130     ProvenanceAnalysis PA;
1131     ARCRuntimeEntryPoints EP;
1132
1133     // This is used to track if a pointer is stored into an alloca.
1134     DenseSet<const Value *> MultiOwnersSet;
1135
1136     /// A flag indicating whether this optimization pass should run.
1137     bool Run;
1138
1139     /// Flags which determine whether each of the interesting runtine functions
1140     /// is in fact used in the current function.
1141     unsigned UsedInThisFunction;
1142
1143     /// The Metadata Kind for clang.imprecise_release metadata.
1144     unsigned ImpreciseReleaseMDKind;
1145
1146     /// The Metadata Kind for clang.arc.copy_on_escape metadata.
1147     unsigned CopyOnEscapeMDKind;
1148
1149     /// The Metadata Kind for clang.arc.no_objc_arc_exceptions metadata.
1150     unsigned NoObjCARCExceptionsMDKind;
1151
1152 #ifdef ARC_ANNOTATIONS
1153     /// The Metadata Kind for llvm.arc.annotation.bottomup metadata.
1154     unsigned ARCAnnotationBottomUpMDKind;
1155     /// The Metadata Kind for llvm.arc.annotation.topdown metadata.
1156     unsigned ARCAnnotationTopDownMDKind;
1157     /// The Metadata Kind for llvm.arc.annotation.provenancesource metadata.
1158     unsigned ARCAnnotationProvenanceSourceMDKind;
1159 #endif // ARC_ANNOATIONS
1160
1161     bool IsRetainBlockOptimizable(const Instruction *Inst);
1162
1163     bool OptimizeRetainRVCall(Function &F, Instruction *RetainRV);
1164     void OptimizeAutoreleaseRVCall(Function &F, Instruction *AutoreleaseRV,
1165                                    InstructionClass &Class);
1166     bool OptimizeRetainBlockCall(Function &F, Instruction *RetainBlock,
1167                                  InstructionClass &Class);
1168     void OptimizeIndividualCalls(Function &F);
1169
1170     void CheckForCFGHazards(const BasicBlock *BB,
1171                             DenseMap<const BasicBlock *, BBState> &BBStates,
1172                             BBState &MyStates) const;
1173     bool VisitInstructionBottomUp(Instruction *Inst,
1174                                   BasicBlock *BB,
1175                                   MapVector<Value *, RRInfo> &Retains,
1176                                   BBState &MyStates);
1177     bool VisitBottomUp(BasicBlock *BB,
1178                        DenseMap<const BasicBlock *, BBState> &BBStates,
1179                        MapVector<Value *, RRInfo> &Retains);
1180     bool VisitInstructionTopDown(Instruction *Inst,
1181                                  DenseMap<Value *, RRInfo> &Releases,
1182                                  BBState &MyStates);
1183     bool VisitTopDown(BasicBlock *BB,
1184                       DenseMap<const BasicBlock *, BBState> &BBStates,
1185                       DenseMap<Value *, RRInfo> &Releases);
1186     bool Visit(Function &F,
1187                DenseMap<const BasicBlock *, BBState> &BBStates,
1188                MapVector<Value *, RRInfo> &Retains,
1189                DenseMap<Value *, RRInfo> &Releases);
1190
1191     void MoveCalls(Value *Arg, RRInfo &RetainsToMove, RRInfo &ReleasesToMove,
1192                    MapVector<Value *, RRInfo> &Retains,
1193                    DenseMap<Value *, RRInfo> &Releases,
1194                    SmallVectorImpl<Instruction *> &DeadInsts,
1195                    Module *M);
1196
1197     bool ConnectTDBUTraversals(DenseMap<const BasicBlock *, BBState> &BBStates,
1198                                MapVector<Value *, RRInfo> &Retains,
1199                                DenseMap<Value *, RRInfo> &Releases,
1200                                Module *M,
1201                                SmallVectorImpl<Instruction *> &NewRetains,
1202                                SmallVectorImpl<Instruction *> &NewReleases,
1203                                SmallVectorImpl<Instruction *> &DeadInsts,
1204                                RRInfo &RetainsToMove,
1205                                RRInfo &ReleasesToMove,
1206                                Value *Arg,
1207                                bool KnownSafe,
1208                                bool &AnyPairsCompletelyEliminated);
1209
1210     bool PerformCodePlacement(DenseMap<const BasicBlock *, BBState> &BBStates,
1211                               MapVector<Value *, RRInfo> &Retains,
1212                               DenseMap<Value *, RRInfo> &Releases,
1213                               Module *M);
1214
1215     void OptimizeWeakCalls(Function &F);
1216
1217     bool OptimizeSequences(Function &F);
1218
1219     void OptimizeReturns(Function &F);
1220
1221 #ifndef NDEBUG
1222     void GatherStatistics(Function &F, bool AfterOptimization = false);
1223 #endif
1224
1225     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const;
1226     virtual bool doInitialization(Module &M);
1227     virtual bool runOnFunction(Function &F);
1228     virtual void releaseMemory();
1229
1230   public:
1231     static char ID;
1232     ObjCARCOpt() : FunctionPass(ID) {
1233       initializeObjCARCOptPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
1234     }
1235   };
1236 }
1237
1238 char ObjCARCOpt::ID = 0;
1239 INITIALIZE_PASS_BEGIN(ObjCARCOpt,
1240                       "objc-arc", "ObjC ARC optimization", false, false)
1241 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(ObjCARCAliasAnalysis)
1242 INITIALIZE_PASS_END(ObjCARCOpt,
1243                     "objc-arc", "ObjC ARC optimization", false, false)
1244
1245 Pass *llvm::createObjCARCOptPass() {
1246   return new ObjCARCOpt();
1247 }
1248
1249 void ObjCARCOpt::getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
1250   AU.addRequired<ObjCARCAliasAnalysis>();
1251   AU.addRequired<AliasAnalysis>();
1252   // ARC optimization doesn't currently split critical edges.
1253   AU.setPreservesCFG();
1254 }
1255
1256 bool ObjCARCOpt::IsRetainBlockOptimizable(const Instruction *Inst) {
1257   // Without the magic metadata tag, we have to assume this might be an
1258   // objc_retainBlock call inserted to convert a block pointer to an id,
1259   // in which case it really is needed.
1260   if (!Inst->getMetadata(CopyOnEscapeMDKind))
1261     return false;
1262
1263   // If the pointer "escapes" (not including being used in a call),
1264   // the copy may be needed.
1265   if (DoesRetainableObjPtrEscape(Inst))
1266     return false;
1267
1268   // Otherwise, it's not needed.
1269   return true;
1270 }
1271
1272 /// Turn objc_retainAutoreleasedReturnValue into objc_retain if the operand is
1273 /// not a return value.  Or, if it can be paired with an
1274 /// objc_autoreleaseReturnValue, delete the pair and return true.
1275 bool
1276 ObjCARCOpt::OptimizeRetainRVCall(Function &F, Instruction *RetainRV) {
1277   // Check for the argument being from an immediately preceding call or invoke.
1278   const Value *Arg = GetObjCArg(RetainRV);
1279   ImmutableCallSite CS(Arg);
1280   if (const Instruction *Call = CS.getInstruction()) {
1281     if (Call->getParent() == RetainRV->getParent()) {
1282       BasicBlock::const_iterator I = Call;
1283       ++I;
1284       while (IsNoopInstruction(I)) ++I;
1285       if (&*I == RetainRV)
1286         return false;
1287     } else if (const InvokeInst *II = dyn_cast<InvokeInst>(Call)) {
1288       BasicBlock *RetainRVParent = RetainRV->getParent();
1289       if (II->getNormalDest() == RetainRVParent) {
1290         BasicBlock::const_iterator I = RetainRVParent->begin();
1291         while (IsNoopInstruction(I)) ++I;
1292         if (&*I == RetainRV)
1293           return false;
1294       }
1295     }
1296   }
1297
1298   // Check for being preceded by an objc_autoreleaseReturnValue on the same
1299   // pointer. In this case, we can delete the pair.
1300   BasicBlock::iterator I = RetainRV, Begin = RetainRV->getParent()->begin();
1301   if (I != Begin) {
1302     do --I; while (I != Begin && IsNoopInstruction(I));
1303     if (GetBasicInstructionClass(I) == IC_AutoreleaseRV &&
1304         GetObjCArg(I) == Arg) {
1305       Changed = true;
1306       ++NumPeeps;
1307
1308       DEBUG(dbgs() << "Erasing autoreleaseRV,retainRV pair: " << *I << "\n"
1309                    << "Erasing " << *RetainRV << "\n");
1310
1311       EraseInstruction(I);
1312       EraseInstruction(RetainRV);
1313       return true;
1314     }
1315   }
1316
1317   // Turn it to a plain objc_retain.
1318   Changed = true;
1319   ++NumPeeps;
1320
1321   DEBUG(dbgs() << "Transforming objc_retainAutoreleasedReturnValue => "
1322                   "objc_retain since the operand is not a return value.\n"
1323                   "Old = " << *RetainRV << "\n");
1324
1325   Constant *NewDecl = EP.get(ARCRuntimeEntryPoints::EPT_Retain);
1326   cast<CallInst>(RetainRV)->setCalledFunction(NewDecl);
1327
1328   DEBUG(dbgs() << "New = " << *RetainRV << "\n");
1329
1330   return false;
1331 }
1332
1333 /// Turn objc_autoreleaseReturnValue into objc_autorelease if the result is not
1334 /// used as a return value.
1335 void
1336 ObjCARCOpt::OptimizeAutoreleaseRVCall(Function &F, Instruction *AutoreleaseRV,
1337                                       InstructionClass &Class) {
1338   // Check for a return of the pointer value.
1339   const Value *Ptr = GetObjCArg(AutoreleaseRV);
1340   SmallVector<const Value *, 2> Users;
1341   Users.push_back(Ptr);
1342   do {
1343     Ptr = Users.pop_back_val();
1344     for (Value::const_use_iterator UI = Ptr->use_begin(), UE = Ptr->use_end();
1345          UI != UE; ++UI) {
1346       const User *I = *UI;
1347       if (isa<ReturnInst>(I) || GetBasicInstructionClass(I) == IC_RetainRV)
1348         return;
1349       if (isa<BitCastInst>(I))
1350         Users.push_back(I);
1351     }
1352   } while (!Users.empty());
1353
1354   Changed = true;
1355   ++NumPeeps;
1356
1357   DEBUG(dbgs() << "Transforming objc_autoreleaseReturnValue => "
1358                   "objc_autorelease since its operand is not used as a return "
1359                   "value.\n"
1360                   "Old = " << *AutoreleaseRV << "\n");
1361
1362   CallInst *AutoreleaseRVCI = cast<CallInst>(AutoreleaseRV);
1363   Constant *NewDecl = EP.get(ARCRuntimeEntryPoints::EPT_Autorelease);
1364   AutoreleaseRVCI->setCalledFunction(NewDecl);
1365   AutoreleaseRVCI->setTailCall(false); // Never tail call objc_autorelease.
1366   Class = IC_Autorelease;
1367
1368   DEBUG(dbgs() << "New: " << *AutoreleaseRV << "\n");
1369
1370 }
1371
1372 // \brief Attempt to strength reduce objc_retainBlock calls to objc_retain
1373 // calls.
1374 //
1375 // Specifically: If an objc_retainBlock call has the copy_on_escape metadata and
1376 // does not escape (following the rules of block escaping), strength reduce the
1377 // objc_retainBlock to an objc_retain.
1378 //
1379 // TODO: If an objc_retainBlock call is dominated period by a previous
1380 // objc_retainBlock call, strength reduce the objc_retainBlock to an
1381 // objc_retain.
1382 bool
1383 ObjCARCOpt::OptimizeRetainBlockCall(Function &F, Instruction *Inst,
1384                                     InstructionClass &Class) {
1385   assert(GetBasicInstructionClass(Inst) == Class);
1386   assert(IC_RetainBlock == Class);
1387
1388   // If we can not optimize Inst, return false.
1389   if (!IsRetainBlockOptimizable(Inst))
1390     return false;
1391
1392   Changed = true;
1393   ++NumPeeps;
1394
1395   DEBUG(dbgs() << "Strength reduced retainBlock => retain.\n");
1396   DEBUG(dbgs() << "Old: " << *Inst << "\n");
1397   CallInst *RetainBlock = cast<CallInst>(Inst);
1398   Constant *NewDecl = EP.get(ARCRuntimeEntryPoints::EPT_Retain);
1399   RetainBlock->setCalledFunction(NewDecl);
1400   // Remove copy_on_escape metadata.
1401   RetainBlock->setMetadata(CopyOnEscapeMDKind, 0);
1402   Class = IC_Retain;
1403   DEBUG(dbgs() << "New: " << *Inst << "\n");
1404   return true;
1405 }
1406
1407 /// Visit each call, one at a time, and make simplifications without doing any
1408 /// additional analysis.
1409 void ObjCARCOpt::OptimizeIndividualCalls(Function &F) {
1410   DEBUG(dbgs() << "\n== ObjCARCOpt::OptimizeIndividualCalls ==\n");
1411   // Reset all the flags in preparation for recomputing them.
1412   UsedInThisFunction = 0;
1413
1414   // Visit all objc_* calls in F.
1415   for (inst_iterator I = inst_begin(&F), E = inst_end(&F); I != E; ) {
1416     Instruction *Inst = &*I++;
1417
1418     InstructionClass Class = GetBasicInstructionClass(Inst);
1419
1420     DEBUG(dbgs() << "Visiting: Class: " << Class << "; " << *Inst << "\n");
1421
1422     switch (Class) {
1423     default: break;
1424
1425     // Delete no-op casts. These function calls have special semantics, but
1426     // the semantics are entirely implemented via lowering in the front-end,
1427     // so by the time they reach the optimizer, they are just no-op calls
1428     // which return their argument.
1429     //
1430     // There are gray areas here, as the ability to cast reference-counted
1431     // pointers to raw void* and back allows code to break ARC assumptions,
1432     // however these are currently considered to be unimportant.
1433     case IC_NoopCast:
1434       Changed = true;
1435       ++NumNoops;
1436       DEBUG(dbgs() << "Erasing no-op cast: " << *Inst << "\n");
1437       EraseInstruction(Inst);
1438       continue;
1439
1440     // If the pointer-to-weak-pointer is null, it's undefined behavior.
1441     case IC_StoreWeak:
1442     case IC_LoadWeak:
1443     case IC_LoadWeakRetained:
1444     case IC_InitWeak:
1445     case IC_DestroyWeak: {
1446       CallInst *CI = cast<CallInst>(Inst);
1447       if (IsNullOrUndef(CI->getArgOperand(0))) {
1448         Changed = true;
1449         Type *Ty = CI->getArgOperand(0)->getType();
1450         new StoreInst(UndefValue::get(cast<PointerType>(Ty)->getElementType()),
1451                       Constant::getNullValue(Ty),
1452                       CI);
1453         llvm::Value *NewValue = UndefValue::get(CI->getType());
1454         DEBUG(dbgs() << "A null pointer-to-weak-pointer is undefined behavior."
1455                        "\nOld = " << *CI << "\nNew = " << *NewValue << "\n");
1456         CI->replaceAllUsesWith(NewValue);
1457         CI->eraseFromParent();
1458         continue;
1459       }
1460       break;
1461     }
1462     case IC_CopyWeak:
1463     case IC_MoveWeak: {
1464       CallInst *CI = cast<CallInst>(Inst);
1465       if (IsNullOrUndef(CI->getArgOperand(0)) ||
1466           IsNullOrUndef(CI->getArgOperand(1))) {
1467         Changed = true;
1468         Type *Ty = CI->getArgOperand(0)->getType();
1469         new StoreInst(UndefValue::get(cast<PointerType>(Ty)->getElementType()),
1470                       Constant::getNullValue(Ty),
1471                       CI);
1472
1473         llvm::Value *NewValue = UndefValue::get(CI->getType());
1474         DEBUG(dbgs() << "A null pointer-to-weak-pointer is undefined behavior."
1475                         "\nOld = " << *CI << "\nNew = " << *NewValue << "\n");
1476
1477         CI->replaceAllUsesWith(NewValue);
1478         CI->eraseFromParent();
1479         continue;
1480       }
1481       break;
1482     }
1483     case IC_RetainBlock:
1484       // If we strength reduce an objc_retainBlock to an objc_retain, continue
1485       // onto the objc_retain peephole optimizations. Otherwise break.
1486       OptimizeRetainBlockCall(F, Inst, Class);
1487       break;
1488     case IC_RetainRV:
1489       if (OptimizeRetainRVCall(F, Inst))
1490         continue;
1491       break;
1492     case IC_AutoreleaseRV:
1493       OptimizeAutoreleaseRVCall(F, Inst, Class);
1494       break;
1495     }
1496
1497     // objc_autorelease(x) -> objc_release(x) if x is otherwise unused.
1498     if (IsAutorelease(Class) && Inst->use_empty()) {
1499       CallInst *Call = cast<CallInst>(Inst);
1500       const Value *Arg = Call->getArgOperand(0);
1501       Arg = FindSingleUseIdentifiedObject(Arg);
1502       if (Arg) {
1503         Changed = true;
1504         ++NumAutoreleases;
1505
1506         // Create the declaration lazily.
1507         LLVMContext &C = Inst->getContext();
1508
1509         Constant *Decl = EP.get(ARCRuntimeEntryPoints::EPT_Release);
1510         CallInst *NewCall = CallInst::Create(Decl, Call->getArgOperand(0), "",
1511                                              Call);
1512         NewCall->setMetadata(ImpreciseReleaseMDKind, MDNode::get(C, None));
1513
1514         DEBUG(dbgs() << "Replacing autorelease{,RV}(x) with objc_release(x) "
1515               "since x is otherwise unused.\nOld: " << *Call << "\nNew: "
1516               << *NewCall << "\n");
1517
1518         EraseInstruction(Call);
1519         Inst = NewCall;
1520         Class = IC_Release;
1521       }
1522     }
1523
1524     // For functions which can never be passed stack arguments, add
1525     // a tail keyword.
1526     if (IsAlwaysTail(Class)) {
1527       Changed = true;
1528       DEBUG(dbgs() << "Adding tail keyword to function since it can never be "
1529                       "passed stack args: " << *Inst << "\n");
1530       cast<CallInst>(Inst)->setTailCall();
1531     }
1532
1533     // Ensure that functions that can never have a "tail" keyword due to the
1534     // semantics of ARC truly do not do so.
1535     if (IsNeverTail(Class)) {
1536       Changed = true;
1537       DEBUG(dbgs() << "Removing tail keyword from function: " << *Inst <<
1538             "\n");
1539       cast<CallInst>(Inst)->setTailCall(false);
1540     }
1541
1542     // Set nounwind as needed.
1543     if (IsNoThrow(Class)) {
1544       Changed = true;
1545       DEBUG(dbgs() << "Found no throw class. Setting nounwind on: " << *Inst
1546                    << "\n");
1547       cast<CallInst>(Inst)->setDoesNotThrow();
1548     }
1549
1550     if (!IsNoopOnNull(Class)) {
1551       UsedInThisFunction |= 1 << Class;
1552       continue;
1553     }
1554
1555     const Value *Arg = GetObjCArg(Inst);
1556
1557     // ARC calls with null are no-ops. Delete them.
1558     if (IsNullOrUndef(Arg)) {
1559       Changed = true;
1560       ++NumNoops;
1561       DEBUG(dbgs() << "ARC calls with  null are no-ops. Erasing: " << *Inst
1562             << "\n");
1563       EraseInstruction(Inst);
1564       continue;
1565     }
1566
1567     // Keep track of which of retain, release, autorelease, and retain_block
1568     // are actually present in this function.
1569     UsedInThisFunction |= 1 << Class;
1570
1571     // If Arg is a PHI, and one or more incoming values to the
1572     // PHI are null, and the call is control-equivalent to the PHI, and there
1573     // are no relevant side effects between the PHI and the call, the call
1574     // could be pushed up to just those paths with non-null incoming values.
1575     // For now, don't bother splitting critical edges for this.
1576     SmallVector<std::pair<Instruction *, const Value *>, 4> Worklist;
1577     Worklist.push_back(std::make_pair(Inst, Arg));
1578     do {
1579       std::pair<Instruction *, const Value *> Pair = Worklist.pop_back_val();
1580       Inst = Pair.first;
1581       Arg = Pair.second;
1582
1583       const PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(Arg);
1584       if (!PN) continue;
1585
1586       // Determine if the PHI has any null operands, or any incoming
1587       // critical edges.
1588       bool HasNull = false;
1589       bool HasCriticalEdges = false;
1590       for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
1591         Value *Incoming =
1592           StripPointerCastsAndObjCCalls(PN->getIncomingValue(i));
1593         if (IsNullOrUndef(Incoming))
1594           HasNull = true;
1595         else if (cast<TerminatorInst>(PN->getIncomingBlock(i)->back())
1596                    .getNumSuccessors() != 1) {
1597           HasCriticalEdges = true;
1598           break;
1599         }
1600       }
1601       // If we have null operands and no critical edges, optimize.
1602       if (!HasCriticalEdges && HasNull) {
1603         SmallPtrSet<Instruction *, 4> DependingInstructions;
1604         SmallPtrSet<const BasicBlock *, 4> Visited;
1605
1606         // Check that there is nothing that cares about the reference
1607         // count between the call and the phi.
1608         switch (Class) {
1609         case IC_Retain:
1610         case IC_RetainBlock:
1611           // These can always be moved up.
1612           break;
1613         case IC_Release:
1614           // These can't be moved across things that care about the retain
1615           // count.
1616           FindDependencies(NeedsPositiveRetainCount, Arg,
1617                            Inst->getParent(), Inst,
1618                            DependingInstructions, Visited, PA);
1619           break;
1620         case IC_Autorelease:
1621           // These can't be moved across autorelease pool scope boundaries.
1622           FindDependencies(AutoreleasePoolBoundary, Arg,
1623                            Inst->getParent(), Inst,
1624                            DependingInstructions, Visited, PA);
1625           break;
1626         case IC_RetainRV:
1627         case IC_AutoreleaseRV:
1628           // Don't move these; the RV optimization depends on the autoreleaseRV
1629           // being tail called, and the retainRV being immediately after a call
1630           // (which might still happen if we get lucky with codegen layout, but
1631           // it's not worth taking the chance).
1632           continue;
1633         default:
1634           llvm_unreachable("Invalid dependence flavor");
1635         }
1636
1637         if (DependingInstructions.size() == 1 &&
1638             *DependingInstructions.begin() == PN) {
1639           Changed = true;
1640           ++NumPartialNoops;
1641           // Clone the call into each predecessor that has a non-null value.
1642           CallInst *CInst = cast<CallInst>(Inst);
1643           Type *ParamTy = CInst->getArgOperand(0)->getType();
1644           for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
1645             Value *Incoming =
1646               StripPointerCastsAndObjCCalls(PN->getIncomingValue(i));
1647             if (!IsNullOrUndef(Incoming)) {
1648               CallInst *Clone = cast<CallInst>(CInst->clone());
1649               Value *Op = PN->getIncomingValue(i);
1650               Instruction *InsertPos = &PN->getIncomingBlock(i)->back();
1651               if (Op->getType() != ParamTy)
1652                 Op = new BitCastInst(Op, ParamTy, "", InsertPos);
1653               Clone->setArgOperand(0, Op);
1654               Clone->insertBefore(InsertPos);
1655
1656               DEBUG(dbgs() << "Cloning "
1657                            << *CInst << "\n"
1658                            "And inserting clone at " << *InsertPos << "\n");
1659               Worklist.push_back(std::make_pair(Clone, Incoming));
1660             }
1661           }
1662           // Erase the original call.
1663           DEBUG(dbgs() << "Erasing: " << *CInst << "\n");
1664           EraseInstruction(CInst);
1665           continue;
1666         }
1667       }
1668     } while (!Worklist.empty());
1669   }
1670 }
1671
1672 /// If we have a top down pointer in the S_Use state, make sure that there are
1673 /// no CFG hazards by checking the states of various bottom up pointers.
1674 static void CheckForUseCFGHazard(const Sequence SuccSSeq,
1675                                  const bool SuccSRRIKnownSafe,
1676                                  PtrState &S,
1677                                  bool &SomeSuccHasSame,
1678                                  bool &AllSuccsHaveSame,
1679                                  bool &NotAllSeqEqualButKnownSafe,
1680                                  bool &ShouldContinue) {
1681   switch (SuccSSeq) {
1682   case S_CanRelease: {
1683     if (!S.IsKnownSafe() && !SuccSRRIKnownSafe) {
1684       S.ClearSequenceProgress();
1685       break;
1686     }
1687     S.SetCFGHazardAfflicted(true);
1688     ShouldContinue = true;
1689     break;
1690   }
1691   case S_Use:
1692     SomeSuccHasSame = true;
1693     break;
1694   case S_Stop:
1695   case S_Release:
1696   case S_MovableRelease:
1697     if (!S.IsKnownSafe() && !SuccSRRIKnownSafe)
1698       AllSuccsHaveSame = false;
1699     else
1700       NotAllSeqEqualButKnownSafe = true;
1701     break;
1702   case S_Retain:
1703     llvm_unreachable("bottom-up pointer in retain state!");
1704   case S_None:
1705     llvm_unreachable("This should have been handled earlier.");
1706   }
1707 }
1708
1709 /// If we have a Top Down pointer in the S_CanRelease state, make sure that
1710 /// there are no CFG hazards by checking the states of various bottom up
1711 /// pointers.
1712 static void CheckForCanReleaseCFGHazard(const Sequence SuccSSeq,
1713                                         const bool SuccSRRIKnownSafe,
1714                                         PtrState &S,
1715                                         bool &SomeSuccHasSame,
1716                                         bool &AllSuccsHaveSame,
1717                                         bool &NotAllSeqEqualButKnownSafe) {
1718   switch (SuccSSeq) {
1719   case S_CanRelease:
1720     SomeSuccHasSame = true;
1721     break;
1722   case S_Stop:
1723   case S_Release:
1724   case S_MovableRelease:
1725   case S_Use:
1726     if (!S.IsKnownSafe() && !SuccSRRIKnownSafe)
1727       AllSuccsHaveSame = false;
1728     else
1729       NotAllSeqEqualButKnownSafe = true;
1730     break;
1731   case S_Retain:
1732     llvm_unreachable("bottom-up pointer in retain state!");
1733   case S_None:
1734     llvm_unreachable("This should have been handled earlier.");
1735   }
1736 }
1737
1738 /// Check for critical edges, loop boundaries, irreducible control flow, or
1739 /// other CFG structures where moving code across the edge would result in it
1740 /// being executed more.
1741 void
1742 ObjCARCOpt::CheckForCFGHazards(const BasicBlock *BB,
1743                                DenseMap<const BasicBlock *, BBState> &BBStates,
1744                                BBState &MyStates) const {
1745   // If any top-down local-use or possible-dec has a succ which is earlier in
1746   // the sequence, forget it.
1747   for (BBState::ptr_iterator I = MyStates.top_down_ptr_begin(),
1748          E = MyStates.top_down_ptr_end(); I != E; ++I) {
1749     PtrState &S = I->second;
1750     const Sequence Seq = I->second.GetSeq();
1751
1752     // We only care about S_Retain, S_CanRelease, and S_Use.
1753     if (Seq == S_None)
1754       continue;
1755
1756     // Make sure that if extra top down states are added in the future that this
1757     // code is updated to handle it.
1758     assert((Seq == S_Retain || Seq == S_CanRelease || Seq == S_Use) &&
1759            "Unknown top down sequence state.");
1760
1761     const Value *Arg = I->first;
1762     const TerminatorInst *TI = cast<TerminatorInst>(&BB->back());
1763     bool SomeSuccHasSame = false;
1764     bool AllSuccsHaveSame = true;
1765     bool NotAllSeqEqualButKnownSafe = false;
1766
1767     succ_const_iterator SI(TI), SE(TI, false);
1768
1769     for (; SI != SE; ++SI) {
1770       // If VisitBottomUp has pointer information for this successor, take
1771       // what we know about it.
1772       const DenseMap<const BasicBlock *, BBState>::iterator BBI =
1773         BBStates.find(*SI);
1774       assert(BBI != BBStates.end());
1775       const PtrState &SuccS = BBI->second.getPtrBottomUpState(Arg);
1776       const Sequence SuccSSeq = SuccS.GetSeq();
1777
1778       // If bottom up, the pointer is in an S_None state, clear the sequence
1779       // progress since the sequence in the bottom up state finished
1780       // suggesting a mismatch in between retains/releases. This is true for
1781       // all three cases that we are handling here: S_Retain, S_Use, and
1782       // S_CanRelease.
1783       if (SuccSSeq == S_None) {
1784         S.ClearSequenceProgress();
1785         continue;
1786       }
1787
1788       // If we have S_Use or S_CanRelease, perform our check for cfg hazard
1789       // checks.
1790       const bool SuccSRRIKnownSafe = SuccS.IsKnownSafe();
1791
1792       // *NOTE* We do not use Seq from above here since we are allowing for
1793       // S.GetSeq() to change while we are visiting basic blocks.
1794       switch(S.GetSeq()) {
1795       case S_Use: {
1796         bool ShouldContinue = false;
1797         CheckForUseCFGHazard(SuccSSeq, SuccSRRIKnownSafe, S, SomeSuccHasSame,
1798                              AllSuccsHaveSame, NotAllSeqEqualButKnownSafe,
1799                              ShouldContinue);
1800         if (ShouldContinue)
1801           continue;
1802         break;
1803       }
1804       case S_CanRelease: {
1805         CheckForCanReleaseCFGHazard(SuccSSeq, SuccSRRIKnownSafe, S,
1806                                     SomeSuccHasSame, AllSuccsHaveSame,
1807                                     NotAllSeqEqualButKnownSafe);
1808         break;
1809       }
1810       case S_Retain:
1811       case S_None:
1812       case S_Stop:
1813       case S_Release:
1814       case S_MovableRelease:
1815         break;
1816       }
1817     }
1818
1819     // If the state at the other end of any of the successor edges
1820     // matches the current state, require all edges to match. This
1821     // guards against loops in the middle of a sequence.
1822     if (SomeSuccHasSame && !AllSuccsHaveSame) {
1823       S.ClearSequenceProgress();
1824     } else if (NotAllSeqEqualButKnownSafe) {
1825       // If we would have cleared the state foregoing the fact that we are known
1826       // safe, stop code motion. This is because whether or not it is safe to
1827       // remove RR pairs via KnownSafe is an orthogonal concept to whether we
1828       // are allowed to perform code motion.
1829       S.SetCFGHazardAfflicted(true);
1830     }
1831   }
1832 }
1833
1834 bool
1835 ObjCARCOpt::VisitInstructionBottomUp(Instruction *Inst,
1836                                      BasicBlock *BB,
1837                                      MapVector<Value *, RRInfo> &Retains,
1838                                      BBState &MyStates) {
1839   bool NestingDetected = false;
1840   InstructionClass Class = GetInstructionClass(Inst);
1841   const Value *Arg = 0;
1842
1843   DEBUG(dbgs() << "Class: " << Class << "\n");
1844
1845   switch (Class) {
1846   case IC_Release: {
1847     Arg = GetObjCArg(Inst);
1848
1849     PtrState &S = MyStates.getPtrBottomUpState(Arg);
1850
1851     // If we see two releases in a row on the same pointer. If so, make
1852     // a note, and we'll cicle back to revisit it after we've
1853     // hopefully eliminated the second release, which may allow us to
1854     // eliminate the first release too.
1855     // Theoretically we could implement removal of nested retain+release
1856     // pairs by making PtrState hold a stack of states, but this is
1857     // simple and avoids adding overhead for the non-nested case.
1858     if (S.GetSeq() == S_Release || S.GetSeq() == S_MovableRelease) {
1859       DEBUG(dbgs() << "Found nested releases (i.e. a release pair)\n");
1860       NestingDetected = true;
1861     }
1862
1863     MDNode *ReleaseMetadata = Inst->getMetadata(ImpreciseReleaseMDKind);
1864     Sequence NewSeq = ReleaseMetadata ? S_MovableRelease : S_Release;
1865     ANNOTATE_BOTTOMUP(Inst, Arg, S.GetSeq(), NewSeq);
1866     S.ResetSequenceProgress(NewSeq);
1867     S.SetReleaseMetadata(ReleaseMetadata);
1868     S.SetKnownSafe(S.HasKnownPositiveRefCount());
1869     S.SetTailCallRelease(cast<CallInst>(Inst)->isTailCall());
1870     S.InsertCall(Inst);
1871     S.SetKnownPositiveRefCount();
1872     break;
1873   }
1874   case IC_RetainBlock:
1875     // In OptimizeIndividualCalls, we have strength reduced all optimizable
1876     // objc_retainBlocks to objc_retains. Thus at this point any
1877     // objc_retainBlocks that we see are not optimizable.
1878     break;
1879   case IC_Retain:
1880   case IC_RetainRV: {
1881     Arg = GetObjCArg(Inst);
1882
1883     PtrState &S = MyStates.getPtrBottomUpState(Arg);
1884     S.SetKnownPositiveRefCount();
1885
1886     Sequence OldSeq = S.GetSeq();
1887     switch (OldSeq) {
1888     case S_Stop:
1889     case S_Release:
1890     case S_MovableRelease:
1891     case S_Use:
1892       // If OldSeq is not S_Use or OldSeq is S_Use and we are tracking an
1893       // imprecise release, clear our reverse insertion points.
1894       if (OldSeq != S_Use || S.IsTrackingImpreciseReleases())
1895         S.ClearReverseInsertPts();
1896       // FALL THROUGH
1897     case S_CanRelease:
1898       // Don't do retain+release tracking for IC_RetainRV, because it's
1899       // better to let it remain as the first instruction after a call.
1900       if (Class != IC_RetainRV)
1901         Retains[Inst] = S.GetRRInfo();
1902       S.ClearSequenceProgress();
1903       break;
1904     case S_None:
1905       break;
1906     case S_Retain:
1907       llvm_unreachable("bottom-up pointer in retain state!");
1908     }
1909     ANNOTATE_BOTTOMUP(Inst, Arg, OldSeq, S.GetSeq());
1910     // A retain moving bottom up can be a use.
1911     break;
1912   }
1913   case IC_AutoreleasepoolPop:
1914     // Conservatively, clear MyStates for all known pointers.
1915     MyStates.clearBottomUpPointers();
1916     return NestingDetected;
1917   case IC_AutoreleasepoolPush:
1918   case IC_None:
1919     // These are irrelevant.
1920     return NestingDetected;
1921   case IC_User:
1922     // If we have a store into an alloca of a pointer we are tracking, the
1923     // pointer has multiple owners implying that we must be more conservative.
1924     //
1925     // This comes up in the context of a pointer being ``KnownSafe''. In the
1926     // presense of a block being initialized, the frontend will emit the
1927     // objc_retain on the original pointer and the release on the pointer loaded
1928     // from the alloca. The optimizer will through the provenance analysis
1929     // realize that the two are related, but since we only require KnownSafe in
1930     // one direction, will match the inner retain on the original pointer with
1931     // the guard release on the original pointer. This is fixed by ensuring that
1932     // in the presense of allocas we only unconditionally remove pointers if
1933     // both our retain and our release are KnownSafe.
1934     if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Inst)) {
1935       if (AreAnyUnderlyingObjectsAnAlloca(SI->getPointerOperand())) {
1936         BBState::ptr_iterator I = MyStates.findPtrBottomUpState(
1937           StripPointerCastsAndObjCCalls(SI->getValueOperand()));
1938         if (I != MyStates.bottom_up_ptr_end())
1939           MultiOwnersSet.insert(I->first);
1940       }
1941     }
1942     break;
1943   default:
1944     break;
1945   }
1946
1947   // Consider any other possible effects of this instruction on each
1948   // pointer being tracked.
1949   for (BBState::ptr_iterator MI = MyStates.bottom_up_ptr_begin(),
1950        ME = MyStates.bottom_up_ptr_end(); MI != ME; ++MI) {
1951     const Value *Ptr = MI->first;
1952     if (Ptr == Arg)
1953       continue; // Handled above.
1954     PtrState &S = MI->second;
1955     Sequence Seq = S.GetSeq();
1956
1957     // Check for possible releases.
1958     if (CanAlterRefCount(Inst, Ptr, PA, Class)) {
1959       DEBUG(dbgs() << "CanAlterRefCount: Seq: " << Seq << "; " << *Ptr
1960             << "\n");
1961       S.ClearKnownPositiveRefCount();
1962       switch (Seq) {
1963       case S_Use:
1964         S.SetSeq(S_CanRelease);
1965         ANNOTATE_BOTTOMUP(Inst, Ptr, Seq, S.GetSeq());
1966         continue;
1967       case S_CanRelease:
1968       case S_Release:
1969       case S_MovableRelease:
1970       case S_Stop:
1971       case S_None:
1972         break;
1973       case S_Retain:
1974         llvm_unreachable("bottom-up pointer in retain state!");
1975       }
1976     }
1977
1978     // Check for possible direct uses.
1979     switch (Seq) {
1980     case S_Release:
1981     case S_MovableRelease:
1982       if (CanUse(Inst, Ptr, PA, Class)) {
1983         DEBUG(dbgs() << "CanUse: Seq: " << Seq << "; " << *Ptr
1984               << "\n");
1985         assert(!S.HasReverseInsertPts());
1986         // If this is an invoke instruction, we're scanning it as part of
1987         // one of its successor blocks, since we can't insert code after it
1988         // in its own block, and we don't want to split critical edges.
1989         if (isa<InvokeInst>(Inst))
1990           S.InsertReverseInsertPt(BB->getFirstInsertionPt());
1991         else
1992           S.InsertReverseInsertPt(llvm::next(BasicBlock::iterator(Inst)));
1993         S.SetSeq(S_Use);
1994         ANNOTATE_BOTTOMUP(Inst, Ptr, Seq, S_Use);
1995       } else if (Seq == S_Release && IsUser(Class)) {
1996         DEBUG(dbgs() << "PreciseReleaseUse: Seq: " << Seq << "; " << *Ptr
1997               << "\n");
1998         // Non-movable releases depend on any possible objc pointer use.
1999         S.SetSeq(S_Stop);
2000         ANNOTATE_BOTTOMUP(Inst, Ptr, S_Release, S_Stop);
2001         assert(!S.HasReverseInsertPts());
2002         // As above; handle invoke specially.
2003         if (isa<InvokeInst>(Inst))
2004           S.InsertReverseInsertPt(BB->getFirstInsertionPt());
2005         else
2006           S.InsertReverseInsertPt(llvm::next(BasicBlock::iterator(Inst)));
2007       }
2008       break;
2009     case S_Stop:
2010       if (CanUse(Inst, Ptr, PA, Class)) {
2011         DEBUG(dbgs() << "PreciseStopUse: Seq: " << Seq << "; " << *Ptr
2012               << "\n");
2013         S.SetSeq(S_Use);
2014         ANNOTATE_BOTTOMUP(Inst, Ptr, Seq, S_Use);
2015       }
2016       break;
2017     case S_CanRelease:
2018     case S_Use:
2019     case S_None:
2020       break;
2021     case S_Retain:
2022       llvm_unreachable("bottom-up pointer in retain state!");
2023     }
2024   }
2025
2026   return NestingDetected;
2027 }
2028
2029 bool
2030 ObjCARCOpt::VisitBottomUp(BasicBlock *BB,
2031                           DenseMap<const BasicBlock *, BBState> &BBStates,
2032                           MapVector<Value *, RRInfo> &Retains) {
2033
2034   DEBUG(dbgs() << "\n== ObjCARCOpt::VisitBottomUp ==\n");
2035
2036   bool NestingDetected = false;
2037   BBState &MyStates = BBStates[BB];
2038
2039   // Merge the states from each successor to compute the initial state
2040   // for the current block.
2041   BBState::edge_iterator SI(MyStates.succ_begin()),
2042                          SE(MyStates.succ_end());
2043   if (SI != SE) {
2044     const BasicBlock *Succ = *SI;
2045     DenseMap<const BasicBlock *, BBState>::iterator I = BBStates.find(Succ);
2046     assert(I != BBStates.end());
2047     MyStates.InitFromSucc(I->second);
2048     ++SI;
2049     for (; SI != SE; ++SI) {
2050       Succ = *SI;
2051       I = BBStates.find(Succ);
2052       assert(I != BBStates.end());
2053       MyStates.MergeSucc(I->second);
2054     }
2055   }
2056
2057   // If ARC Annotations are enabled, output the current state of pointers at the
2058   // bottom of the basic block.
2059   ANNOTATE_BOTTOMUP_BBEND(MyStates, BB);
2060
2061   // Visit all the instructions, bottom-up.
2062   for (BasicBlock::iterator I = BB->end(), E = BB->begin(); I != E; --I) {
2063     Instruction *Inst = llvm::prior(I);
2064
2065     // Invoke instructions are visited as part of their successors (below).
2066     if (isa<InvokeInst>(Inst))
2067       continue;
2068
2069     DEBUG(dbgs() << "Visiting " << *Inst << "\n");
2070
2071     NestingDetected |= VisitInstructionBottomUp(Inst, BB, Retains, MyStates);
2072   }
2073
2074   // If there's a predecessor with an invoke, visit the invoke as if it were
2075   // part of this block, since we can't insert code after an invoke in its own
2076   // block, and we don't want to split critical edges.
2077   for (BBState::edge_iterator PI(MyStates.pred_begin()),
2078        PE(MyStates.pred_end()); PI != PE; ++PI) {
2079     BasicBlock *Pred = *PI;
2080     if (InvokeInst *II = dyn_cast<InvokeInst>(&Pred->back()))
2081       NestingDetected |= VisitInstructionBottomUp(II, BB, Retains, MyStates);
2082   }
2083
2084   // If ARC Annotations are enabled, output the current state of pointers at the
2085   // top of the basic block.
2086   ANNOTATE_BOTTOMUP_BBSTART(MyStates, BB);
2087
2088   return NestingDetected;
2089 }
2090
2091 bool
2092 ObjCARCOpt::VisitInstructionTopDown(Instruction *Inst,
2093                                     DenseMap<Value *, RRInfo> &Releases,
2094                                     BBState &MyStates) {
2095   bool NestingDetected = false;
2096   InstructionClass Class = GetInstructionClass(Inst);
2097   const Value *Arg = 0;
2098
2099   switch (Class) {
2100   case IC_RetainBlock:
2101     // In OptimizeIndividualCalls, we have strength reduced all optimizable
2102     // objc_retainBlocks to objc_retains. Thus at this point any
2103     // objc_retainBlocks that we see are not optimizable.
2104     break;
2105   case IC_Retain:
2106   case IC_RetainRV: {
2107     Arg = GetObjCArg(Inst);
2108
2109     PtrState &S = MyStates.getPtrTopDownState(Arg);
2110
2111     // Don't do retain+release tracking for IC_RetainRV, because it's
2112     // better to let it remain as the first instruction after a call.
2113     if (Class != IC_RetainRV) {
2114       // If we see two retains in a row on the same pointer. If so, make
2115       // a note, and we'll cicle back to revisit it after we've
2116       // hopefully eliminated the second retain, which may allow us to
2117       // eliminate the first retain too.
2118       // Theoretically we could implement removal of nested retain+release
2119       // pairs by making PtrState hold a stack of states, but this is
2120       // simple and avoids adding overhead for the non-nested case.
2121       if (S.GetSeq() == S_Retain)
2122         NestingDetected = true;
2123
2124       ANNOTATE_TOPDOWN(Inst, Arg, S.GetSeq(), S_Retain);
2125       S.ResetSequenceProgress(S_Retain);
2126       S.SetKnownSafe(S.HasKnownPositiveRefCount());
2127       S.InsertCall(Inst);
2128     }
2129
2130     S.SetKnownPositiveRefCount();
2131
2132     // A retain can be a potential use; procede to the generic checking
2133     // code below.
2134     break;
2135   }
2136   case IC_Release: {
2137     Arg = GetObjCArg(Inst);
2138
2139     PtrState &S = MyStates.getPtrTopDownState(Arg);
2140     S.ClearKnownPositiveRefCount();
2141
2142     Sequence OldSeq = S.GetSeq();
2143
2144     MDNode *ReleaseMetadata = Inst->getMetadata(ImpreciseReleaseMDKind);
2145
2146     switch (OldSeq) {
2147     case S_Retain:
2148     case S_CanRelease:
2149       if (OldSeq == S_Retain || ReleaseMetadata != 0)
2150         S.ClearReverseInsertPts();
2151       // FALL THROUGH
2152     case S_Use:
2153       S.SetReleaseMetadata(ReleaseMetadata);
2154       S.SetTailCallRelease(cast<CallInst>(Inst)->isTailCall());
2155       Releases[Inst] = S.GetRRInfo();
2156       ANNOTATE_TOPDOWN(Inst, Arg, S.GetSeq(), S_None);
2157       S.ClearSequenceProgress();
2158       break;
2159     case S_None:
2160       break;
2161     case S_Stop:
2162     case S_Release:
2163     case S_MovableRelease:
2164       llvm_unreachable("top-down pointer in release state!");
2165     }
2166     break;
2167   }
2168   case IC_AutoreleasepoolPop:
2169     // Conservatively, clear MyStates for all known pointers.
2170     MyStates.clearTopDownPointers();
2171     return NestingDetected;
2172   case IC_AutoreleasepoolPush:
2173   case IC_None:
2174     // These are irrelevant.
2175     return NestingDetected;
2176   default:
2177     break;
2178   }
2179
2180   // Consider any other possible effects of this instruction on each
2181   // pointer being tracked.
2182   for (BBState::ptr_iterator MI = MyStates.top_down_ptr_begin(),
2183        ME = MyStates.top_down_ptr_end(); MI != ME; ++MI) {
2184     const Value *Ptr = MI->first;
2185     if (Ptr == Arg)
2186       continue; // Handled above.
2187     PtrState &S = MI->second;
2188     Sequence Seq = S.GetSeq();
2189
2190     // Check for possible releases.
2191     if (CanAlterRefCount(Inst, Ptr, PA, Class)) {
2192       DEBUG(dbgs() << "CanAlterRefCount: Seq: " << Seq << "; " << *Ptr
2193             << "\n");
2194       S.ClearKnownPositiveRefCount();
2195       switch (Seq) {
2196       case S_Retain:
2197         S.SetSeq(S_CanRelease);
2198         ANNOTATE_TOPDOWN(Inst, Ptr, Seq, S_CanRelease);
2199         assert(!S.HasReverseInsertPts());
2200         S.InsertReverseInsertPt(Inst);
2201
2202         // One call can't cause a transition from S_Retain to S_CanRelease
2203         // and S_CanRelease to S_Use. If we've made the first transition,
2204         // we're done.
2205         continue;
2206       case S_Use:
2207       case S_CanRelease:
2208       case S_None:
2209         break;
2210       case S_Stop:
2211       case S_Release:
2212       case S_MovableRelease:
2213         llvm_unreachable("top-down pointer in release state!");
2214       }
2215     }
2216
2217     // Check for possible direct uses.
2218     switch (Seq) {
2219     case S_CanRelease:
2220       if (CanUse(Inst, Ptr, PA, Class)) {
2221         DEBUG(dbgs() << "CanUse: Seq: " << Seq << "; " << *Ptr
2222               << "\n");
2223         S.SetSeq(S_Use);
2224         ANNOTATE_TOPDOWN(Inst, Ptr, Seq, S_Use);
2225       }
2226       break;
2227     case S_Retain:
2228     case S_Use:
2229     case S_None:
2230       break;
2231     case S_Stop:
2232     case S_Release:
2233     case S_MovableRelease:
2234       llvm_unreachable("top-down pointer in release state!");
2235     }
2236   }
2237
2238   return NestingDetected;
2239 }
2240
2241 bool
2242 ObjCARCOpt::VisitTopDown(BasicBlock *BB,
2243                          DenseMap<const BasicBlock *, BBState> &BBStates,
2244                          DenseMap<Value *, RRInfo> &Releases) {
2245   DEBUG(dbgs() << "\n== ObjCARCOpt::VisitTopDown ==\n");
2246   bool NestingDetected = false;
2247   BBState &MyStates = BBStates[BB];
2248
2249   // Merge the states from each predecessor to compute the initial state
2250   // for the current block.
2251   BBState::edge_iterator PI(MyStates.pred_begin()),
2252                          PE(MyStates.pred_end());
2253   if (PI != PE) {
2254     const BasicBlock *Pred = *PI;
2255     DenseMap<const BasicBlock *, BBState>::iterator I = BBStates.find(Pred);
2256     assert(I != BBStates.end());
2257     MyStates.InitFromPred(I->second);
2258     ++PI;
2259     for (; PI != PE; ++PI) {
2260       Pred = *PI;
2261       I = BBStates.find(Pred);
2262       assert(I != BBStates.end());
2263       MyStates.MergePred(I->second);
2264     }
2265   }
2266
2267   // If ARC Annotations are enabled, output the current state of pointers at the
2268   // top of the basic block.
2269   ANNOTATE_TOPDOWN_BBSTART(MyStates, BB);
2270
2271   // Visit all the instructions, top-down.
2272   for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(), E = BB->end(); I != E; ++I) {
2273     Instruction *Inst = I;
2274
2275     DEBUG(dbgs() << "Visiting " << *Inst << "\n");
2276
2277     NestingDetected |= VisitInstructionTopDown(Inst, Releases, MyStates);
2278   }
2279
2280   // If ARC Annotations are enabled, output the current state of pointers at the
2281   // bottom of the basic block.
2282   ANNOTATE_TOPDOWN_BBEND(MyStates, BB);
2283
2284 #ifdef ARC_ANNOTATIONS
2285   if (!(EnableARCAnnotations && DisableCheckForCFGHazards))
2286 #endif
2287   CheckForCFGHazards(BB, BBStates, MyStates);
2288   return NestingDetected;
2289 }
2290
2291 static void
2292 ComputePostOrders(Function &F,
2293                   SmallVectorImpl<BasicBlock *> &PostOrder,
2294                   SmallVectorImpl<BasicBlock *> &ReverseCFGPostOrder,
2295                   unsigned NoObjCARCExceptionsMDKind,
2296                   DenseMap<const BasicBlock *, BBState> &BBStates) {
2297   /// The visited set, for doing DFS walks.
2298   SmallPtrSet<BasicBlock *, 16> Visited;
2299
2300   // Do DFS, computing the PostOrder.
2301   SmallPtrSet<BasicBlock *, 16> OnStack;
2302   SmallVector<std::pair<BasicBlock *, succ_iterator>, 16> SuccStack;
2303
2304   // Functions always have exactly one entry block, and we don't have
2305   // any other block that we treat like an entry block.
2306   BasicBlock *EntryBB = &F.getEntryBlock();
2307   BBState &MyStates = BBStates[EntryBB];
2308   MyStates.SetAsEntry();
2309   TerminatorInst *EntryTI = cast<TerminatorInst>(&EntryBB->back());
2310   SuccStack.push_back(std::make_pair(EntryBB, succ_iterator(EntryTI)));
2311   Visited.insert(EntryBB);
2312   OnStack.insert(EntryBB);
2313   do {
2314   dfs_next_succ:
2315     BasicBlock *CurrBB = SuccStack.back().first;
2316     TerminatorInst *TI = cast<TerminatorInst>(&CurrBB->back());
2317     succ_iterator SE(TI, false);
2318
2319     while (SuccStack.back().second != SE) {
2320       BasicBlock *SuccBB = *SuccStack.back().second++;
2321       if (Visited.insert(SuccBB)) {
2322         TerminatorInst *TI = cast<TerminatorInst>(&SuccBB->back());
2323         SuccStack.push_back(std::make_pair(SuccBB, succ_iterator(TI)));
2324         BBStates[CurrBB].addSucc(SuccBB);
2325         BBState &SuccStates = BBStates[SuccBB];
2326         SuccStates.addPred(CurrBB);
2327         OnStack.insert(SuccBB);
2328         goto dfs_next_succ;
2329       }
2330
2331       if (!OnStack.count(SuccBB)) {
2332         BBStates[CurrBB].addSucc(SuccBB);
2333         BBStates[SuccBB].addPred(CurrBB);
2334       }
2335     }
2336     OnStack.erase(CurrBB);
2337     PostOrder.push_back(CurrBB);
2338     SuccStack.pop_back();
2339   } while (!SuccStack.empty());
2340
2341   Visited.clear();
2342
2343   // Do reverse-CFG DFS, computing the reverse-CFG PostOrder.
2344   // Functions may have many exits, and there also blocks which we treat
2345   // as exits due to ignored edges.
2346   SmallVector<std::pair<BasicBlock *, BBState::edge_iterator>, 16> PredStack;
2347   for (Function::iterator I = F.begin(), E = F.end(); I != E; ++I) {
2348     BasicBlock *ExitBB = I;
2349     BBState &MyStates = BBStates[ExitBB];
2350     if (!MyStates.isExit())
2351       continue;
2352
2353     MyStates.SetAsExit();
2354
2355     PredStack.push_back(std::make_pair(ExitBB, MyStates.pred_begin()));
2356     Visited.insert(ExitBB);
2357     while (!PredStack.empty()) {
2358     reverse_dfs_next_succ:
2359       BBState::edge_iterator PE = BBStates[PredStack.back().first].pred_end();
2360       while (PredStack.back().second != PE) {
2361         BasicBlock *BB = *PredStack.back().second++;
2362         if (Visited.insert(BB)) {
2363           PredStack.push_back(std::make_pair(BB, BBStates[BB].pred_begin()));
2364           goto reverse_dfs_next_succ;
2365         }
2366       }
2367       ReverseCFGPostOrder.push_back(PredStack.pop_back_val().first);
2368     }
2369   }
2370 }
2371
2372 // Visit the function both top-down and bottom-up.
2373 bool
2374 ObjCARCOpt::Visit(Function &F,
2375                   DenseMap<const BasicBlock *, BBState> &BBStates,
2376                   MapVector<Value *, RRInfo> &Retains,
2377                   DenseMap<Value *, RRInfo> &Releases) {
2378
2379   // Use reverse-postorder traversals, because we magically know that loops
2380   // will be well behaved, i.e. they won't repeatedly call retain on a single
2381   // pointer without doing a release. We can't use the ReversePostOrderTraversal
2382   // class here because we want the reverse-CFG postorder to consider each
2383   // function exit point, and we want to ignore selected cycle edges.
2384   SmallVector<BasicBlock *, 16> PostOrder;
2385   SmallVector<BasicBlock *, 16> ReverseCFGPostOrder;
2386   ComputePostOrders(F, PostOrder, ReverseCFGPostOrder,
2387                     NoObjCARCExceptionsMDKind,
2388                     BBStates);
2389
2390   // Use reverse-postorder on the reverse CFG for bottom-up.
2391   bool BottomUpNestingDetected = false;
2392   for (SmallVectorImpl<BasicBlock *>::const_reverse_iterator I =
2393        ReverseCFGPostOrder.rbegin(), E = ReverseCFGPostOrder.rend();
2394        I != E; ++I)
2395     BottomUpNestingDetected |= VisitBottomUp(*I, BBStates, Retains);
2396
2397   // Use reverse-postorder for top-down.
2398   bool TopDownNestingDetected = false;
2399   for (SmallVectorImpl<BasicBlock *>::const_reverse_iterator I =
2400        PostOrder.rbegin(), E = PostOrder.rend();
2401        I != E; ++I)
2402     TopDownNestingDetected |= VisitTopDown(*I, BBStates, Releases);
2403
2404   return TopDownNestingDetected && BottomUpNestingDetected;
2405 }
2406
2407 /// Move the calls in RetainsToMove and ReleasesToMove.
2408 void ObjCARCOpt::MoveCalls(Value *Arg,
2409                            RRInfo &RetainsToMove,
2410                            RRInfo &ReleasesToMove,
2411                            MapVector<Value *, RRInfo> &Retains,
2412                            DenseMap<Value *, RRInfo> &Releases,
2413                            SmallVectorImpl<Instruction *> &DeadInsts,
2414                            Module *M) {
2415   Type *ArgTy = Arg->getType();
2416   Type *ParamTy = PointerType::getUnqual(Type::getInt8Ty(ArgTy->getContext()));
2417
2418   DEBUG(dbgs() << "== ObjCARCOpt::MoveCalls ==\n");
2419
2420   // Insert the new retain and release calls.
2421   for (SmallPtrSet<Instruction *, 2>::const_iterator
2422        PI = ReleasesToMove.ReverseInsertPts.begin(),
2423        PE = ReleasesToMove.ReverseInsertPts.end(); PI != PE; ++PI) {
2424     Instruction *InsertPt = *PI;
2425     Value *MyArg = ArgTy == ParamTy ? Arg :
2426                    new BitCastInst(Arg, ParamTy, "", InsertPt);
2427     Constant *Decl = EP.get(ARCRuntimeEntryPoints::EPT_Retain);
2428     CallInst *Call = CallInst::Create(Decl, MyArg, "", InsertPt);
2429     Call->setDoesNotThrow();
2430     Call->setTailCall();
2431
2432     DEBUG(dbgs() << "Inserting new Retain: " << *Call << "\n"
2433                     "At insertion point: " << *InsertPt << "\n");
2434   }
2435   for (SmallPtrSet<Instruction *, 2>::const_iterator
2436        PI = RetainsToMove.ReverseInsertPts.begin(),
2437        PE = RetainsToMove.ReverseInsertPts.end(); PI != PE; ++PI) {
2438     Instruction *InsertPt = *PI;
2439     Value *MyArg = ArgTy == ParamTy ? Arg :
2440                    new BitCastInst(Arg, ParamTy, "", InsertPt);
2441     Constant *Decl = EP.get(ARCRuntimeEntryPoints::EPT_Release);
2442     CallInst *Call = CallInst::Create(Decl, MyArg, "", InsertPt);
2443     // Attach a clang.imprecise_release metadata tag, if appropriate.
2444     if (MDNode *M = ReleasesToMove.ReleaseMetadata)
2445       Call->setMetadata(ImpreciseReleaseMDKind, M);
2446     Call->setDoesNotThrow();
2447     if (ReleasesToMove.IsTailCallRelease)
2448       Call->setTailCall();
2449
2450     DEBUG(dbgs() << "Inserting new Release: " << *Call << "\n"
2451                     "At insertion point: " << *InsertPt << "\n");
2452   }
2453
2454   // Delete the original retain and release calls.
2455   for (SmallPtrSet<Instruction *, 2>::const_iterator
2456        AI = RetainsToMove.Calls.begin(),
2457        AE = RetainsToMove.Calls.end(); AI != AE; ++AI) {
2458     Instruction *OrigRetain = *AI;
2459     Retains.blot(OrigRetain);
2460     DeadInsts.push_back(OrigRetain);
2461     DEBUG(dbgs() << "Deleting retain: " << *OrigRetain << "\n");
2462   }
2463   for (SmallPtrSet<Instruction *, 2>::const_iterator
2464        AI = ReleasesToMove.Calls.begin(),
2465        AE = ReleasesToMove.Calls.end(); AI != AE; ++AI) {
2466     Instruction *OrigRelease = *AI;
2467     Releases.erase(OrigRelease);
2468     DeadInsts.push_back(OrigRelease);
2469     DEBUG(dbgs() << "Deleting release: " << *OrigRelease << "\n");
2470   }
2471
2472 }
2473
2474 bool
2475 ObjCARCOpt::ConnectTDBUTraversals(DenseMap<const BasicBlock *, BBState>
2476                                     &BBStates,
2477                                   MapVector<Value *, RRInfo> &Retains,
2478                                   DenseMap<Value *, RRInfo> &Releases,
2479                                   Module *M,
2480                                   SmallVectorImpl<Instruction *> &NewRetains,
2481                                   SmallVectorImpl<Instruction *> &NewReleases,
2482                                   SmallVectorImpl<Instruction *> &DeadInsts,
2483                                   RRInfo &RetainsToMove,
2484                                   RRInfo &ReleasesToMove,
2485                                   Value *Arg,
2486                                   bool KnownSafe,
2487                                   bool &AnyPairsCompletelyEliminated) {
2488   // If a pair happens in a region where it is known that the reference count
2489   // is already incremented, we can similarly ignore possible decrements unless
2490   // we are dealing with a retainable object with multiple provenance sources.
2491   bool KnownSafeTD = true, KnownSafeBU = true;
2492   bool MultipleOwners = false;
2493   bool CFGHazardAfflicted = false;
2494
2495   // Connect the dots between the top-down-collected RetainsToMove and
2496   // bottom-up-collected ReleasesToMove to form sets of related calls.
2497   // This is an iterative process so that we connect multiple releases
2498   // to multiple retains if needed.
2499   unsigned OldDelta = 0;
2500   unsigned NewDelta = 0;
2501   unsigned OldCount = 0;
2502   unsigned NewCount = 0;
2503   bool FirstRelease = true;
2504   for (;;) {
2505     for (SmallVectorImpl<Instruction *>::const_iterator
2506            NI = NewRetains.begin(), NE = NewRetains.end(); NI != NE; ++NI) {
2507       Instruction *NewRetain = *NI;
2508       MapVector<Value *, RRInfo>::const_iterator It = Retains.find(NewRetain);
2509       assert(It != Retains.end());
2510       const RRInfo &NewRetainRRI = It->second;
2511       KnownSafeTD &= NewRetainRRI.KnownSafe;
2512       MultipleOwners =
2513         MultipleOwners || MultiOwnersSet.count(GetObjCArg(NewRetain));
2514       for (SmallPtrSet<Instruction *, 2>::const_iterator
2515              LI = NewRetainRRI.Calls.begin(),
2516              LE = NewRetainRRI.Calls.end(); LI != LE; ++LI) {
2517         Instruction *NewRetainRelease = *LI;
2518         DenseMap<Value *, RRInfo>::const_iterator Jt =
2519           Releases.find(NewRetainRelease);
2520         if (Jt == Releases.end())
2521           return false;
2522         const RRInfo &NewRetainReleaseRRI = Jt->second;
2523         assert(NewRetainReleaseRRI.Calls.count(NewRetain));
2524         if (ReleasesToMove.Calls.insert(NewRetainRelease)) {
2525
2526           // If we overflow when we compute the path count, don't remove/move
2527           // anything.
2528           const BBState &NRRBBState = BBStates[NewRetainRelease->getParent()];
2529           unsigned PathCount;
2530           if (NRRBBState.GetAllPathCountWithOverflow(PathCount))
2531             return false;
2532           OldDelta -= PathCount;
2533
2534           // Merge the ReleaseMetadata and IsTailCallRelease values.
2535           if (FirstRelease) {
2536             ReleasesToMove.ReleaseMetadata =
2537               NewRetainReleaseRRI.ReleaseMetadata;
2538             ReleasesToMove.IsTailCallRelease =
2539               NewRetainReleaseRRI.IsTailCallRelease;
2540             FirstRelease = false;
2541           } else {
2542             if (ReleasesToMove.ReleaseMetadata !=
2543                 NewRetainReleaseRRI.ReleaseMetadata)
2544               ReleasesToMove.ReleaseMetadata = 0;
2545             if (ReleasesToMove.IsTailCallRelease !=
2546                 NewRetainReleaseRRI.IsTailCallRelease)
2547               ReleasesToMove.IsTailCallRelease = false;
2548           }
2549
2550           // Collect the optimal insertion points.
2551           if (!KnownSafe)
2552             for (SmallPtrSet<Instruction *, 2>::const_iterator
2553                    RI = NewRetainReleaseRRI.ReverseInsertPts.begin(),
2554                    RE = NewRetainReleaseRRI.ReverseInsertPts.end();
2555                  RI != RE; ++RI) {
2556               Instruction *RIP = *RI;
2557               if (ReleasesToMove.ReverseInsertPts.insert(RIP)) {
2558                 // If we overflow when we compute the path count, don't
2559                 // remove/move anything.
2560                 const BBState &RIPBBState = BBStates[RIP->getParent()];
2561                 if (RIPBBState.GetAllPathCountWithOverflow(PathCount))
2562                   return false;
2563                 NewDelta -= PathCount;
2564               }
2565             }
2566           NewReleases.push_back(NewRetainRelease);
2567         }
2568       }
2569     }
2570     NewRetains.clear();
2571     if (NewReleases.empty()) break;
2572
2573     // Back the other way.
2574     for (SmallVectorImpl<Instruction *>::const_iterator
2575            NI = NewReleases.begin(), NE = NewReleases.end(); NI != NE; ++NI) {
2576       Instruction *NewRelease = *NI;
2577       DenseMap<Value *, RRInfo>::const_iterator It =
2578         Releases.find(NewRelease);
2579       assert(It != Releases.end());
2580       const RRInfo &NewReleaseRRI = It->second;
2581       KnownSafeBU &= NewReleaseRRI.KnownSafe;
2582       CFGHazardAfflicted |= NewReleaseRRI.CFGHazardAfflicted;
2583       for (SmallPtrSet<Instruction *, 2>::const_iterator
2584              LI = NewReleaseRRI.Calls.begin(),
2585              LE = NewReleaseRRI.Calls.end(); LI != LE; ++LI) {
2586         Instruction *NewReleaseRetain = *LI;
2587         MapVector<Value *, RRInfo>::const_iterator Jt =
2588           Retains.find(NewReleaseRetain);
2589         if (Jt == Retains.end())
2590           return false;
2591         const RRInfo &NewReleaseRetainRRI = Jt->second;
2592         assert(NewReleaseRetainRRI.Calls.count(NewRelease));
2593         if (RetainsToMove.Calls.insert(NewReleaseRetain)) {
2594
2595           // If we overflow when we compute the path count, don't remove/move
2596           // anything.
2597           const BBState &NRRBBState = BBStates[NewReleaseRetain->getParent()];
2598           unsigned PathCount;
2599           if (NRRBBState.GetAllPathCountWithOverflow(PathCount))
2600             return false;
2601           OldDelta += PathCount;
2602           OldCount += PathCount;
2603
2604           // Collect the optimal insertion points.
2605           if (!KnownSafe)
2606             for (SmallPtrSet<Instruction *, 2>::const_iterator
2607                    RI = NewReleaseRetainRRI.ReverseInsertPts.begin(),
2608                    RE = NewReleaseRetainRRI.ReverseInsertPts.end();
2609                  RI != RE; ++RI) {
2610               Instruction *RIP = *RI;
2611               if (RetainsToMove.ReverseInsertPts.insert(RIP)) {
2612                 // If we overflow when we compute the path count, don't
2613                 // remove/move anything.
2614                 const BBState &RIPBBState = BBStates[RIP->getParent()];
2615                 if (RIPBBState.GetAllPathCountWithOverflow(PathCount))
2616                   return false;
2617                 NewDelta += PathCount;
2618                 NewCount += PathCount;
2619               }
2620             }
2621           NewRetains.push_back(NewReleaseRetain);
2622         }
2623       }
2624     }
2625     NewReleases.clear();
2626     if (NewRetains.empty()) break;
2627   }
2628
2629   // If the pointer is known incremented in 1 direction and we do not have
2630   // MultipleOwners, we can safely remove the retain/releases. Otherwise we need
2631   // to be known safe in both directions.
2632   bool UnconditionallySafe = (KnownSafeTD && KnownSafeBU) ||
2633     ((KnownSafeTD || KnownSafeBU) && !MultipleOwners);
2634   if (UnconditionallySafe) {
2635     RetainsToMove.ReverseInsertPts.clear();
2636     ReleasesToMove.ReverseInsertPts.clear();
2637     NewCount = 0;
2638   } else {
2639     // Determine whether the new insertion points we computed preserve the
2640     // balance of retain and release calls through the program.
2641     // TODO: If the fully aggressive solution isn't valid, try to find a
2642     // less aggressive solution which is.
2643     if (NewDelta != 0)
2644       return false;
2645
2646     // At this point, we are not going to remove any RR pairs, but we still are
2647     // able to move RR pairs. If one of our pointers is afflicted with
2648     // CFGHazards, we cannot perform such code motion so exit early.
2649     const bool WillPerformCodeMotion = RetainsToMove.ReverseInsertPts.size() ||
2650       ReleasesToMove.ReverseInsertPts.size();
2651     if (CFGHazardAfflicted && WillPerformCodeMotion)
2652       return false;
2653   }
2654
2655   // Determine whether the original call points are balanced in the retain and
2656   // release calls through the program. If not, conservatively don't touch
2657   // them.
2658   // TODO: It's theoretically possible to do code motion in this case, as
2659   // long as the existing imbalances are maintained.
2660   if (OldDelta != 0)
2661     return false;
2662
2663 #ifdef ARC_ANNOTATIONS
2664   // Do not move calls if ARC annotations are requested.
2665   if (EnableARCAnnotations)
2666     return false;
2667 #endif // ARC_ANNOTATIONS
2668
2669   Changed = true;
2670   assert(OldCount != 0 && "Unreachable code?");
2671   NumRRs += OldCount - NewCount;
2672   // Set to true if we completely removed any RR pairs.
2673   AnyPairsCompletelyEliminated = NewCount == 0;
2674
2675   // We can move calls!
2676   return true;
2677 }
2678
2679 /// Identify pairings between the retains and releases, and delete and/or move
2680 /// them.
2681 bool
2682 ObjCARCOpt::PerformCodePlacement(DenseMap<const BasicBlock *, BBState>
2683                                    &BBStates,
2684                                  MapVector<Value *, RRInfo> &Retains,
2685                                  DenseMap<Value *, RRInfo> &Releases,
2686                                  Module *M) {
2687   DEBUG(dbgs() << "\n== ObjCARCOpt::PerformCodePlacement ==\n");
2688
2689   bool AnyPairsCompletelyEliminated = false;
2690   RRInfo RetainsToMove;
2691   RRInfo ReleasesToMove;
2692   SmallVector<Instruction *, 4> NewRetains;
2693   SmallVector<Instruction *, 4> NewReleases;
2694   SmallVector<Instruction *, 8> DeadInsts;
2695
2696   // Visit each retain.
2697   for (MapVector<Value *, RRInfo>::const_iterator I = Retains.begin(),
2698        E = Retains.end(); I != E; ++I) {
2699     Value *V = I->first;
2700     if (!V) continue; // blotted
2701
2702     Instruction *Retain = cast<Instruction>(V);
2703
2704     DEBUG(dbgs() << "Visiting: " << *Retain << "\n");
2705
2706     Value *Arg = GetObjCArg(Retain);
2707
2708     // If the object being released is in static or stack storage, we know it's
2709     // not being managed by ObjC reference counting, so we can delete pairs
2710     // regardless of what possible decrements or uses lie between them.
2711     bool KnownSafe = isa<Constant>(Arg) || isa<AllocaInst>(Arg);
2712
2713     // A constant pointer can't be pointing to an object on the heap. It may
2714     // be reference-counted, but it won't be deleted.
2715     if (const LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(Arg))
2716       if (const GlobalVariable *GV =
2717             dyn_cast<GlobalVariable>(
2718               StripPointerCastsAndObjCCalls(LI->getPointerOperand())))
2719         if (GV->isConstant())
2720           KnownSafe = true;
2721
2722     // Connect the dots between the top-down-collected RetainsToMove and
2723     // bottom-up-collected ReleasesToMove to form sets of related calls.
2724     NewRetains.push_back(Retain);
2725     bool PerformMoveCalls =
2726       ConnectTDBUTraversals(BBStates, Retains, Releases, M, NewRetains,
2727                             NewReleases, DeadInsts, RetainsToMove,
2728                             ReleasesToMove, Arg, KnownSafe,
2729                             AnyPairsCompletelyEliminated);
2730
2731     if (PerformMoveCalls) {
2732       // Ok, everything checks out and we're all set. Let's move/delete some
2733       // code!
2734       MoveCalls(Arg, RetainsToMove, ReleasesToMove,
2735                 Retains, Releases, DeadInsts, M);
2736     }
2737
2738     // Clean up state for next retain.
2739     NewReleases.clear();
2740     NewRetains.clear();
2741     RetainsToMove.clear();
2742     ReleasesToMove.clear();
2743   }
2744
2745   // Now that we're done moving everything, we can delete the newly dead
2746   // instructions, as we no longer need them as insert points.
2747   while (!DeadInsts.empty())
2748     EraseInstruction(DeadInsts.pop_back_val());
2749
2750   return AnyPairsCompletelyEliminated;
2751 }
2752
2753 /// Weak pointer optimizations.
2754 void ObjCARCOpt::OptimizeWeakCalls(Function &F) {
2755   DEBUG(dbgs() << "\n== ObjCARCOpt::OptimizeWeakCalls ==\n");
2756
2757   // First, do memdep-style RLE and S2L optimizations. We can't use memdep
2758   // itself because it uses AliasAnalysis and we need to do provenance
2759   // queries instead.
2760   for (inst_iterator I = inst_begin(&F), E = inst_end(&F); I != E; ) {
2761     Instruction *Inst = &*I++;
2762
2763     DEBUG(dbgs() << "Visiting: " << *Inst << "\n");
2764
2765     InstructionClass Class = GetBasicInstructionClass(Inst);
2766     if (Class != IC_LoadWeak && Class != IC_LoadWeakRetained)
2767       continue;
2768
2769     // Delete objc_loadWeak calls with no users.
2770     if (Class == IC_LoadWeak && Inst->use_empty()) {
2771       Inst->eraseFromParent();
2772       continue;
2773     }
2774
2775     // TODO: For now, just look for an earlier available version of this value
2776     // within the same block. Theoretically, we could do memdep-style non-local
2777     // analysis too, but that would want caching. A better approach would be to
2778     // use the technique that EarlyCSE uses.
2779     inst_iterator Current = llvm::prior(I);
2780     BasicBlock *CurrentBB = Current.getBasicBlockIterator();
2781     for (BasicBlock::iterator B = CurrentBB->begin(),
2782                               J = Current.getInstructionIterator();
2783          J != B; --J) {
2784       Instruction *EarlierInst = &*llvm::prior(J);
2785       InstructionClass EarlierClass = GetInstructionClass(EarlierInst);
2786       switch (EarlierClass) {
2787       case IC_LoadWeak:
2788       case IC_LoadWeakRetained: {
2789         // If this is loading from the same pointer, replace this load's value
2790         // with that one.
2791         CallInst *Call = cast<CallInst>(Inst);
2792         CallInst *EarlierCall = cast<CallInst>(EarlierInst);
2793         Value *Arg = Call->getArgOperand(0);
2794         Value *EarlierArg = EarlierCall->getArgOperand(0);
2795         switch (PA.getAA()->alias(Arg, EarlierArg)) {
2796         case AliasAnalysis::MustAlias:
2797           Changed = true;
2798           // If the load has a builtin retain, insert a plain retain for it.
2799           if (Class == IC_LoadWeakRetained) {
2800             Constant *Decl = EP.get(ARCRuntimeEntryPoints::EPT_Retain);
2801             CallInst *CI = CallInst::Create(Decl, EarlierCall, "", Call);
2802             CI->setTailCall();
2803           }
2804           // Zap the fully redundant load.
2805           Call->replaceAllUsesWith(EarlierCall);
2806           Call->eraseFromParent();
2807           goto clobbered;
2808         case AliasAnalysis::MayAlias:
2809         case AliasAnalysis::PartialAlias:
2810           goto clobbered;
2811         case AliasAnalysis::NoAlias:
2812           break;
2813         }
2814         break;
2815       }
2816       case IC_StoreWeak:
2817       case IC_InitWeak: {
2818         // If this is storing to the same pointer and has the same size etc.
2819         // replace this load's value with the stored value.
2820         CallInst *Call = cast<CallInst>(Inst);
2821         CallInst *EarlierCall = cast<CallInst>(EarlierInst);
2822         Value *Arg = Call->getArgOperand(0);
2823         Value *EarlierArg = EarlierCall->getArgOperand(0);
2824         switch (PA.getAA()->alias(Arg, EarlierArg)) {
2825         case AliasAnalysis::MustAlias:
2826           Changed = true;
2827           // If the load has a builtin retain, insert a plain retain for it.
2828           if (Class == IC_LoadWeakRetained) {
2829             Constant *Decl = EP.get(ARCRuntimeEntryPoints::EPT_Retain);
2830             CallInst *CI = CallInst::Create(Decl, EarlierCall, "", Call);
2831             CI->setTailCall();
2832           }
2833           // Zap the fully redundant load.
2834           Call->replaceAllUsesWith(EarlierCall->getArgOperand(1));
2835           Call->eraseFromParent();
2836           goto clobbered;
2837         case AliasAnalysis::MayAlias:
2838         case AliasAnalysis::PartialAlias:
2839           goto clobbered;
2840         case AliasAnalysis::NoAlias:
2841           break;
2842         }
2843         break;
2844       }
2845       case IC_MoveWeak:
2846       case IC_CopyWeak:
2847         // TOOD: Grab the copied value.
2848         goto clobbered;
2849       case IC_AutoreleasepoolPush:
2850       case IC_None:
2851       case IC_IntrinsicUser:
2852       case IC_User:
2853         // Weak pointers are only modified through the weak entry points
2854         // (and arbitrary calls, which could call the weak entry points).
2855         break;
2856       default:
2857         // Anything else could modify the weak pointer.
2858         goto clobbered;
2859       }
2860     }
2861   clobbered:;
2862   }
2863
2864   // Then, for each destroyWeak with an alloca operand, check to see if
2865   // the alloca and all its users can be zapped.
2866   for (inst_iterator I = inst_begin(&F), E = inst_end(&F); I != E; ) {
2867     Instruction *Inst = &*I++;
2868     InstructionClass Class = GetBasicInstructionClass(Inst);
2869     if (Class != IC_DestroyWeak)
2870       continue;
2871
2872     CallInst *Call = cast<CallInst>(Inst);
2873     Value *Arg = Call->getArgOperand(0);
2874     if (AllocaInst *Alloca = dyn_cast<AllocaInst>(Arg)) {
2875       for (Value::use_iterator UI = Alloca->use_begin(),
2876            UE = Alloca->use_end(); UI != UE; ++UI) {
2877         const Instruction *UserInst = cast<Instruction>(*UI);
2878         switch (GetBasicInstructionClass(UserInst)) {
2879         case IC_InitWeak:
2880         case IC_StoreWeak:
2881         case IC_DestroyWeak:
2882           continue;
2883         default:
2884           goto done;
2885         }
2886       }
2887       Changed = true;
2888       for (Value::use_iterator UI = Alloca->use_begin(),
2889            UE = Alloca->use_end(); UI != UE; ) {
2890         CallInst *UserInst = cast<CallInst>(*UI++);
2891         switch (GetBasicInstructionClass(UserInst)) {
2892         case IC_InitWeak:
2893         case IC_StoreWeak:
2894           // These functions return their second argument.
2895           UserInst->replaceAllUsesWith(UserInst->getArgOperand(1));
2896           break;
2897         case IC_DestroyWeak:
2898           // No return value.
2899           break;
2900         default:
2901           llvm_unreachable("alloca really is used!");
2902         }
2903         UserInst->eraseFromParent();
2904       }
2905       Alloca->eraseFromParent();
2906     done:;
2907     }
2908   }
2909 }
2910
2911 /// Identify program paths which execute sequences of retains and releases which
2912 /// can be eliminated.
2913 bool ObjCARCOpt::OptimizeSequences(Function &F) {
2914   // Releases, Retains - These are used to store the results of the main flow
2915   // analysis. These use Value* as the key instead of Instruction* so that the
2916   // map stays valid when we get around to rewriting code and calls get
2917   // replaced by arguments.
2918   DenseMap<Value *, RRInfo> Releases;
2919   MapVector<Value *, RRInfo> Retains;
2920
2921   // This is used during the traversal of the function to track the
2922   // states for each identified object at each block.
2923   DenseMap<const BasicBlock *, BBState> BBStates;
2924
2925   // Analyze the CFG of the function, and all instructions.
2926   bool NestingDetected = Visit(F, BBStates, Retains, Releases);
2927
2928   // Transform.
2929   bool AnyPairsCompletelyEliminated = PerformCodePlacement(BBStates, Retains,
2930                                                            Releases,
2931                                                            F.getParent());
2932
2933   // Cleanup.
2934   MultiOwnersSet.clear();
2935
2936   return AnyPairsCompletelyEliminated && NestingDetected;
2937 }
2938
2939 /// Check if there is a dependent call earlier that does not have anything in
2940 /// between the Retain and the call that can affect the reference count of their
2941 /// shared pointer argument. Note that Retain need not be in BB.
2942 static bool
2943 HasSafePathToPredecessorCall(const Value *Arg, Instruction *Retain,
2944                              SmallPtrSet<Instruction *, 4> &DepInsts,
2945                              SmallPtrSet<const BasicBlock *, 4> &Visited,
2946                              ProvenanceAnalysis &PA) {
2947   FindDependencies(CanChangeRetainCount, Arg, Retain->getParent(), Retain,
2948                    DepInsts, Visited, PA);
2949   if (DepInsts.size() != 1)
2950     return false;
2951
2952   CallInst *Call =
2953     dyn_cast_or_null<CallInst>(*DepInsts.begin());
2954
2955   // Check that the pointer is the return value of the call.
2956   if (!Call || Arg != Call)
2957     return false;
2958
2959   // Check that the call is a regular call.
2960   InstructionClass Class = GetBasicInstructionClass(Call);
2961   if (Class != IC_CallOrUser && Class != IC_Call)
2962     return false;
2963
2964   return true;
2965 }
2966
2967 /// Find a dependent retain that precedes the given autorelease for which there
2968 /// is nothing in between the two instructions that can affect the ref count of
2969 /// Arg.
2970 static CallInst *
2971 FindPredecessorRetainWithSafePath(const Value *Arg, BasicBlock *BB,
2972                                   Instruction *Autorelease,
2973                                   SmallPtrSet<Instruction *, 4> &DepInsts,
2974                                   SmallPtrSet<const BasicBlock *, 4> &Visited,
2975                                   ProvenanceAnalysis &PA) {
2976   FindDependencies(CanChangeRetainCount, Arg,
2977                    BB, Autorelease, DepInsts, Visited, PA);
2978   if (DepInsts.size() != 1)
2979     return 0;
2980
2981   CallInst *Retain =
2982     dyn_cast_or_null<CallInst>(*DepInsts.begin());
2983
2984   // Check that we found a retain with the same argument.
2985   if (!Retain ||
2986       !IsRetain(GetBasicInstructionClass(Retain)) ||
2987       GetObjCArg(Retain) != Arg) {
2988     return 0;
2989   }
2990
2991   return Retain;
2992 }
2993
2994 /// Look for an ``autorelease'' instruction dependent on Arg such that there are
2995 /// no instructions dependent on Arg that need a positive ref count in between
2996 /// the autorelease and the ret.
2997 static CallInst *
2998 FindPredecessorAutoreleaseWithSafePath(const Value *Arg, BasicBlock *BB,
2999                                        ReturnInst *Ret,
3000                                        SmallPtrSet<Instruction *, 4> &DepInsts,
3001                                        SmallPtrSet<const BasicBlock *, 4> &V,
3002                                        ProvenanceAnalysis &PA) {
3003   FindDependencies(NeedsPositiveRetainCount, Arg,
3004                    BB, Ret, DepInsts, V, PA);
3005   if (DepInsts.size() != 1)
3006     return 0;
3007
3008   CallInst *Autorelease =
3009     dyn_cast_or_null<CallInst>(*DepInsts.begin());
3010   if (!Autorelease)
3011     return 0;
3012   InstructionClass AutoreleaseClass = GetBasicInstructionClass(Autorelease);
3013   if (!IsAutorelease(AutoreleaseClass))
3014     return 0;
3015   if (GetObjCArg(Autorelease) != Arg)
3016     return 0;
3017
3018   return Autorelease;
3019 }
3020
3021 /// Look for this pattern:
3022 /// \code
3023 ///    %call = call i8* @something(...)
3024 ///    %2 = call i8* @objc_retain(i8* %call)
3025 ///    %3 = call i8* @objc_autorelease(i8* %2)
3026 ///    ret i8* %3
3027 /// \endcode
3028 /// And delete the retain and autorelease.
3029 void ObjCARCOpt::OptimizeReturns(Function &F) {
3030   if (!F.getReturnType()->isPointerTy())
3031     return;
3032
3033   DEBUG(dbgs() << "\n== ObjCARCOpt::OptimizeReturns ==\n");
3034
3035   SmallPtrSet<Instruction *, 4> DependingInstructions;
3036   SmallPtrSet<const BasicBlock *, 4> Visited;
3037   for (Function::iterator FI = F.begin(), FE = F.end(); FI != FE; ++FI) {
3038     BasicBlock *BB = FI;
3039     ReturnInst *Ret = dyn_cast<ReturnInst>(&BB->back());
3040
3041     DEBUG(dbgs() << "Visiting: " << *Ret << "\n");
3042
3043     if (!Ret)
3044       continue;
3045
3046     const Value *Arg = StripPointerCastsAndObjCCalls(Ret->getOperand(0));
3047
3048     // Look for an ``autorelease'' instruction that is a predecessor of Ret and
3049     // dependent on Arg such that there are no instructions dependent on Arg
3050     // that need a positive ref count in between the autorelease and Ret.
3051     CallInst *Autorelease =
3052       FindPredecessorAutoreleaseWithSafePath(Arg, BB, Ret,
3053                                              DependingInstructions, Visited,
3054                                              PA);
3055     DependingInstructions.clear();
3056     Visited.clear();
3057
3058     if (!Autorelease)
3059       continue;
3060
3061     CallInst *Retain =
3062       FindPredecessorRetainWithSafePath(Arg, BB, Autorelease,
3063                                         DependingInstructions, Visited, PA);
3064     DependingInstructions.clear();
3065     Visited.clear();
3066
3067     if (!Retain)
3068       continue;
3069
3070     // Check that there is nothing that can affect the reference count
3071     // between the retain and the call.  Note that Retain need not be in BB.
3072     bool HasSafePathToCall = HasSafePathToPredecessorCall(Arg, Retain,
3073                                                           DependingInstructions,
3074                                                           Visited, PA);
3075     DependingInstructions.clear();
3076     Visited.clear();
3077
3078     if (!HasSafePathToCall)
3079       continue;
3080
3081     // If so, we can zap the retain and autorelease.
3082     Changed = true;
3083     ++NumRets;
3084     DEBUG(dbgs() << "Erasing: " << *Retain << "\nErasing: "
3085           << *Autorelease << "\n");
3086     EraseInstruction(Retain);
3087     EraseInstruction(Autorelease);
3088   }
3089 }
3090
3091 #ifndef NDEBUG
3092 void
3093 ObjCARCOpt::GatherStatistics(Function &F, bool AfterOptimization) {
3094   llvm::Statistic &NumRetains =
3095     AfterOptimization? NumRetainsAfterOpt : NumRetainsBeforeOpt;
3096   llvm::Statistic &NumReleases =
3097     AfterOptimization? NumReleasesAfterOpt : NumReleasesBeforeOpt;
3098
3099   for (inst_iterator I = inst_begin(&F), E = inst_end(&F); I != E; ) {
3100     Instruction *Inst = &*I++;
3101     switch (GetBasicInstructionClass(Inst)) {
3102     default:
3103       break;
3104     case IC_Retain:
3105       ++NumRetains;
3106       break;
3107     case IC_Release:
3108       ++NumReleases;
3109       break;
3110     }
3111   }
3112 }
3113 #endif
3114
3115 bool ObjCARCOpt::doInitialization(Module &M) {
3116   if (!EnableARCOpts)
3117     return false;
3118
3119   // If nothing in the Module uses ARC, don't do anything.
3120   Run = ModuleHasARC(M);
3121   if (!Run)
3122     return false;
3123
3124   // Identify the imprecise release metadata kind.
3125   ImpreciseReleaseMDKind =
3126     M.getContext().getMDKindID("clang.imprecise_release");
3127   CopyOnEscapeMDKind =
3128     M.getContext().getMDKindID("clang.arc.copy_on_escape");
3129   NoObjCARCExceptionsMDKind =
3130     M.getContext().getMDKindID("clang.arc.no_objc_arc_exceptions");
3131 #ifdef ARC_ANNOTATIONS
3132   ARCAnnotationBottomUpMDKind =
3133     M.getContext().getMDKindID("llvm.arc.annotation.bottomup");
3134   ARCAnnotationTopDownMDKind =
3135     M.getContext().getMDKindID("llvm.arc.annotation.topdown");
3136   ARCAnnotationProvenanceSourceMDKind =
3137     M.getContext().getMDKindID("llvm.arc.annotation.provenancesource");
3138 #endif // ARC_ANNOTATIONS
3139
3140   // Intuitively, objc_retain and others are nocapture, however in practice
3141   // they are not, because they return their argument value. And objc_release
3142   // calls finalizers which can have arbitrary side effects.
3143
3144   // Initialize our runtime entry point cache.
3145   EP.Initialize(&M);
3146
3147   return false;
3148 }
3149
3150 bool ObjCARCOpt::runOnFunction(Function &F) {
3151   if (!EnableARCOpts)
3152     return false;
3153
3154   // If nothing in the Module uses ARC, don't do anything.
3155   if (!Run)
3156     return false;
3157
3158   Changed = false;
3159
3160   DEBUG(dbgs() << "<<< ObjCARCOpt: Visiting Function: " << F.getName() << " >>>"
3161         "\n");
3162
3163   PA.setAA(&getAnalysis<AliasAnalysis>());
3164
3165 #ifndef NDEBUG
3166   if (AreStatisticsEnabled()) {
3167     GatherStatistics(F, false);
3168   }
3169 #endif
3170
3171   // This pass performs several distinct transformations. As a compile-time aid
3172   // when compiling code that isn't ObjC, skip these if the relevant ObjC
3173   // library functions aren't declared.
3174
3175   // Preliminary optimizations. This also computes UsedInThisFunction.
3176   OptimizeIndividualCalls(F);
3177
3178   // Optimizations for weak pointers.
3179   if (UsedInThisFunction & ((1 << IC_LoadWeak) |
3180                             (1 << IC_LoadWeakRetained) |
3181                             (1 << IC_StoreWeak) |
3182                             (1 << IC_InitWeak) |
3183                             (1 << IC_CopyWeak) |
3184                             (1 << IC_MoveWeak) |
3185                             (1 << IC_DestroyWeak)))
3186     OptimizeWeakCalls(F);
3187
3188   // Optimizations for retain+release pairs.
3189   if (UsedInThisFunction & ((1 << IC_Retain) |
3190                             (1 << IC_RetainRV) |
3191                             (1 << IC_RetainBlock)))
3192     if (UsedInThisFunction & (1 << IC_Release))
3193       // Run OptimizeSequences until it either stops making changes or
3194       // no retain+release pair nesting is detected.
3195       while (OptimizeSequences(F)) {}
3196
3197   // Optimizations if objc_autorelease is used.
3198   if (UsedInThisFunction & ((1 << IC_Autorelease) |
3199                             (1 << IC_AutoreleaseRV)))
3200     OptimizeReturns(F);
3201
3202   // Gather statistics after optimization.
3203 #ifndef NDEBUG
3204   if (AreStatisticsEnabled()) {
3205     GatherStatistics(F, true);
3206   }
3207 #endif
3208
3209   DEBUG(dbgs() << "\n");
3210
3211   return Changed;
3212 }
3213
3214 void ObjCARCOpt::releaseMemory() {
3215   PA.clear();
3216 }
3217
3218 /// @}
3219 ///