[ObjCARC Debug Message] - Added debug message when we erase ARC calls with null since...
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / Scalar / ObjCARC.cpp
1 //===- ObjCARC.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 //
10 // This file defines ObjC ARC optimizations. ARC stands for
11 // Automatic Reference Counting and is a system for managing reference counts
12 // for objects 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, pattern-matching and replacement of
17 // low-level operations into higher-level operations, and numerous minor
18 // simplifications.
19 //
20 // This file also defines a simple ARC-aware AliasAnalysis.
21 //
22 // WARNING: This file knows about certain library functions. It recognizes them
23 // by name, and hardwires knowledge of their semantics.
24 //
25 // WARNING: This file knows about how certain Objective-C library functions are
26 // used. Naive LLVM IR transformations which would otherwise be
27 // behavior-preserving may break these assumptions.
28 //
29 //===----------------------------------------------------------------------===//
30
31 #define DEBUG_TYPE "objc-arc"
32 #include "llvm/ADT/DenseMap.h"
33 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
34 #include "llvm/Support/Debug.h"
35 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
36 using namespace llvm;
37
38 // A handy option to enable/disable all optimizations in this file.
39 static cl::opt<bool> EnableARCOpts("enable-objc-arc-opts", cl::init(true));
40
41 //===----------------------------------------------------------------------===//
42 // Misc. Utilities
43 //===----------------------------------------------------------------------===//
44
45 namespace {
46   /// MapVector - An associative container with fast insertion-order
47   /// (deterministic) iteration over its elements. Plus the special
48   /// blot operation.
49   template<class KeyT, class ValueT>
50   class MapVector {
51     /// Map - Map keys to indices in Vector.
52     typedef DenseMap<KeyT, size_t> MapTy;
53     MapTy Map;
54
55     /// Vector - Keys and values.
56     typedef std::vector<std::pair<KeyT, ValueT> > VectorTy;
57     VectorTy Vector;
58
59   public:
60     typedef typename VectorTy::iterator iterator;
61     typedef typename VectorTy::const_iterator const_iterator;
62     iterator begin() { return Vector.begin(); }
63     iterator end() { return Vector.end(); }
64     const_iterator begin() const { return Vector.begin(); }
65     const_iterator end() const { return Vector.end(); }
66
67 #ifdef XDEBUG
68     ~MapVector() {
69       assert(Vector.size() >= Map.size()); // May differ due to blotting.
70       for (typename MapTy::const_iterator I = Map.begin(), E = Map.end();
71            I != E; ++I) {
72         assert(I->second < Vector.size());
73         assert(Vector[I->second].first == I->first);
74       }
75       for (typename VectorTy::const_iterator I = Vector.begin(),
76            E = Vector.end(); I != E; ++I)
77         assert(!I->first ||
78                (Map.count(I->first) &&
79                 Map[I->first] == size_t(I - Vector.begin())));
80     }
81 #endif
82
83     ValueT &operator[](const KeyT &Arg) {
84       std::pair<typename MapTy::iterator, bool> Pair =
85         Map.insert(std::make_pair(Arg, size_t(0)));
86       if (Pair.second) {
87         size_t Num = Vector.size();
88         Pair.first->second = Num;
89         Vector.push_back(std::make_pair(Arg, ValueT()));
90         return Vector[Num].second;
91       }
92       return Vector[Pair.first->second].second;
93     }
94
95     std::pair<iterator, bool>
96     insert(const std::pair<KeyT, ValueT> &InsertPair) {
97       std::pair<typename MapTy::iterator, bool> Pair =
98         Map.insert(std::make_pair(InsertPair.first, size_t(0)));
99       if (Pair.second) {
100         size_t Num = Vector.size();
101         Pair.first->second = Num;
102         Vector.push_back(InsertPair);
103         return std::make_pair(Vector.begin() + Num, true);
104       }
105       return std::make_pair(Vector.begin() + Pair.first->second, false);
106     }
107
108     const_iterator find(const KeyT &Key) const {
109       typename MapTy::const_iterator It = Map.find(Key);
110       if (It == Map.end()) return Vector.end();
111       return Vector.begin() + It->second;
112     }
113
114     /// blot - This is similar to erase, but instead of removing the element
115     /// from the vector, it just zeros out the key in the vector. This leaves
116     /// iterators intact, but clients must be prepared for zeroed-out keys when
117     /// iterating.
118     void blot(const KeyT &Key) {
119       typename MapTy::iterator It = Map.find(Key);
120       if (It == Map.end()) return;
121       Vector[It->second].first = KeyT();
122       Map.erase(It);
123     }
124
125     void clear() {
126       Map.clear();
127       Vector.clear();
128     }
129   };
130 }
131
132 //===----------------------------------------------------------------------===//
133 // ARC Utilities.
134 //===----------------------------------------------------------------------===//
135
136 #include "llvm/ADT/StringSwitch.h"
137 #include "llvm/Analysis/ValueTracking.h"
138 #include "llvm/IR/Intrinsics.h"
139 #include "llvm/IR/Module.h"
140 #include "llvm/Support/CallSite.h"
141 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
142
143 namespace {
144   /// InstructionClass - A simple classification for instructions.
145   enum InstructionClass {
146     IC_Retain,              ///< objc_retain
147     IC_RetainRV,            ///< objc_retainAutoreleasedReturnValue
148     IC_RetainBlock,         ///< objc_retainBlock
149     IC_Release,             ///< objc_release
150     IC_Autorelease,         ///< objc_autorelease
151     IC_AutoreleaseRV,       ///< objc_autoreleaseReturnValue
152     IC_AutoreleasepoolPush, ///< objc_autoreleasePoolPush
153     IC_AutoreleasepoolPop,  ///< objc_autoreleasePoolPop
154     IC_NoopCast,            ///< objc_retainedObject, etc.
155     IC_FusedRetainAutorelease, ///< objc_retainAutorelease
156     IC_FusedRetainAutoreleaseRV, ///< objc_retainAutoreleaseReturnValue
157     IC_LoadWeakRetained,    ///< objc_loadWeakRetained (primitive)
158     IC_StoreWeak,           ///< objc_storeWeak (primitive)
159     IC_InitWeak,            ///< objc_initWeak (derived)
160     IC_LoadWeak,            ///< objc_loadWeak (derived)
161     IC_MoveWeak,            ///< objc_moveWeak (derived)
162     IC_CopyWeak,            ///< objc_copyWeak (derived)
163     IC_DestroyWeak,         ///< objc_destroyWeak (derived)
164     IC_StoreStrong,         ///< objc_storeStrong (derived)
165     IC_CallOrUser,          ///< could call objc_release and/or "use" pointers
166     IC_Call,                ///< could call objc_release
167     IC_User,                ///< could "use" a pointer
168     IC_None                 ///< anything else
169   };
170 }
171
172 /// IsPotentialUse - Test whether the given value is possible a
173 /// reference-counted pointer.
174 static bool IsPotentialUse(const Value *Op) {
175   // Pointers to static or stack storage are not reference-counted pointers.
176   if (isa<Constant>(Op) || isa<AllocaInst>(Op))
177     return false;
178   // Special arguments are not reference-counted.
179   if (const Argument *Arg = dyn_cast<Argument>(Op))
180     if (Arg->hasByValAttr() ||
181         Arg->hasNestAttr() ||
182         Arg->hasStructRetAttr())
183       return false;
184   // Only consider values with pointer types.
185   // It seemes intuitive to exclude function pointer types as well, since
186   // functions are never reference-counted, however clang occasionally
187   // bitcasts reference-counted pointers to function-pointer type
188   // temporarily.
189   PointerType *Ty = dyn_cast<PointerType>(Op->getType());
190   if (!Ty)
191     return false;
192   // Conservatively assume anything else is a potential use.
193   return true;
194 }
195
196 /// GetCallSiteClass - Helper for GetInstructionClass. Determines what kind
197 /// of construct CS is.
198 static InstructionClass GetCallSiteClass(ImmutableCallSite CS) {
199   for (ImmutableCallSite::arg_iterator I = CS.arg_begin(), E = CS.arg_end();
200        I != E; ++I)
201     if (IsPotentialUse(*I))
202       return CS.onlyReadsMemory() ? IC_User : IC_CallOrUser;
203
204   return CS.onlyReadsMemory() ? IC_None : IC_Call;
205 }
206
207 /// GetFunctionClass - Determine if F is one of the special known Functions.
208 /// If it isn't, return IC_CallOrUser.
209 static InstructionClass GetFunctionClass(const Function *F) {
210   Function::const_arg_iterator AI = F->arg_begin(), AE = F->arg_end();
211
212   // No arguments.
213   if (AI == AE)
214     return StringSwitch<InstructionClass>(F->getName())
215       .Case("objc_autoreleasePoolPush",  IC_AutoreleasepoolPush)
216       .Default(IC_CallOrUser);
217
218   // One argument.
219   const Argument *A0 = AI++;
220   if (AI == AE)
221     // Argument is a pointer.
222     if (PointerType *PTy = dyn_cast<PointerType>(A0->getType())) {
223       Type *ETy = PTy->getElementType();
224       // Argument is i8*.
225       if (ETy->isIntegerTy(8))
226         return StringSwitch<InstructionClass>(F->getName())
227           .Case("objc_retain",                IC_Retain)
228           .Case("objc_retainAutoreleasedReturnValue", IC_RetainRV)
229           .Case("objc_retainBlock",           IC_RetainBlock)
230           .Case("objc_release",               IC_Release)
231           .Case("objc_autorelease",           IC_Autorelease)
232           .Case("objc_autoreleaseReturnValue", IC_AutoreleaseRV)
233           .Case("objc_autoreleasePoolPop",    IC_AutoreleasepoolPop)
234           .Case("objc_retainedObject",        IC_NoopCast)
235           .Case("objc_unretainedObject",      IC_NoopCast)
236           .Case("objc_unretainedPointer",     IC_NoopCast)
237           .Case("objc_retain_autorelease",    IC_FusedRetainAutorelease)
238           .Case("objc_retainAutorelease",     IC_FusedRetainAutorelease)
239           .Case("objc_retainAutoreleaseReturnValue",IC_FusedRetainAutoreleaseRV)
240           .Default(IC_CallOrUser);
241
242       // Argument is i8**
243       if (PointerType *Pte = dyn_cast<PointerType>(ETy))
244         if (Pte->getElementType()->isIntegerTy(8))
245           return StringSwitch<InstructionClass>(F->getName())
246             .Case("objc_loadWeakRetained",      IC_LoadWeakRetained)
247             .Case("objc_loadWeak",              IC_LoadWeak)
248             .Case("objc_destroyWeak",           IC_DestroyWeak)
249             .Default(IC_CallOrUser);
250     }
251
252   // Two arguments, first is i8**.
253   const Argument *A1 = AI++;
254   if (AI == AE)
255     if (PointerType *PTy = dyn_cast<PointerType>(A0->getType()))
256       if (PointerType *Pte = dyn_cast<PointerType>(PTy->getElementType()))
257         if (Pte->getElementType()->isIntegerTy(8))
258           if (PointerType *PTy1 = dyn_cast<PointerType>(A1->getType())) {
259             Type *ETy1 = PTy1->getElementType();
260             // Second argument is i8*
261             if (ETy1->isIntegerTy(8))
262               return StringSwitch<InstructionClass>(F->getName())
263                      .Case("objc_storeWeak",             IC_StoreWeak)
264                      .Case("objc_initWeak",              IC_InitWeak)
265                      .Case("objc_storeStrong",           IC_StoreStrong)
266                      .Default(IC_CallOrUser);
267             // Second argument is i8**.
268             if (PointerType *Pte1 = dyn_cast<PointerType>(ETy1))
269               if (Pte1->getElementType()->isIntegerTy(8))
270                 return StringSwitch<InstructionClass>(F->getName())
271                        .Case("objc_moveWeak",              IC_MoveWeak)
272                        .Case("objc_copyWeak",              IC_CopyWeak)
273                        .Default(IC_CallOrUser);
274           }
275
276   // Anything else.
277   return IC_CallOrUser;
278 }
279
280 /// GetInstructionClass - Determine what kind of construct V is.
281 static InstructionClass GetInstructionClass(const Value *V) {
282   if (const Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V)) {
283     // Any instruction other than bitcast and gep with a pointer operand have a
284     // use of an objc pointer. Bitcasts, GEPs, Selects, PHIs transfer a pointer
285     // to a subsequent use, rather than using it themselves, in this sense.
286     // As a short cut, several other opcodes are known to have no pointer
287     // operands of interest. And ret is never followed by a release, so it's
288     // not interesting to examine.
289     switch (I->getOpcode()) {
290     case Instruction::Call: {
291       const CallInst *CI = cast<CallInst>(I);
292       // Check for calls to special functions.
293       if (const Function *F = CI->getCalledFunction()) {
294         InstructionClass Class = GetFunctionClass(F);
295         if (Class != IC_CallOrUser)
296           return Class;
297
298         // None of the intrinsic functions do objc_release. For intrinsics, the
299         // only question is whether or not they may be users.
300         switch (F->getIntrinsicID()) {
301         case Intrinsic::returnaddress: case Intrinsic::frameaddress:
302         case Intrinsic::stacksave: case Intrinsic::stackrestore:
303         case Intrinsic::vastart: case Intrinsic::vacopy: case Intrinsic::vaend:
304         case Intrinsic::objectsize: case Intrinsic::prefetch:
305         case Intrinsic::stackprotector:
306         case Intrinsic::eh_return_i32: case Intrinsic::eh_return_i64:
307         case Intrinsic::eh_typeid_for: case Intrinsic::eh_dwarf_cfa:
308         case Intrinsic::eh_sjlj_lsda: case Intrinsic::eh_sjlj_functioncontext:
309         case Intrinsic::init_trampoline: case Intrinsic::adjust_trampoline:
310         case Intrinsic::lifetime_start: case Intrinsic::lifetime_end:
311         case Intrinsic::invariant_start: case Intrinsic::invariant_end:
312         // Don't let dbg info affect our results.
313         case Intrinsic::dbg_declare: case Intrinsic::dbg_value:
314           // Short cut: Some intrinsics obviously don't use ObjC pointers.
315           return IC_None;
316         default:
317           break;
318         }
319       }
320       return GetCallSiteClass(CI);
321     }
322     case Instruction::Invoke:
323       return GetCallSiteClass(cast<InvokeInst>(I));
324     case Instruction::BitCast:
325     case Instruction::GetElementPtr:
326     case Instruction::Select: case Instruction::PHI:
327     case Instruction::Ret: case Instruction::Br:
328     case Instruction::Switch: case Instruction::IndirectBr:
329     case Instruction::Alloca: case Instruction::VAArg:
330     case Instruction::Add: case Instruction::FAdd:
331     case Instruction::Sub: case Instruction::FSub:
332     case Instruction::Mul: case Instruction::FMul:
333     case Instruction::SDiv: case Instruction::UDiv: case Instruction::FDiv:
334     case Instruction::SRem: case Instruction::URem: case Instruction::FRem:
335     case Instruction::Shl: case Instruction::LShr: case Instruction::AShr:
336     case Instruction::And: case Instruction::Or: case Instruction::Xor:
337     case Instruction::SExt: case Instruction::ZExt: case Instruction::Trunc:
338     case Instruction::IntToPtr: case Instruction::FCmp:
339     case Instruction::FPTrunc: case Instruction::FPExt:
340     case Instruction::FPToUI: case Instruction::FPToSI:
341     case Instruction::UIToFP: case Instruction::SIToFP:
342     case Instruction::InsertElement: case Instruction::ExtractElement:
343     case Instruction::ShuffleVector:
344     case Instruction::ExtractValue:
345       break;
346     case Instruction::ICmp:
347       // Comparing a pointer with null, or any other constant, isn't an
348       // interesting use, because we don't care what the pointer points to, or
349       // about the values of any other dynamic reference-counted pointers.
350       if (IsPotentialUse(I->getOperand(1)))
351         return IC_User;
352       break;
353     default:
354       // For anything else, check all the operands.
355       // Note that this includes both operands of a Store: while the first
356       // operand isn't actually being dereferenced, it is being stored to
357       // memory where we can no longer track who might read it and dereference
358       // it, so we have to consider it potentially used.
359       for (User::const_op_iterator OI = I->op_begin(), OE = I->op_end();
360            OI != OE; ++OI)
361         if (IsPotentialUse(*OI))
362           return IC_User;
363     }
364   }
365
366   // Otherwise, it's totally inert for ARC purposes.
367   return IC_None;
368 }
369
370 /// GetBasicInstructionClass - Determine what kind of construct V is. This is
371 /// similar to GetInstructionClass except that it only detects objc runtine
372 /// calls. This allows it to be faster.
373 static InstructionClass GetBasicInstructionClass(const Value *V) {
374   if (const CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(V)) {
375     if (const Function *F = CI->getCalledFunction())
376       return GetFunctionClass(F);
377     // Otherwise, be conservative.
378     return IC_CallOrUser;
379   }
380
381   // Otherwise, be conservative.
382   return isa<InvokeInst>(V) ? IC_CallOrUser : IC_User;
383 }
384
385 /// IsRetain - Test if the given class is objc_retain or
386 /// equivalent.
387 static bool IsRetain(InstructionClass Class) {
388   return Class == IC_Retain ||
389          Class == IC_RetainRV;
390 }
391
392 /// IsAutorelease - Test if the given class is objc_autorelease or
393 /// equivalent.
394 static bool IsAutorelease(InstructionClass Class) {
395   return Class == IC_Autorelease ||
396          Class == IC_AutoreleaseRV;
397 }
398
399 /// IsForwarding - Test if the given class represents instructions which return
400 /// their argument verbatim.
401 static bool IsForwarding(InstructionClass Class) {
402   // objc_retainBlock technically doesn't always return its argument
403   // verbatim, but it doesn't matter for our purposes here.
404   return Class == IC_Retain ||
405          Class == IC_RetainRV ||
406          Class == IC_Autorelease ||
407          Class == IC_AutoreleaseRV ||
408          Class == IC_RetainBlock ||
409          Class == IC_NoopCast;
410 }
411
412 /// IsNoopOnNull - Test if the given class represents instructions which do
413 /// nothing if passed a null pointer.
414 static bool IsNoopOnNull(InstructionClass Class) {
415   return Class == IC_Retain ||
416          Class == IC_RetainRV ||
417          Class == IC_Release ||
418          Class == IC_Autorelease ||
419          Class == IC_AutoreleaseRV ||
420          Class == IC_RetainBlock;
421 }
422
423 /// IsAlwaysTail - Test if the given class represents instructions which are
424 /// always safe to mark with the "tail" keyword.
425 static bool IsAlwaysTail(InstructionClass Class) {
426   // IC_RetainBlock may be given a stack argument.
427   return Class == IC_Retain ||
428          Class == IC_RetainRV ||
429          Class == IC_Autorelease ||
430          Class == IC_AutoreleaseRV;
431 }
432
433 /// IsNoThrow - Test if the given class represents instructions which are always
434 /// safe to mark with the nounwind attribute..
435 static bool IsNoThrow(InstructionClass Class) {
436   // objc_retainBlock is not nounwind because it calls user copy constructors
437   // which could theoretically throw.
438   return Class == IC_Retain ||
439          Class == IC_RetainRV ||
440          Class == IC_Release ||
441          Class == IC_Autorelease ||
442          Class == IC_AutoreleaseRV ||
443          Class == IC_AutoreleasepoolPush ||
444          Class == IC_AutoreleasepoolPop;
445 }
446
447 /// EraseInstruction - Erase the given instruction. Many ObjC calls return their
448 /// argument verbatim, so if it's such a call and the return value has users,
449 /// replace them with the argument value.
450 static void EraseInstruction(Instruction *CI) {
451   Value *OldArg = cast<CallInst>(CI)->getArgOperand(0);
452
453   bool Unused = CI->use_empty();
454
455   if (!Unused) {
456     // Replace the return value with the argument.
457     assert(IsForwarding(GetBasicInstructionClass(CI)) &&
458            "Can't delete non-forwarding instruction with users!");
459     CI->replaceAllUsesWith(OldArg);
460   }
461
462   CI->eraseFromParent();
463
464   if (Unused)
465     RecursivelyDeleteTriviallyDeadInstructions(OldArg);
466 }
467
468 /// GetUnderlyingObjCPtr - This is a wrapper around getUnderlyingObject which
469 /// also knows how to look through objc_retain and objc_autorelease calls, which
470 /// we know to return their argument verbatim.
471 static const Value *GetUnderlyingObjCPtr(const Value *V) {
472   for (;;) {
473     V = GetUnderlyingObject(V);
474     if (!IsForwarding(GetBasicInstructionClass(V)))
475       break;
476     V = cast<CallInst>(V)->getArgOperand(0);
477   }
478
479   return V;
480 }
481
482 /// StripPointerCastsAndObjCCalls - This is a wrapper around
483 /// Value::stripPointerCasts which also knows how to look through objc_retain
484 /// and objc_autorelease calls, which we know to return their argument verbatim.
485 static const Value *StripPointerCastsAndObjCCalls(const Value *V) {
486   for (;;) {
487     V = V->stripPointerCasts();
488     if (!IsForwarding(GetBasicInstructionClass(V)))
489       break;
490     V = cast<CallInst>(V)->getArgOperand(0);
491   }
492   return V;
493 }
494
495 /// StripPointerCastsAndObjCCalls - This is a wrapper around
496 /// Value::stripPointerCasts which also knows how to look through objc_retain
497 /// and objc_autorelease calls, which we know to return their argument verbatim.
498 static Value *StripPointerCastsAndObjCCalls(Value *V) {
499   for (;;) {
500     V = V->stripPointerCasts();
501     if (!IsForwarding(GetBasicInstructionClass(V)))
502       break;
503     V = cast<CallInst>(V)->getArgOperand(0);
504   }
505   return V;
506 }
507
508 /// GetObjCArg - Assuming the given instruction is one of the special calls such
509 /// as objc_retain or objc_release, return the argument value, stripped of no-op
510 /// casts and forwarding calls.
511 static Value *GetObjCArg(Value *Inst) {
512   return StripPointerCastsAndObjCCalls(cast<CallInst>(Inst)->getArgOperand(0));
513 }
514
515 /// IsObjCIdentifiedObject - This is similar to AliasAnalysis'
516 /// isObjCIdentifiedObject, except that it uses special knowledge of
517 /// ObjC conventions...
518 static bool IsObjCIdentifiedObject(const Value *V) {
519   // Assume that call results and arguments have their own "provenance".
520   // Constants (including GlobalVariables) and Allocas are never
521   // reference-counted.
522   if (isa<CallInst>(V) || isa<InvokeInst>(V) ||
523       isa<Argument>(V) || isa<Constant>(V) ||
524       isa<AllocaInst>(V))
525     return true;
526
527   if (const LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(V)) {
528     const Value *Pointer =
529       StripPointerCastsAndObjCCalls(LI->getPointerOperand());
530     if (const GlobalVariable *GV = dyn_cast<GlobalVariable>(Pointer)) {
531       // A constant pointer can't be pointing to an object on the heap. It may
532       // be reference-counted, but it won't be deleted.
533       if (GV->isConstant())
534         return true;
535       StringRef Name = GV->getName();
536       // These special variables are known to hold values which are not
537       // reference-counted pointers.
538       if (Name.startswith("\01L_OBJC_SELECTOR_REFERENCES_") ||
539           Name.startswith("\01L_OBJC_CLASSLIST_REFERENCES_") ||
540           Name.startswith("\01L_OBJC_CLASSLIST_SUP_REFS_$_") ||
541           Name.startswith("\01L_OBJC_METH_VAR_NAME_") ||
542           Name.startswith("\01l_objc_msgSend_fixup_"))
543         return true;
544     }
545   }
546
547   return false;
548 }
549
550 /// FindSingleUseIdentifiedObject - This is similar to
551 /// StripPointerCastsAndObjCCalls but it stops as soon as it finds a value
552 /// with multiple uses.
553 static const Value *FindSingleUseIdentifiedObject(const Value *Arg) {
554   if (Arg->hasOneUse()) {
555     if (const BitCastInst *BC = dyn_cast<BitCastInst>(Arg))
556       return FindSingleUseIdentifiedObject(BC->getOperand(0));
557     if (const GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(Arg))
558       if (GEP->hasAllZeroIndices())
559         return FindSingleUseIdentifiedObject(GEP->getPointerOperand());
560     if (IsForwarding(GetBasicInstructionClass(Arg)))
561       return FindSingleUseIdentifiedObject(
562                cast<CallInst>(Arg)->getArgOperand(0));
563     if (!IsObjCIdentifiedObject(Arg))
564       return 0;
565     return Arg;
566   }
567
568   // If we found an identifiable object but it has multiple uses, but they are
569   // trivial uses, we can still consider this to be a single-use value.
570   if (IsObjCIdentifiedObject(Arg)) {
571     for (Value::const_use_iterator UI = Arg->use_begin(), UE = Arg->use_end();
572          UI != UE; ++UI) {
573       const User *U = *UI;
574       if (!U->use_empty() || StripPointerCastsAndObjCCalls(U) != Arg)
575          return 0;
576     }
577
578     return Arg;
579   }
580
581   return 0;
582 }
583
584 /// ModuleHasARC - Test if the given module looks interesting to run ARC
585 /// optimization on.
586 static bool ModuleHasARC(const Module &M) {
587   return
588     M.getNamedValue("objc_retain") ||
589     M.getNamedValue("objc_release") ||
590     M.getNamedValue("objc_autorelease") ||
591     M.getNamedValue("objc_retainAutoreleasedReturnValue") ||
592     M.getNamedValue("objc_retainBlock") ||
593     M.getNamedValue("objc_autoreleaseReturnValue") ||
594     M.getNamedValue("objc_autoreleasePoolPush") ||
595     M.getNamedValue("objc_loadWeakRetained") ||
596     M.getNamedValue("objc_loadWeak") ||
597     M.getNamedValue("objc_destroyWeak") ||
598     M.getNamedValue("objc_storeWeak") ||
599     M.getNamedValue("objc_initWeak") ||
600     M.getNamedValue("objc_moveWeak") ||
601     M.getNamedValue("objc_copyWeak") ||
602     M.getNamedValue("objc_retainedObject") ||
603     M.getNamedValue("objc_unretainedObject") ||
604     M.getNamedValue("objc_unretainedPointer");
605 }
606
607 /// DoesObjCBlockEscape - Test whether the given pointer, which is an
608 /// Objective C block pointer, does not "escape". This differs from regular
609 /// escape analysis in that a use as an argument to a call is not considered
610 /// an escape.
611 static bool DoesObjCBlockEscape(const Value *BlockPtr) {
612   // Walk the def-use chains.
613   SmallVector<const Value *, 4> Worklist;
614   Worklist.push_back(BlockPtr);
615   do {
616     const Value *V = Worklist.pop_back_val();
617     for (Value::const_use_iterator UI = V->use_begin(), UE = V->use_end();
618          UI != UE; ++UI) {
619       const User *UUser = *UI;
620       // Special - Use by a call (callee or argument) is not considered
621       // to be an escape.
622       switch (GetBasicInstructionClass(UUser)) {
623       case IC_StoreWeak:
624       case IC_InitWeak:
625       case IC_StoreStrong:
626       case IC_Autorelease:
627       case IC_AutoreleaseRV:
628         // These special functions make copies of their pointer arguments.
629         return true;
630       case IC_User:
631       case IC_None:
632         // Use by an instruction which copies the value is an escape if the
633         // result is an escape.
634         if (isa<BitCastInst>(UUser) || isa<GetElementPtrInst>(UUser) ||
635             isa<PHINode>(UUser) || isa<SelectInst>(UUser)) {
636           Worklist.push_back(UUser);
637           continue;
638         }
639         // Use by a load is not an escape.
640         if (isa<LoadInst>(UUser))
641           continue;
642         // Use by a store is not an escape if the use is the address.
643         if (const StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(UUser))
644           if (V != SI->getValueOperand())
645             continue;
646         break;
647       default:
648         // Regular calls and other stuff are not considered escapes.
649         continue;
650       }
651       // Otherwise, conservatively assume an escape.
652       return true;
653     }
654   } while (!Worklist.empty());
655
656   // No escapes found.
657   return false;
658 }
659
660 //===----------------------------------------------------------------------===//
661 // ARC AliasAnalysis.
662 //===----------------------------------------------------------------------===//
663
664 #include "llvm/Analysis/AliasAnalysis.h"
665 #include "llvm/Analysis/Passes.h"
666 #include "llvm/Pass.h"
667
668 namespace {
669   /// ObjCARCAliasAnalysis - This is a simple alias analysis
670   /// implementation that uses knowledge of ARC constructs to answer queries.
671   ///
672   /// TODO: This class could be generalized to know about other ObjC-specific
673   /// tricks. Such as knowing that ivars in the non-fragile ABI are non-aliasing
674   /// even though their offsets are dynamic.
675   class ObjCARCAliasAnalysis : public ImmutablePass,
676                                public AliasAnalysis {
677   public:
678     static char ID; // Class identification, replacement for typeinfo
679     ObjCARCAliasAnalysis() : ImmutablePass(ID) {
680       initializeObjCARCAliasAnalysisPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
681     }
682
683   private:
684     virtual void initializePass() {
685       InitializeAliasAnalysis(this);
686     }
687
688     /// getAdjustedAnalysisPointer - This method is used when a pass implements
689     /// an analysis interface through multiple inheritance.  If needed, it
690     /// should override this to adjust the this pointer as needed for the
691     /// specified pass info.
692     virtual void *getAdjustedAnalysisPointer(const void *PI) {
693       if (PI == &AliasAnalysis::ID)
694         return static_cast<AliasAnalysis *>(this);
695       return this;
696     }
697
698     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const;
699     virtual AliasResult alias(const Location &LocA, const Location &LocB);
700     virtual bool pointsToConstantMemory(const Location &Loc, bool OrLocal);
701     virtual ModRefBehavior getModRefBehavior(ImmutableCallSite CS);
702     virtual ModRefBehavior getModRefBehavior(const Function *F);
703     virtual ModRefResult getModRefInfo(ImmutableCallSite CS,
704                                        const Location &Loc);
705     virtual ModRefResult getModRefInfo(ImmutableCallSite CS1,
706                                        ImmutableCallSite CS2);
707   };
708 }  // End of anonymous namespace
709
710 // Register this pass...
711 char ObjCARCAliasAnalysis::ID = 0;
712 INITIALIZE_AG_PASS(ObjCARCAliasAnalysis, AliasAnalysis, "objc-arc-aa",
713                    "ObjC-ARC-Based Alias Analysis", false, true, false)
714
715 ImmutablePass *llvm::createObjCARCAliasAnalysisPass() {
716   return new ObjCARCAliasAnalysis();
717 }
718
719 void
720 ObjCARCAliasAnalysis::getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
721   AU.setPreservesAll();
722   AliasAnalysis::getAnalysisUsage(AU);
723 }
724
725 AliasAnalysis::AliasResult
726 ObjCARCAliasAnalysis::alias(const Location &LocA, const Location &LocB) {
727   if (!EnableARCOpts)
728     return AliasAnalysis::alias(LocA, LocB);
729
730   // First, strip off no-ops, including ObjC-specific no-ops, and try making a
731   // precise alias query.
732   const Value *SA = StripPointerCastsAndObjCCalls(LocA.Ptr);
733   const Value *SB = StripPointerCastsAndObjCCalls(LocB.Ptr);
734   AliasResult Result =
735     AliasAnalysis::alias(Location(SA, LocA.Size, LocA.TBAATag),
736                          Location(SB, LocB.Size, LocB.TBAATag));
737   if (Result != MayAlias)
738     return Result;
739
740   // If that failed, climb to the underlying object, including climbing through
741   // ObjC-specific no-ops, and try making an imprecise alias query.
742   const Value *UA = GetUnderlyingObjCPtr(SA);
743   const Value *UB = GetUnderlyingObjCPtr(SB);
744   if (UA != SA || UB != SB) {
745     Result = AliasAnalysis::alias(Location(UA), Location(UB));
746     // We can't use MustAlias or PartialAlias results here because
747     // GetUnderlyingObjCPtr may return an offsetted pointer value.
748     if (Result == NoAlias)
749       return NoAlias;
750   }
751
752   // If that failed, fail. We don't need to chain here, since that's covered
753   // by the earlier precise query.
754   return MayAlias;
755 }
756
757 bool
758 ObjCARCAliasAnalysis::pointsToConstantMemory(const Location &Loc,
759                                              bool OrLocal) {
760   if (!EnableARCOpts)
761     return AliasAnalysis::pointsToConstantMemory(Loc, OrLocal);
762
763   // First, strip off no-ops, including ObjC-specific no-ops, and try making
764   // a precise alias query.
765   const Value *S = StripPointerCastsAndObjCCalls(Loc.Ptr);
766   if (AliasAnalysis::pointsToConstantMemory(Location(S, Loc.Size, Loc.TBAATag),
767                                             OrLocal))
768     return true;
769
770   // If that failed, climb to the underlying object, including climbing through
771   // ObjC-specific no-ops, and try making an imprecise alias query.
772   const Value *U = GetUnderlyingObjCPtr(S);
773   if (U != S)
774     return AliasAnalysis::pointsToConstantMemory(Location(U), OrLocal);
775
776   // If that failed, fail. We don't need to chain here, since that's covered
777   // by the earlier precise query.
778   return false;
779 }
780
781 AliasAnalysis::ModRefBehavior
782 ObjCARCAliasAnalysis::getModRefBehavior(ImmutableCallSite CS) {
783   // We have nothing to do. Just chain to the next AliasAnalysis.
784   return AliasAnalysis::getModRefBehavior(CS);
785 }
786
787 AliasAnalysis::ModRefBehavior
788 ObjCARCAliasAnalysis::getModRefBehavior(const Function *F) {
789   if (!EnableARCOpts)
790     return AliasAnalysis::getModRefBehavior(F);
791
792   switch (GetFunctionClass(F)) {
793   case IC_NoopCast:
794     return DoesNotAccessMemory;
795   default:
796     break;
797   }
798
799   return AliasAnalysis::getModRefBehavior(F);
800 }
801
802 AliasAnalysis::ModRefResult
803 ObjCARCAliasAnalysis::getModRefInfo(ImmutableCallSite CS, const Location &Loc) {
804   if (!EnableARCOpts)
805     return AliasAnalysis::getModRefInfo(CS, Loc);
806
807   switch (GetBasicInstructionClass(CS.getInstruction())) {
808   case IC_Retain:
809   case IC_RetainRV:
810   case IC_Autorelease:
811   case IC_AutoreleaseRV:
812   case IC_NoopCast:
813   case IC_AutoreleasepoolPush:
814   case IC_FusedRetainAutorelease:
815   case IC_FusedRetainAutoreleaseRV:
816     // These functions don't access any memory visible to the compiler.
817     // Note that this doesn't include objc_retainBlock, because it updates
818     // pointers when it copies block data.
819     return NoModRef;
820   default:
821     break;
822   }
823
824   return AliasAnalysis::getModRefInfo(CS, Loc);
825 }
826
827 AliasAnalysis::ModRefResult
828 ObjCARCAliasAnalysis::getModRefInfo(ImmutableCallSite CS1,
829                                     ImmutableCallSite CS2) {
830   // TODO: Theoretically we could check for dependencies between objc_* calls
831   // and OnlyAccessesArgumentPointees calls or other well-behaved calls.
832   return AliasAnalysis::getModRefInfo(CS1, CS2);
833 }
834
835 //===----------------------------------------------------------------------===//
836 // ARC expansion.
837 //===----------------------------------------------------------------------===//
838
839 #include "llvm/Support/InstIterator.h"
840 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
841
842 namespace {
843   /// ObjCARCExpand - Early ARC transformations.
844   class ObjCARCExpand : public FunctionPass {
845     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const;
846     virtual bool doInitialization(Module &M);
847     virtual bool runOnFunction(Function &F);
848
849     /// Run - A flag indicating whether this optimization pass should run.
850     bool Run;
851
852   public:
853     static char ID;
854     ObjCARCExpand() : FunctionPass(ID) {
855       initializeObjCARCExpandPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
856     }
857   };
858 }
859
860 char ObjCARCExpand::ID = 0;
861 INITIALIZE_PASS(ObjCARCExpand,
862                 "objc-arc-expand", "ObjC ARC expansion", false, false)
863
864 Pass *llvm::createObjCARCExpandPass() {
865   return new ObjCARCExpand();
866 }
867
868 void ObjCARCExpand::getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
869   AU.setPreservesCFG();
870 }
871
872 bool ObjCARCExpand::doInitialization(Module &M) {
873   Run = ModuleHasARC(M);
874   return false;
875 }
876
877 bool ObjCARCExpand::runOnFunction(Function &F) {
878   if (!EnableARCOpts)
879     return false;
880
881   // If nothing in the Module uses ARC, don't do anything.
882   if (!Run)
883     return false;
884
885   bool Changed = false;
886
887   for (inst_iterator I = inst_begin(&F), E = inst_end(&F); I != E; ++I) {
888     Instruction *Inst = &*I;
889     
890     DEBUG(dbgs() << "ObjCARCExpand: Visiting: " << *Inst << "\n");
891     
892     switch (GetBasicInstructionClass(Inst)) {
893     case IC_Retain:
894     case IC_RetainRV:
895     case IC_Autorelease:
896     case IC_AutoreleaseRV:
897     case IC_FusedRetainAutorelease:
898     case IC_FusedRetainAutoreleaseRV: {
899       // These calls return their argument verbatim, as a low-level
900       // optimization. However, this makes high-level optimizations
901       // harder. Undo any uses of this optimization that the front-end
902       // emitted here. We'll redo them in the contract pass.
903       Changed = true;
904       Value *Value = cast<CallInst>(Inst)->getArgOperand(0);
905       DEBUG(dbgs() << "ObjCARCExpand: Old = " << *Inst << "\n"
906                       "               New = " << *Value << "\n");
907       Inst->replaceAllUsesWith(Value);
908       break;
909     }
910     default:
911       break;
912     }
913   }
914   
915   DEBUG(dbgs() << "ObjCARCExpand: Finished List.\n\n");
916   
917   return Changed;
918 }
919
920 //===----------------------------------------------------------------------===//
921 // ARC autorelease pool elimination.
922 //===----------------------------------------------------------------------===//
923
924 #include "llvm/ADT/STLExtras.h"
925 #include "llvm/IR/Constants.h"
926
927 namespace {
928   /// ObjCARCAPElim - Autorelease pool elimination.
929   class ObjCARCAPElim : public ModulePass {
930     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const;
931     virtual bool runOnModule(Module &M);
932
933     static bool MayAutorelease(ImmutableCallSite CS, unsigned Depth = 0);
934     static bool OptimizeBB(BasicBlock *BB);
935
936   public:
937     static char ID;
938     ObjCARCAPElim() : ModulePass(ID) {
939       initializeObjCARCAPElimPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
940     }
941   };
942 }
943
944 char ObjCARCAPElim::ID = 0;
945 INITIALIZE_PASS(ObjCARCAPElim,
946                 "objc-arc-apelim",
947                 "ObjC ARC autorelease pool elimination",
948                 false, false)
949
950 Pass *llvm::createObjCARCAPElimPass() {
951   return new ObjCARCAPElim();
952 }
953
954 void ObjCARCAPElim::getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
955   AU.setPreservesCFG();
956 }
957
958 /// MayAutorelease - Interprocedurally determine if calls made by the
959 /// given call site can possibly produce autoreleases.
960 bool ObjCARCAPElim::MayAutorelease(ImmutableCallSite CS, unsigned Depth) {
961   if (const Function *Callee = CS.getCalledFunction()) {
962     if (Callee->isDeclaration() || Callee->mayBeOverridden())
963       return true;
964     for (Function::const_iterator I = Callee->begin(), E = Callee->end();
965          I != E; ++I) {
966       const BasicBlock *BB = I;
967       for (BasicBlock::const_iterator J = BB->begin(), F = BB->end();
968            J != F; ++J)
969         if (ImmutableCallSite JCS = ImmutableCallSite(J))
970           // This recursion depth limit is arbitrary. It's just great
971           // enough to cover known interesting testcases.
972           if (Depth < 3 &&
973               !JCS.onlyReadsMemory() &&
974               MayAutorelease(JCS, Depth + 1))
975             return true;
976     }
977     return false;
978   }
979
980   return true;
981 }
982
983 bool ObjCARCAPElim::OptimizeBB(BasicBlock *BB) {
984   bool Changed = false;
985
986   Instruction *Push = 0;
987   for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(), E = BB->end(); I != E; ) {
988     Instruction *Inst = I++;
989     switch (GetBasicInstructionClass(Inst)) {
990     case IC_AutoreleasepoolPush:
991       Push = Inst;
992       break;
993     case IC_AutoreleasepoolPop:
994       // If this pop matches a push and nothing in between can autorelease,
995       // zap the pair.
996       if (Push && cast<CallInst>(Inst)->getArgOperand(0) == Push) {
997         Changed = true;
998         DEBUG(dbgs() << "ObjCARCAPElim::OptimizeBB: Zapping push pop autorelease pair:\n"
999                      << "                           Pop: " << *Inst << "\n"
1000                      << "                           Push: " << *Push << "\n");
1001         Inst->eraseFromParent();
1002         Push->eraseFromParent();
1003       }
1004       Push = 0;
1005       break;
1006     case IC_CallOrUser:
1007       if (MayAutorelease(ImmutableCallSite(Inst)))
1008         Push = 0;
1009       break;
1010     default:
1011       break;
1012     }
1013   }
1014
1015   return Changed;
1016 }
1017
1018 bool ObjCARCAPElim::runOnModule(Module &M) {
1019   if (!EnableARCOpts)
1020     return false;
1021
1022   // If nothing in the Module uses ARC, don't do anything.
1023   if (!ModuleHasARC(M))
1024     return false;
1025
1026   // Find the llvm.global_ctors variable, as the first step in
1027   // identifying the global constructors. In theory, unnecessary autorelease
1028   // pools could occur anywhere, but in practice it's pretty rare. Global
1029   // ctors are a place where autorelease pools get inserted automatically,
1030   // so it's pretty common for them to be unnecessary, and it's pretty
1031   // profitable to eliminate them.
1032   GlobalVariable *GV = M.getGlobalVariable("llvm.global_ctors");
1033   if (!GV)
1034     return false;
1035
1036   assert(GV->hasDefinitiveInitializer() &&
1037          "llvm.global_ctors is uncooperative!");
1038
1039   bool Changed = false;
1040
1041   // Dig the constructor functions out of GV's initializer.
1042   ConstantArray *Init = cast<ConstantArray>(GV->getInitializer());
1043   for (User::op_iterator OI = Init->op_begin(), OE = Init->op_end();
1044        OI != OE; ++OI) {
1045     Value *Op = *OI;
1046     // llvm.global_ctors is an array of pairs where the second members
1047     // are constructor functions.
1048     Function *F = dyn_cast<Function>(cast<ConstantStruct>(Op)->getOperand(1));
1049     // If the user used a constructor function with the wrong signature and
1050     // it got bitcasted or whatever, look the other way.
1051     if (!F)
1052       continue;
1053     // Only look at function definitions.
1054     if (F->isDeclaration())
1055       continue;
1056     // Only look at functions with one basic block.
1057     if (llvm::next(F->begin()) != F->end())
1058       continue;
1059     // Ok, a single-block constructor function definition. Try to optimize it.
1060     Changed |= OptimizeBB(F->begin());
1061   }
1062
1063   return Changed;
1064 }
1065
1066 //===----------------------------------------------------------------------===//
1067 // ARC optimization.
1068 //===----------------------------------------------------------------------===//
1069
1070 // TODO: On code like this:
1071 //
1072 // objc_retain(%x)
1073 // stuff_that_cannot_release()
1074 // objc_autorelease(%x)
1075 // stuff_that_cannot_release()
1076 // objc_retain(%x)
1077 // stuff_that_cannot_release()
1078 // objc_autorelease(%x)
1079 //
1080 // The second retain and autorelease can be deleted.
1081
1082 // TODO: It should be possible to delete
1083 // objc_autoreleasePoolPush and objc_autoreleasePoolPop
1084 // pairs if nothing is actually autoreleased between them. Also, autorelease
1085 // calls followed by objc_autoreleasePoolPop calls (perhaps in ObjC++ code
1086 // after inlining) can be turned into plain release calls.
1087
1088 // TODO: Critical-edge splitting. If the optimial insertion point is
1089 // a critical edge, the current algorithm has to fail, because it doesn't
1090 // know how to split edges. It should be possible to make the optimizer
1091 // think in terms of edges, rather than blocks, and then split critical
1092 // edges on demand.
1093
1094 // TODO: OptimizeSequences could generalized to be Interprocedural.
1095
1096 // TODO: Recognize that a bunch of other objc runtime calls have
1097 // non-escaping arguments and non-releasing arguments, and may be
1098 // non-autoreleasing.
1099
1100 // TODO: Sink autorelease calls as far as possible. Unfortunately we
1101 // usually can't sink them past other calls, which would be the main
1102 // case where it would be useful.
1103
1104 // TODO: The pointer returned from objc_loadWeakRetained is retained.
1105
1106 // TODO: Delete release+retain pairs (rare).
1107
1108 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
1109 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
1110 #include "llvm/IR/LLVMContext.h"
1111 #include "llvm/Support/CFG.h"
1112
1113 STATISTIC(NumNoops,       "Number of no-op objc calls eliminated");
1114 STATISTIC(NumPartialNoops, "Number of partially no-op objc calls eliminated");
1115 STATISTIC(NumAutoreleases,"Number of autoreleases converted to releases");
1116 STATISTIC(NumRets,        "Number of return value forwarding "
1117                           "retain+autoreleaes eliminated");
1118 STATISTIC(NumRRs,         "Number of retain+release paths eliminated");
1119 STATISTIC(NumPeeps,       "Number of calls peephole-optimized");
1120
1121 namespace {
1122   /// ProvenanceAnalysis - This is similar to BasicAliasAnalysis, and it
1123   /// uses many of the same techniques, except it uses special ObjC-specific
1124   /// reasoning about pointer relationships.
1125   class ProvenanceAnalysis {
1126     AliasAnalysis *AA;
1127
1128     typedef std::pair<const Value *, const Value *> ValuePairTy;
1129     typedef DenseMap<ValuePairTy, bool> CachedResultsTy;
1130     CachedResultsTy CachedResults;
1131
1132     bool relatedCheck(const Value *A, const Value *B);
1133     bool relatedSelect(const SelectInst *A, const Value *B);
1134     bool relatedPHI(const PHINode *A, const Value *B);
1135
1136     void operator=(const ProvenanceAnalysis &) LLVM_DELETED_FUNCTION;
1137     ProvenanceAnalysis(const ProvenanceAnalysis &) LLVM_DELETED_FUNCTION;
1138
1139   public:
1140     ProvenanceAnalysis() {}
1141
1142     void setAA(AliasAnalysis *aa) { AA = aa; }
1143
1144     AliasAnalysis *getAA() const { return AA; }
1145
1146     bool related(const Value *A, const Value *B);
1147
1148     void clear() {
1149       CachedResults.clear();
1150     }
1151   };
1152 }
1153
1154 bool ProvenanceAnalysis::relatedSelect(const SelectInst *A, const Value *B) {
1155   // If the values are Selects with the same condition, we can do a more precise
1156   // check: just check for relations between the values on corresponding arms.
1157   if (const SelectInst *SB = dyn_cast<SelectInst>(B))
1158     if (A->getCondition() == SB->getCondition())
1159       return related(A->getTrueValue(), SB->getTrueValue()) ||
1160              related(A->getFalseValue(), SB->getFalseValue());
1161
1162   // Check both arms of the Select node individually.
1163   return related(A->getTrueValue(), B) ||
1164          related(A->getFalseValue(), B);
1165 }
1166
1167 bool ProvenanceAnalysis::relatedPHI(const PHINode *A, const Value *B) {
1168   // If the values are PHIs in the same block, we can do a more precise as well
1169   // as efficient check: just check for relations between the values on
1170   // corresponding edges.
1171   if (const PHINode *PNB = dyn_cast<PHINode>(B))
1172     if (PNB->getParent() == A->getParent()) {
1173       for (unsigned i = 0, e = A->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
1174         if (related(A->getIncomingValue(i),
1175                     PNB->getIncomingValueForBlock(A->getIncomingBlock(i))))
1176           return true;
1177       return false;
1178     }
1179
1180   // Check each unique source of the PHI node against B.
1181   SmallPtrSet<const Value *, 4> UniqueSrc;
1182   for (unsigned i = 0, e = A->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
1183     const Value *PV1 = A->getIncomingValue(i);
1184     if (UniqueSrc.insert(PV1) && related(PV1, B))
1185       return true;
1186   }
1187
1188   // All of the arms checked out.
1189   return false;
1190 }
1191
1192 /// isStoredObjCPointer - Test if the value of P, or any value covered by its
1193 /// provenance, is ever stored within the function (not counting callees).
1194 static bool isStoredObjCPointer(const Value *P) {
1195   SmallPtrSet<const Value *, 8> Visited;
1196   SmallVector<const Value *, 8> Worklist;
1197   Worklist.push_back(P);
1198   Visited.insert(P);
1199   do {
1200     P = Worklist.pop_back_val();
1201     for (Value::const_use_iterator UI = P->use_begin(), UE = P->use_end();
1202          UI != UE; ++UI) {
1203       const User *Ur = *UI;
1204       if (isa<StoreInst>(Ur)) {
1205         if (UI.getOperandNo() == 0)
1206           // The pointer is stored.
1207           return true;
1208         // The pointed is stored through.
1209         continue;
1210       }
1211       if (isa<CallInst>(Ur))
1212         // The pointer is passed as an argument, ignore this.
1213         continue;
1214       if (isa<PtrToIntInst>(P))
1215         // Assume the worst.
1216         return true;
1217       if (Visited.insert(Ur))
1218         Worklist.push_back(Ur);
1219     }
1220   } while (!Worklist.empty());
1221
1222   // Everything checked out.
1223   return false;
1224 }
1225
1226 bool ProvenanceAnalysis::relatedCheck(const Value *A, const Value *B) {
1227   // Skip past provenance pass-throughs.
1228   A = GetUnderlyingObjCPtr(A);
1229   B = GetUnderlyingObjCPtr(B);
1230
1231   // Quick check.
1232   if (A == B)
1233     return true;
1234
1235   // Ask regular AliasAnalysis, for a first approximation.
1236   switch (AA->alias(A, B)) {
1237   case AliasAnalysis::NoAlias:
1238     return false;
1239   case AliasAnalysis::MustAlias:
1240   case AliasAnalysis::PartialAlias:
1241     return true;
1242   case AliasAnalysis::MayAlias:
1243     break;
1244   }
1245
1246   bool AIsIdentified = IsObjCIdentifiedObject(A);
1247   bool BIsIdentified = IsObjCIdentifiedObject(B);
1248
1249   // An ObjC-Identified object can't alias a load if it is never locally stored.
1250   if (AIsIdentified) {
1251     // Check for an obvious escape.
1252     if (isa<LoadInst>(B))
1253       return isStoredObjCPointer(A);
1254     if (BIsIdentified) {
1255       // Check for an obvious escape.
1256       if (isa<LoadInst>(A))
1257         return isStoredObjCPointer(B);
1258       // Both pointers are identified and escapes aren't an evident problem.
1259       return false;
1260     }
1261   } else if (BIsIdentified) {
1262     // Check for an obvious escape.
1263     if (isa<LoadInst>(A))
1264       return isStoredObjCPointer(B);
1265   }
1266
1267    // Special handling for PHI and Select.
1268   if (const PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(A))
1269     return relatedPHI(PN, B);
1270   if (const PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(B))
1271     return relatedPHI(PN, A);
1272   if (const SelectInst *S = dyn_cast<SelectInst>(A))
1273     return relatedSelect(S, B);
1274   if (const SelectInst *S = dyn_cast<SelectInst>(B))
1275     return relatedSelect(S, A);
1276
1277   // Conservative.
1278   return true;
1279 }
1280
1281 bool ProvenanceAnalysis::related(const Value *A, const Value *B) {
1282   // Begin by inserting a conservative value into the map. If the insertion
1283   // fails, we have the answer already. If it succeeds, leave it there until we
1284   // compute the real answer to guard against recursive queries.
1285   if (A > B) std::swap(A, B);
1286   std::pair<CachedResultsTy::iterator, bool> Pair =
1287     CachedResults.insert(std::make_pair(ValuePairTy(A, B), true));
1288   if (!Pair.second)
1289     return Pair.first->second;
1290
1291   bool Result = relatedCheck(A, B);
1292   CachedResults[ValuePairTy(A, B)] = Result;
1293   return Result;
1294 }
1295
1296 namespace {
1297   // Sequence - A sequence of states that a pointer may go through in which an
1298   // objc_retain and objc_release are actually needed.
1299   enum Sequence {
1300     S_None,
1301     S_Retain,         ///< objc_retain(x)
1302     S_CanRelease,     ///< foo(x) -- x could possibly see a ref count decrement
1303     S_Use,            ///< any use of x
1304     S_Stop,           ///< like S_Release, but code motion is stopped
1305     S_Release,        ///< objc_release(x)
1306     S_MovableRelease  ///< objc_release(x), !clang.imprecise_release
1307   };
1308 }
1309
1310 static Sequence MergeSeqs(Sequence A, Sequence B, bool TopDown) {
1311   // The easy cases.
1312   if (A == B)
1313     return A;
1314   if (A == S_None || B == S_None)
1315     return S_None;
1316
1317   if (A > B) std::swap(A, B);
1318   if (TopDown) {
1319     // Choose the side which is further along in the sequence.
1320     if ((A == S_Retain || A == S_CanRelease) &&
1321         (B == S_CanRelease || B == S_Use))
1322       return B;
1323   } else {
1324     // Choose the side which is further along in the sequence.
1325     if ((A == S_Use || A == S_CanRelease) &&
1326         (B == S_Use || B == S_Release || B == S_Stop || B == S_MovableRelease))
1327       return A;
1328     // If both sides are releases, choose the more conservative one.
1329     if (A == S_Stop && (B == S_Release || B == S_MovableRelease))
1330       return A;
1331     if (A == S_Release && B == S_MovableRelease)
1332       return A;
1333   }
1334
1335   return S_None;
1336 }
1337
1338 namespace {
1339   /// RRInfo - Unidirectional information about either a
1340   /// retain-decrement-use-release sequence or release-use-decrement-retain
1341   /// reverese sequence.
1342   struct RRInfo {
1343     /// KnownSafe - After an objc_retain, the reference count of the referenced
1344     /// object is known to be positive. Similarly, before an objc_release, the
1345     /// reference count of the referenced object is known to be positive. If
1346     /// there are retain-release pairs in code regions where the retain count
1347     /// is known to be positive, they can be eliminated, regardless of any side
1348     /// effects between them.
1349     ///
1350     /// Also, a retain+release pair nested within another retain+release
1351     /// pair all on the known same pointer value can be eliminated, regardless
1352     /// of any intervening side effects.
1353     ///
1354     /// KnownSafe is true when either of these conditions is satisfied.
1355     bool KnownSafe;
1356
1357     /// IsRetainBlock - True if the Calls are objc_retainBlock calls (as
1358     /// opposed to objc_retain calls).
1359     bool IsRetainBlock;
1360
1361     /// IsTailCallRelease - True of the objc_release calls are all marked
1362     /// with the "tail" keyword.
1363     bool IsTailCallRelease;
1364
1365     /// ReleaseMetadata - If the Calls are objc_release calls and they all have
1366     /// a clang.imprecise_release tag, this is the metadata tag.
1367     MDNode *ReleaseMetadata;
1368
1369     /// Calls - For a top-down sequence, the set of objc_retains or
1370     /// objc_retainBlocks. For bottom-up, the set of objc_releases.
1371     SmallPtrSet<Instruction *, 2> Calls;
1372
1373     /// ReverseInsertPts - The set of optimal insert positions for
1374     /// moving calls in the opposite sequence.
1375     SmallPtrSet<Instruction *, 2> ReverseInsertPts;
1376
1377     RRInfo() :
1378       KnownSafe(false), IsRetainBlock(false),
1379       IsTailCallRelease(false),
1380       ReleaseMetadata(0) {}
1381
1382     void clear();
1383   };
1384 }
1385
1386 void RRInfo::clear() {
1387   KnownSafe = false;
1388   IsRetainBlock = false;
1389   IsTailCallRelease = false;
1390   ReleaseMetadata = 0;
1391   Calls.clear();
1392   ReverseInsertPts.clear();
1393 }
1394
1395 namespace {
1396   /// PtrState - This class summarizes several per-pointer runtime properties
1397   /// which are propogated through the flow graph.
1398   class PtrState {
1399     /// KnownPositiveRefCount - True if the reference count is known to
1400     /// be incremented.
1401     bool KnownPositiveRefCount;
1402
1403     /// Partial - True of we've seen an opportunity for partial RR elimination,
1404     /// such as pushing calls into a CFG triangle or into one side of a
1405     /// CFG diamond.
1406     bool Partial;
1407
1408     /// Seq - The current position in the sequence.
1409     Sequence Seq : 8;
1410
1411   public:
1412     /// RRI - Unidirectional information about the current sequence.
1413     /// TODO: Encapsulate this better.
1414     RRInfo RRI;
1415
1416     PtrState() : KnownPositiveRefCount(false), Partial(false),
1417                  Seq(S_None) {}
1418
1419     void SetKnownPositiveRefCount() {
1420       KnownPositiveRefCount = true;
1421     }
1422
1423     void ClearRefCount() {
1424       KnownPositiveRefCount = false;
1425     }
1426
1427     bool IsKnownIncremented() const {
1428       return KnownPositiveRefCount;
1429     }
1430
1431     void SetSeq(Sequence NewSeq) {
1432       Seq = NewSeq;
1433     }
1434
1435     Sequence GetSeq() const {
1436       return Seq;
1437     }
1438
1439     void ClearSequenceProgress() {
1440       ResetSequenceProgress(S_None);
1441     }
1442
1443     void ResetSequenceProgress(Sequence NewSeq) {
1444       Seq = NewSeq;
1445       Partial = false;
1446       RRI.clear();
1447     }
1448
1449     void Merge(const PtrState &Other, bool TopDown);
1450   };
1451 }
1452
1453 void
1454 PtrState::Merge(const PtrState &Other, bool TopDown) {
1455   Seq = MergeSeqs(Seq, Other.Seq, TopDown);
1456   KnownPositiveRefCount = KnownPositiveRefCount && Other.KnownPositiveRefCount;
1457
1458   // We can't merge a plain objc_retain with an objc_retainBlock.
1459   if (RRI.IsRetainBlock != Other.RRI.IsRetainBlock)
1460     Seq = S_None;
1461
1462   // If we're not in a sequence (anymore), drop all associated state.
1463   if (Seq == S_None) {
1464     Partial = false;
1465     RRI.clear();
1466   } else if (Partial || Other.Partial) {
1467     // If we're doing a merge on a path that's previously seen a partial
1468     // merge, conservatively drop the sequence, to avoid doing partial
1469     // RR elimination. If the branch predicates for the two merge differ,
1470     // mixing them is unsafe.
1471     ClearSequenceProgress();
1472   } else {
1473     // Conservatively merge the ReleaseMetadata information.
1474     if (RRI.ReleaseMetadata != Other.RRI.ReleaseMetadata)
1475       RRI.ReleaseMetadata = 0;
1476
1477     RRI.KnownSafe = RRI.KnownSafe && Other.RRI.KnownSafe;
1478     RRI.IsTailCallRelease = RRI.IsTailCallRelease &&
1479                             Other.RRI.IsTailCallRelease;
1480     RRI.Calls.insert(Other.RRI.Calls.begin(), Other.RRI.Calls.end());
1481
1482     // Merge the insert point sets. If there are any differences,
1483     // that makes this a partial merge.
1484     Partial = RRI.ReverseInsertPts.size() != Other.RRI.ReverseInsertPts.size();
1485     for (SmallPtrSet<Instruction *, 2>::const_iterator
1486          I = Other.RRI.ReverseInsertPts.begin(),
1487          E = Other.RRI.ReverseInsertPts.end(); I != E; ++I)
1488       Partial |= RRI.ReverseInsertPts.insert(*I);
1489   }
1490 }
1491
1492 namespace {
1493   /// BBState - Per-BasicBlock state.
1494   class BBState {
1495     /// TopDownPathCount - The number of unique control paths from the entry
1496     /// which can reach this block.
1497     unsigned TopDownPathCount;
1498
1499     /// BottomUpPathCount - The number of unique control paths to exits
1500     /// from this block.
1501     unsigned BottomUpPathCount;
1502
1503     /// MapTy - A type for PerPtrTopDown and PerPtrBottomUp.
1504     typedef MapVector<const Value *, PtrState> MapTy;
1505
1506     /// PerPtrTopDown - The top-down traversal uses this to record information
1507     /// known about a pointer at the bottom of each block.
1508     MapTy PerPtrTopDown;
1509
1510     /// PerPtrBottomUp - The bottom-up traversal uses this to record information
1511     /// known about a pointer at the top of each block.
1512     MapTy PerPtrBottomUp;
1513
1514     /// Preds, Succs - Effective successors and predecessors of the current
1515     /// block (this ignores ignorable edges and ignored backedges).
1516     SmallVector<BasicBlock *, 2> Preds;
1517     SmallVector<BasicBlock *, 2> Succs;
1518
1519   public:
1520     BBState() : TopDownPathCount(0), BottomUpPathCount(0) {}
1521
1522     typedef MapTy::iterator ptr_iterator;
1523     typedef MapTy::const_iterator ptr_const_iterator;
1524
1525     ptr_iterator top_down_ptr_begin() { return PerPtrTopDown.begin(); }
1526     ptr_iterator top_down_ptr_end() { return PerPtrTopDown.end(); }
1527     ptr_const_iterator top_down_ptr_begin() const {
1528       return PerPtrTopDown.begin();
1529     }
1530     ptr_const_iterator top_down_ptr_end() const {
1531       return PerPtrTopDown.end();
1532     }
1533
1534     ptr_iterator bottom_up_ptr_begin() { return PerPtrBottomUp.begin(); }
1535     ptr_iterator bottom_up_ptr_end() { return PerPtrBottomUp.end(); }
1536     ptr_const_iterator bottom_up_ptr_begin() const {
1537       return PerPtrBottomUp.begin();
1538     }
1539     ptr_const_iterator bottom_up_ptr_end() const {
1540       return PerPtrBottomUp.end();
1541     }
1542
1543     /// SetAsEntry - Mark this block as being an entry block, which has one
1544     /// path from the entry by definition.
1545     void SetAsEntry() { TopDownPathCount = 1; }
1546
1547     /// SetAsExit - Mark this block as being an exit block, which has one
1548     /// path to an exit by definition.
1549     void SetAsExit()  { BottomUpPathCount = 1; }
1550
1551     PtrState &getPtrTopDownState(const Value *Arg) {
1552       return PerPtrTopDown[Arg];
1553     }
1554
1555     PtrState &getPtrBottomUpState(const Value *Arg) {
1556       return PerPtrBottomUp[Arg];
1557     }
1558
1559     void clearBottomUpPointers() {
1560       PerPtrBottomUp.clear();
1561     }
1562
1563     void clearTopDownPointers() {
1564       PerPtrTopDown.clear();
1565     }
1566
1567     void InitFromPred(const BBState &Other);
1568     void InitFromSucc(const BBState &Other);
1569     void MergePred(const BBState &Other);
1570     void MergeSucc(const BBState &Other);
1571
1572     /// GetAllPathCount - Return the number of possible unique paths from an
1573     /// entry to an exit which pass through this block. This is only valid
1574     /// after both the top-down and bottom-up traversals are complete.
1575     unsigned GetAllPathCount() const {
1576       assert(TopDownPathCount != 0);
1577       assert(BottomUpPathCount != 0);
1578       return TopDownPathCount * BottomUpPathCount;
1579     }
1580
1581     // Specialized CFG utilities.
1582     typedef SmallVectorImpl<BasicBlock *>::const_iterator edge_iterator;
1583     edge_iterator pred_begin() { return Preds.begin(); }
1584     edge_iterator pred_end() { return Preds.end(); }
1585     edge_iterator succ_begin() { return Succs.begin(); }
1586     edge_iterator succ_end() { return Succs.end(); }
1587
1588     void addSucc(BasicBlock *Succ) { Succs.push_back(Succ); }
1589     void addPred(BasicBlock *Pred) { Preds.push_back(Pred); }
1590
1591     bool isExit() const { return Succs.empty(); }
1592   };
1593 }
1594
1595 void BBState::InitFromPred(const BBState &Other) {
1596   PerPtrTopDown = Other.PerPtrTopDown;
1597   TopDownPathCount = Other.TopDownPathCount;
1598 }
1599
1600 void BBState::InitFromSucc(const BBState &Other) {
1601   PerPtrBottomUp = Other.PerPtrBottomUp;
1602   BottomUpPathCount = Other.BottomUpPathCount;
1603 }
1604
1605 /// MergePred - The top-down traversal uses this to merge information about
1606 /// predecessors to form the initial state for a new block.
1607 void BBState::MergePred(const BBState &Other) {
1608   // Other.TopDownPathCount can be 0, in which case it is either dead or a
1609   // loop backedge. Loop backedges are special.
1610   TopDownPathCount += Other.TopDownPathCount;
1611
1612   // Check for overflow. If we have overflow, fall back to conservative behavior.
1613   if (TopDownPathCount < Other.TopDownPathCount) {
1614     clearTopDownPointers();
1615     return;
1616   }
1617
1618   // For each entry in the other set, if our set has an entry with the same key,
1619   // merge the entries. Otherwise, copy the entry and merge it with an empty
1620   // entry.
1621   for (ptr_const_iterator MI = Other.top_down_ptr_begin(),
1622        ME = Other.top_down_ptr_end(); MI != ME; ++MI) {
1623     std::pair<ptr_iterator, bool> Pair = PerPtrTopDown.insert(*MI);
1624     Pair.first->second.Merge(Pair.second ? PtrState() : MI->second,
1625                              /*TopDown=*/true);
1626   }
1627
1628   // For each entry in our set, if the other set doesn't have an entry with the
1629   // same key, force it to merge with an empty entry.
1630   for (ptr_iterator MI = top_down_ptr_begin(),
1631        ME = top_down_ptr_end(); MI != ME; ++MI)
1632     if (Other.PerPtrTopDown.find(MI->first) == Other.PerPtrTopDown.end())
1633       MI->second.Merge(PtrState(), /*TopDown=*/true);
1634 }
1635
1636 /// MergeSucc - The bottom-up traversal uses this to merge information about
1637 /// successors to form the initial state for a new block.
1638 void BBState::MergeSucc(const BBState &Other) {
1639   // Other.BottomUpPathCount can be 0, in which case it is either dead or a
1640   // loop backedge. Loop backedges are special.
1641   BottomUpPathCount += Other.BottomUpPathCount;
1642
1643   // Check for overflow. If we have overflow, fall back to conservative behavior.
1644   if (BottomUpPathCount < Other.BottomUpPathCount) {
1645     clearBottomUpPointers();
1646     return;
1647   }
1648
1649   // For each entry in the other set, if our set has an entry with the
1650   // same key, merge the entries. Otherwise, copy the entry and merge
1651   // it with an empty entry.
1652   for (ptr_const_iterator MI = Other.bottom_up_ptr_begin(),
1653        ME = Other.bottom_up_ptr_end(); MI != ME; ++MI) {
1654     std::pair<ptr_iterator, bool> Pair = PerPtrBottomUp.insert(*MI);
1655     Pair.first->second.Merge(Pair.second ? PtrState() : MI->second,
1656                              /*TopDown=*/false);
1657   }
1658
1659   // For each entry in our set, if the other set doesn't have an entry
1660   // with the same key, force it to merge with an empty entry.
1661   for (ptr_iterator MI = bottom_up_ptr_begin(),
1662        ME = bottom_up_ptr_end(); MI != ME; ++MI)
1663     if (Other.PerPtrBottomUp.find(MI->first) == Other.PerPtrBottomUp.end())
1664       MI->second.Merge(PtrState(), /*TopDown=*/false);
1665 }
1666
1667 namespace {
1668   /// ObjCARCOpt - The main ARC optimization pass.
1669   class ObjCARCOpt : public FunctionPass {
1670     bool Changed;
1671     ProvenanceAnalysis PA;
1672
1673     /// Run - A flag indicating whether this optimization pass should run.
1674     bool Run;
1675
1676     /// RetainRVCallee, etc. - Declarations for ObjC runtime
1677     /// functions, for use in creating calls to them. These are initialized
1678     /// lazily to avoid cluttering up the Module with unused declarations.
1679     Constant *RetainRVCallee, *AutoreleaseRVCallee, *ReleaseCallee,
1680              *RetainCallee, *RetainBlockCallee, *AutoreleaseCallee;
1681
1682     /// UsedInThisFunciton - Flags which determine whether each of the
1683     /// interesting runtine functions is in fact used in the current function.
1684     unsigned UsedInThisFunction;
1685
1686     /// ImpreciseReleaseMDKind - The Metadata Kind for clang.imprecise_release
1687     /// metadata.
1688     unsigned ImpreciseReleaseMDKind;
1689
1690     /// CopyOnEscapeMDKind - The Metadata Kind for clang.arc.copy_on_escape
1691     /// metadata.
1692     unsigned CopyOnEscapeMDKind;
1693
1694     /// NoObjCARCExceptionsMDKind - The Metadata Kind for
1695     /// clang.arc.no_objc_arc_exceptions metadata.
1696     unsigned NoObjCARCExceptionsMDKind;
1697
1698     Constant *getRetainRVCallee(Module *M);
1699     Constant *getAutoreleaseRVCallee(Module *M);
1700     Constant *getReleaseCallee(Module *M);
1701     Constant *getRetainCallee(Module *M);
1702     Constant *getRetainBlockCallee(Module *M);
1703     Constant *getAutoreleaseCallee(Module *M);
1704
1705     bool IsRetainBlockOptimizable(const Instruction *Inst);
1706
1707     void OptimizeRetainCall(Function &F, Instruction *Retain);
1708     bool OptimizeRetainRVCall(Function &F, Instruction *RetainRV);
1709     void OptimizeAutoreleaseRVCall(Function &F, Instruction *AutoreleaseRV);
1710     void OptimizeIndividualCalls(Function &F);
1711
1712     void CheckForCFGHazards(const BasicBlock *BB,
1713                             DenseMap<const BasicBlock *, BBState> &BBStates,
1714                             BBState &MyStates) const;
1715     bool VisitInstructionBottomUp(Instruction *Inst,
1716                                   BasicBlock *BB,
1717                                   MapVector<Value *, RRInfo> &Retains,
1718                                   BBState &MyStates);
1719     bool VisitBottomUp(BasicBlock *BB,
1720                        DenseMap<const BasicBlock *, BBState> &BBStates,
1721                        MapVector<Value *, RRInfo> &Retains);
1722     bool VisitInstructionTopDown(Instruction *Inst,
1723                                  DenseMap<Value *, RRInfo> &Releases,
1724                                  BBState &MyStates);
1725     bool VisitTopDown(BasicBlock *BB,
1726                       DenseMap<const BasicBlock *, BBState> &BBStates,
1727                       DenseMap<Value *, RRInfo> &Releases);
1728     bool Visit(Function &F,
1729                DenseMap<const BasicBlock *, BBState> &BBStates,
1730                MapVector<Value *, RRInfo> &Retains,
1731                DenseMap<Value *, RRInfo> &Releases);
1732
1733     void MoveCalls(Value *Arg, RRInfo &RetainsToMove, RRInfo &ReleasesToMove,
1734                    MapVector<Value *, RRInfo> &Retains,
1735                    DenseMap<Value *, RRInfo> &Releases,
1736                    SmallVectorImpl<Instruction *> &DeadInsts,
1737                    Module *M);
1738
1739     bool PerformCodePlacement(DenseMap<const BasicBlock *, BBState> &BBStates,
1740                               MapVector<Value *, RRInfo> &Retains,
1741                               DenseMap<Value *, RRInfo> &Releases,
1742                               Module *M);
1743
1744     void OptimizeWeakCalls(Function &F);
1745
1746     bool OptimizeSequences(Function &F);
1747
1748     void OptimizeReturns(Function &F);
1749
1750     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const;
1751     virtual bool doInitialization(Module &M);
1752     virtual bool runOnFunction(Function &F);
1753     virtual void releaseMemory();
1754
1755   public:
1756     static char ID;
1757     ObjCARCOpt() : FunctionPass(ID) {
1758       initializeObjCARCOptPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
1759     }
1760   };
1761 }
1762
1763 char ObjCARCOpt::ID = 0;
1764 INITIALIZE_PASS_BEGIN(ObjCARCOpt,
1765                       "objc-arc", "ObjC ARC optimization", false, false)
1766 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(ObjCARCAliasAnalysis)
1767 INITIALIZE_PASS_END(ObjCARCOpt,
1768                     "objc-arc", "ObjC ARC optimization", false, false)
1769
1770 Pass *llvm::createObjCARCOptPass() {
1771   return new ObjCARCOpt();
1772 }
1773
1774 void ObjCARCOpt::getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
1775   AU.addRequired<ObjCARCAliasAnalysis>();
1776   AU.addRequired<AliasAnalysis>();
1777   // ARC optimization doesn't currently split critical edges.
1778   AU.setPreservesCFG();
1779 }
1780
1781 bool ObjCARCOpt::IsRetainBlockOptimizable(const Instruction *Inst) {
1782   // Without the magic metadata tag, we have to assume this might be an
1783   // objc_retainBlock call inserted to convert a block pointer to an id,
1784   // in which case it really is needed.
1785   if (!Inst->getMetadata(CopyOnEscapeMDKind))
1786     return false;
1787
1788   // If the pointer "escapes" (not including being used in a call),
1789   // the copy may be needed.
1790   if (DoesObjCBlockEscape(Inst))
1791     return false;
1792
1793   // Otherwise, it's not needed.
1794   return true;
1795 }
1796
1797 Constant *ObjCARCOpt::getRetainRVCallee(Module *M) {
1798   if (!RetainRVCallee) {
1799     LLVMContext &C = M->getContext();
1800     Type *I8X = PointerType::getUnqual(Type::getInt8Ty(C));
1801     Type *Params[] = { I8X };
1802     FunctionType *FTy = FunctionType::get(I8X, Params, /*isVarArg=*/false);
1803     AttributeSet Attribute =
1804       AttributeSet().addAttr(M->getContext(), AttributeSet::FunctionIndex,
1805                             Attribute::get(C, Attribute::NoUnwind));
1806     RetainRVCallee =
1807       M->getOrInsertFunction("objc_retainAutoreleasedReturnValue", FTy,
1808                              Attribute);
1809   }
1810   return RetainRVCallee;
1811 }
1812
1813 Constant *ObjCARCOpt::getAutoreleaseRVCallee(Module *M) {
1814   if (!AutoreleaseRVCallee) {
1815     LLVMContext &C = M->getContext();
1816     Type *I8X = PointerType::getUnqual(Type::getInt8Ty(C));
1817     Type *Params[] = { I8X };
1818     FunctionType *FTy = FunctionType::get(I8X, Params, /*isVarArg=*/false);
1819     AttributeSet Attribute =
1820       AttributeSet().addAttr(M->getContext(), AttributeSet::FunctionIndex,
1821                             Attribute::get(C, Attribute::NoUnwind));
1822     AutoreleaseRVCallee =
1823       M->getOrInsertFunction("objc_autoreleaseReturnValue", FTy,
1824                              Attribute);
1825   }
1826   return AutoreleaseRVCallee;
1827 }
1828
1829 Constant *ObjCARCOpt::getReleaseCallee(Module *M) {
1830   if (!ReleaseCallee) {
1831     LLVMContext &C = M->getContext();
1832     Type *Params[] = { PointerType::getUnqual(Type::getInt8Ty(C)) };
1833     AttributeSet Attribute =
1834       AttributeSet().addAttr(M->getContext(), AttributeSet::FunctionIndex,
1835                             Attribute::get(C, Attribute::NoUnwind));
1836     ReleaseCallee =
1837       M->getOrInsertFunction(
1838         "objc_release",
1839         FunctionType::get(Type::getVoidTy(C), Params, /*isVarArg=*/false),
1840         Attribute);
1841   }
1842   return ReleaseCallee;
1843 }
1844
1845 Constant *ObjCARCOpt::getRetainCallee(Module *M) {
1846   if (!RetainCallee) {
1847     LLVMContext &C = M->getContext();
1848     Type *Params[] = { PointerType::getUnqual(Type::getInt8Ty(C)) };
1849     AttributeSet Attribute =
1850       AttributeSet().addAttr(M->getContext(), AttributeSet::FunctionIndex,
1851                             Attribute::get(C, Attribute::NoUnwind));
1852     RetainCallee =
1853       M->getOrInsertFunction(
1854         "objc_retain",
1855         FunctionType::get(Params[0], Params, /*isVarArg=*/false),
1856         Attribute);
1857   }
1858   return RetainCallee;
1859 }
1860
1861 Constant *ObjCARCOpt::getRetainBlockCallee(Module *M) {
1862   if (!RetainBlockCallee) {
1863     LLVMContext &C = M->getContext();
1864     Type *Params[] = { PointerType::getUnqual(Type::getInt8Ty(C)) };
1865     // objc_retainBlock is not nounwind because it calls user copy constructors
1866     // which could theoretically throw.
1867     RetainBlockCallee =
1868       M->getOrInsertFunction(
1869         "objc_retainBlock",
1870         FunctionType::get(Params[0], Params, /*isVarArg=*/false),
1871         AttributeSet());
1872   }
1873   return RetainBlockCallee;
1874 }
1875
1876 Constant *ObjCARCOpt::getAutoreleaseCallee(Module *M) {
1877   if (!AutoreleaseCallee) {
1878     LLVMContext &C = M->getContext();
1879     Type *Params[] = { PointerType::getUnqual(Type::getInt8Ty(C)) };
1880     AttributeSet Attribute =
1881       AttributeSet().addAttr(M->getContext(), AttributeSet::FunctionIndex,
1882                             Attribute::get(C, Attribute::NoUnwind));
1883     AutoreleaseCallee =
1884       M->getOrInsertFunction(
1885         "objc_autorelease",
1886         FunctionType::get(Params[0], Params, /*isVarArg=*/false),
1887         Attribute);
1888   }
1889   return AutoreleaseCallee;
1890 }
1891
1892 /// IsPotentialUse - Test whether the given value is possible a
1893 /// reference-counted pointer, including tests which utilize AliasAnalysis.
1894 static bool IsPotentialUse(const Value *Op, AliasAnalysis &AA) {
1895   // First make the rudimentary check.
1896   if (!IsPotentialUse(Op))
1897     return false;
1898
1899   // Objects in constant memory are not reference-counted.
1900   if (AA.pointsToConstantMemory(Op))
1901     return false;
1902
1903   // Pointers in constant memory are not pointing to reference-counted objects.
1904   if (const LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(Op))
1905     if (AA.pointsToConstantMemory(LI->getPointerOperand()))
1906       return false;
1907
1908   // Otherwise assume the worst.
1909   return true;
1910 }
1911
1912 /// CanAlterRefCount - Test whether the given instruction can result in a
1913 /// reference count modification (positive or negative) for the pointer's
1914 /// object.
1915 static bool
1916 CanAlterRefCount(const Instruction *Inst, const Value *Ptr,
1917                  ProvenanceAnalysis &PA, InstructionClass Class) {
1918   switch (Class) {
1919   case IC_Autorelease:
1920   case IC_AutoreleaseRV:
1921   case IC_User:
1922     // These operations never directly modify a reference count.
1923     return false;
1924   default: break;
1925   }
1926
1927   ImmutableCallSite CS = static_cast<const Value *>(Inst);
1928   assert(CS && "Only calls can alter reference counts!");
1929
1930   // See if AliasAnalysis can help us with the call.
1931   AliasAnalysis::ModRefBehavior MRB = PA.getAA()->getModRefBehavior(CS);
1932   if (AliasAnalysis::onlyReadsMemory(MRB))
1933     return false;
1934   if (AliasAnalysis::onlyAccessesArgPointees(MRB)) {
1935     for (ImmutableCallSite::arg_iterator I = CS.arg_begin(), E = CS.arg_end();
1936          I != E; ++I) {
1937       const Value *Op = *I;
1938       if (IsPotentialUse(Op, *PA.getAA()) && PA.related(Ptr, Op))
1939         return true;
1940     }
1941     return false;
1942   }
1943
1944   // Assume the worst.
1945   return true;
1946 }
1947
1948 /// CanUse - Test whether the given instruction can "use" the given pointer's
1949 /// object in a way that requires the reference count to be positive.
1950 static bool
1951 CanUse(const Instruction *Inst, const Value *Ptr, ProvenanceAnalysis &PA,
1952        InstructionClass Class) {
1953   // IC_Call operations (as opposed to IC_CallOrUser) never "use" objc pointers.
1954   if (Class == IC_Call)
1955     return false;
1956
1957   // Consider various instructions which may have pointer arguments which are
1958   // not "uses".
1959   if (const ICmpInst *ICI = dyn_cast<ICmpInst>(Inst)) {
1960     // Comparing a pointer with null, or any other constant, isn't really a use,
1961     // because we don't care what the pointer points to, or about the values
1962     // of any other dynamic reference-counted pointers.
1963     if (!IsPotentialUse(ICI->getOperand(1), *PA.getAA()))
1964       return false;
1965   } else if (ImmutableCallSite CS = static_cast<const Value *>(Inst)) {
1966     // For calls, just check the arguments (and not the callee operand).
1967     for (ImmutableCallSite::arg_iterator OI = CS.arg_begin(),
1968          OE = CS.arg_end(); OI != OE; ++OI) {
1969       const Value *Op = *OI;
1970       if (IsPotentialUse(Op, *PA.getAA()) && PA.related(Ptr, Op))
1971         return true;
1972     }
1973     return false;
1974   } else if (const StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Inst)) {
1975     // Special-case stores, because we don't care about the stored value, just
1976     // the store address.
1977     const Value *Op = GetUnderlyingObjCPtr(SI->getPointerOperand());
1978     // If we can't tell what the underlying object was, assume there is a
1979     // dependence.
1980     return IsPotentialUse(Op, *PA.getAA()) && PA.related(Op, Ptr);
1981   }
1982
1983   // Check each operand for a match.
1984   for (User::const_op_iterator OI = Inst->op_begin(), OE = Inst->op_end();
1985        OI != OE; ++OI) {
1986     const Value *Op = *OI;
1987     if (IsPotentialUse(Op, *PA.getAA()) && PA.related(Ptr, Op))
1988       return true;
1989   }
1990   return false;
1991 }
1992
1993 /// CanInterruptRV - Test whether the given instruction can autorelease
1994 /// any pointer or cause an autoreleasepool pop.
1995 static bool
1996 CanInterruptRV(InstructionClass Class) {
1997   switch (Class) {
1998   case IC_AutoreleasepoolPop:
1999   case IC_CallOrUser:
2000   case IC_Call:
2001   case IC_Autorelease:
2002   case IC_AutoreleaseRV:
2003   case IC_FusedRetainAutorelease:
2004   case IC_FusedRetainAutoreleaseRV:
2005     return true;
2006   default:
2007     return false;
2008   }
2009 }
2010
2011 namespace {
2012   /// DependenceKind - There are several kinds of dependence-like concepts in
2013   /// use here.
2014   enum DependenceKind {
2015     NeedsPositiveRetainCount,
2016     AutoreleasePoolBoundary,
2017     CanChangeRetainCount,
2018     RetainAutoreleaseDep,       ///< Blocks objc_retainAutorelease.
2019     RetainAutoreleaseRVDep,     ///< Blocks objc_retainAutoreleaseReturnValue.
2020     RetainRVDep                 ///< Blocks objc_retainAutoreleasedReturnValue.
2021   };
2022 }
2023
2024 /// Depends - Test if there can be dependencies on Inst through Arg. This
2025 /// function only tests dependencies relevant for removing pairs of calls.
2026 static bool
2027 Depends(DependenceKind Flavor, Instruction *Inst, const Value *Arg,
2028         ProvenanceAnalysis &PA) {
2029   // If we've reached the definition of Arg, stop.
2030   if (Inst == Arg)
2031     return true;
2032
2033   switch (Flavor) {
2034   case NeedsPositiveRetainCount: {
2035     InstructionClass Class = GetInstructionClass(Inst);
2036     switch (Class) {
2037     case IC_AutoreleasepoolPop:
2038     case IC_AutoreleasepoolPush:
2039     case IC_None:
2040       return false;
2041     default:
2042       return CanUse(Inst, Arg, PA, Class);
2043     }
2044   }
2045
2046   case AutoreleasePoolBoundary: {
2047     InstructionClass Class = GetInstructionClass(Inst);
2048     switch (Class) {
2049     case IC_AutoreleasepoolPop:
2050     case IC_AutoreleasepoolPush:
2051       // These mark the end and begin of an autorelease pool scope.
2052       return true;
2053     default:
2054       // Nothing else does this.
2055       return false;
2056     }
2057   }
2058
2059   case CanChangeRetainCount: {
2060     InstructionClass Class = GetInstructionClass(Inst);
2061     switch (Class) {
2062     case IC_AutoreleasepoolPop:
2063       // Conservatively assume this can decrement any count.
2064       return true;
2065     case IC_AutoreleasepoolPush:
2066     case IC_None:
2067       return false;
2068     default:
2069       return CanAlterRefCount(Inst, Arg, PA, Class);
2070     }
2071   }
2072
2073   case RetainAutoreleaseDep:
2074     switch (GetBasicInstructionClass(Inst)) {
2075     case IC_AutoreleasepoolPop:
2076     case IC_AutoreleasepoolPush:
2077       // Don't merge an objc_autorelease with an objc_retain inside a different
2078       // autoreleasepool scope.
2079       return true;
2080     case IC_Retain:
2081     case IC_RetainRV:
2082       // Check for a retain of the same pointer for merging.
2083       return GetObjCArg(Inst) == Arg;
2084     default:
2085       // Nothing else matters for objc_retainAutorelease formation.
2086       return false;
2087     }
2088
2089   case RetainAutoreleaseRVDep: {
2090     InstructionClass Class = GetBasicInstructionClass(Inst);
2091     switch (Class) {
2092     case IC_Retain:
2093     case IC_RetainRV:
2094       // Check for a retain of the same pointer for merging.
2095       return GetObjCArg(Inst) == Arg;
2096     default:
2097       // Anything that can autorelease interrupts
2098       // retainAutoreleaseReturnValue formation.
2099       return CanInterruptRV(Class);
2100     }
2101   }
2102
2103   case RetainRVDep:
2104     return CanInterruptRV(GetBasicInstructionClass(Inst));
2105   }
2106
2107   llvm_unreachable("Invalid dependence flavor");
2108 }
2109
2110 /// FindDependencies - Walk up the CFG from StartPos (which is in StartBB) and
2111 /// find local and non-local dependencies on Arg.
2112 /// TODO: Cache results?
2113 static void
2114 FindDependencies(DependenceKind Flavor,
2115                  const Value *Arg,
2116                  BasicBlock *StartBB, Instruction *StartInst,
2117                  SmallPtrSet<Instruction *, 4> &DependingInstructions,
2118                  SmallPtrSet<const BasicBlock *, 4> &Visited,
2119                  ProvenanceAnalysis &PA) {
2120   BasicBlock::iterator StartPos = StartInst;
2121
2122   SmallVector<std::pair<BasicBlock *, BasicBlock::iterator>, 4> Worklist;
2123   Worklist.push_back(std::make_pair(StartBB, StartPos));
2124   do {
2125     std::pair<BasicBlock *, BasicBlock::iterator> Pair =
2126       Worklist.pop_back_val();
2127     BasicBlock *LocalStartBB = Pair.first;
2128     BasicBlock::iterator LocalStartPos = Pair.second;
2129     BasicBlock::iterator StartBBBegin = LocalStartBB->begin();
2130     for (;;) {
2131       if (LocalStartPos == StartBBBegin) {
2132         pred_iterator PI(LocalStartBB), PE(LocalStartBB, false);
2133         if (PI == PE)
2134           // If we've reached the function entry, produce a null dependence.
2135           DependingInstructions.insert(0);
2136         else
2137           // Add the predecessors to the worklist.
2138           do {
2139             BasicBlock *PredBB = *PI;
2140             if (Visited.insert(PredBB))
2141               Worklist.push_back(std::make_pair(PredBB, PredBB->end()));
2142           } while (++PI != PE);
2143         break;
2144       }
2145
2146       Instruction *Inst = --LocalStartPos;
2147       if (Depends(Flavor, Inst, Arg, PA)) {
2148         DependingInstructions.insert(Inst);
2149         break;
2150       }
2151     }
2152   } while (!Worklist.empty());
2153
2154   // Determine whether the original StartBB post-dominates all of the blocks we
2155   // visited. If not, insert a sentinal indicating that most optimizations are
2156   // not safe.
2157   for (SmallPtrSet<const BasicBlock *, 4>::const_iterator I = Visited.begin(),
2158        E = Visited.end(); I != E; ++I) {
2159     const BasicBlock *BB = *I;
2160     if (BB == StartBB)
2161       continue;
2162     const TerminatorInst *TI = cast<TerminatorInst>(&BB->back());
2163     for (succ_const_iterator SI(TI), SE(TI, false); SI != SE; ++SI) {
2164       const BasicBlock *Succ = *SI;
2165       if (Succ != StartBB && !Visited.count(Succ)) {
2166         DependingInstructions.insert(reinterpret_cast<Instruction *>(-1));
2167         return;
2168       }
2169     }
2170   }
2171 }
2172
2173 static bool isNullOrUndef(const Value *V) {
2174   return isa<ConstantPointerNull>(V) || isa<UndefValue>(V);
2175 }
2176
2177 static bool isNoopInstruction(const Instruction *I) {
2178   return isa<BitCastInst>(I) ||
2179          (isa<GetElementPtrInst>(I) &&
2180           cast<GetElementPtrInst>(I)->hasAllZeroIndices());
2181 }
2182
2183 /// OptimizeRetainCall - Turn objc_retain into
2184 /// objc_retainAutoreleasedReturnValue if the operand is a return value.
2185 void
2186 ObjCARCOpt::OptimizeRetainCall(Function &F, Instruction *Retain) {
2187   ImmutableCallSite CS(GetObjCArg(Retain));
2188   const Instruction *Call = CS.getInstruction();
2189   if (!Call) return;
2190   if (Call->getParent() != Retain->getParent()) return;
2191
2192   // Check that the call is next to the retain.
2193   BasicBlock::const_iterator I = Call;
2194   ++I;
2195   while (isNoopInstruction(I)) ++I;
2196   if (&*I != Retain)
2197     return;
2198
2199   // Turn it to an objc_retainAutoreleasedReturnValue..
2200   Changed = true;
2201   ++NumPeeps;
2202   
2203   DEBUG(dbgs() << "ObjCARCOpt::OptimizeRetainCall: Transforming "
2204                   "objc_retainAutoreleasedReturnValue => "
2205                   "objc_retain since the operand is not a return value.\n"
2206                   "                                Old: "
2207                << *Retain << "\n");
2208   
2209   cast<CallInst>(Retain)->setCalledFunction(getRetainRVCallee(F.getParent()));
2210
2211   DEBUG(dbgs() << "                                New: "
2212                << *Retain << "\n");
2213 }
2214
2215 /// OptimizeRetainRVCall - Turn objc_retainAutoreleasedReturnValue into
2216 /// objc_retain if the operand is not a return value.  Or, if it can be paired
2217 /// with an objc_autoreleaseReturnValue, delete the pair and return true.
2218 bool
2219 ObjCARCOpt::OptimizeRetainRVCall(Function &F, Instruction *RetainRV) {
2220   // Check for the argument being from an immediately preceding call or invoke.
2221   const Value *Arg = GetObjCArg(RetainRV);
2222   ImmutableCallSite CS(Arg);
2223   if (const Instruction *Call = CS.getInstruction()) {
2224     if (Call->getParent() == RetainRV->getParent()) {
2225       BasicBlock::const_iterator I = Call;
2226       ++I;
2227       while (isNoopInstruction(I)) ++I;
2228       if (&*I == RetainRV)
2229         return false;
2230     } else if (const InvokeInst *II = dyn_cast<InvokeInst>(Call)) {
2231       BasicBlock *RetainRVParent = RetainRV->getParent();
2232       if (II->getNormalDest() == RetainRVParent) {
2233         BasicBlock::const_iterator I = RetainRVParent->begin();
2234         while (isNoopInstruction(I)) ++I;
2235         if (&*I == RetainRV)
2236           return false;
2237       }
2238     }
2239   }
2240
2241   // Check for being preceded by an objc_autoreleaseReturnValue on the same
2242   // pointer. In this case, we can delete the pair.
2243   BasicBlock::iterator I = RetainRV, Begin = RetainRV->getParent()->begin();
2244   if (I != Begin) {
2245     do --I; while (I != Begin && isNoopInstruction(I));
2246     if (GetBasicInstructionClass(I) == IC_AutoreleaseRV &&
2247         GetObjCArg(I) == Arg) {
2248       Changed = true;
2249       ++NumPeeps;
2250       
2251       DEBUG(dbgs() << "ObjCARCOpt::OptimizeRetainRVCall: Erasing " << *I << "\n"
2252                    << "                                  Erasing " << *RetainRV
2253                    << "\n");
2254       
2255       EraseInstruction(I);
2256       EraseInstruction(RetainRV);
2257       return true;
2258     }
2259   }
2260
2261   // Turn it to a plain objc_retain.
2262   Changed = true;
2263   ++NumPeeps;
2264   
2265   DEBUG(dbgs() << "ObjCARCOpt::OptimizeRetainRVCall: Transforming "
2266                   "objc_retainAutoreleasedReturnValue => "
2267                   "objc_retain since the operand is not a return value.\n"
2268                   "                                  Old: "
2269                << *RetainRV << "\n");
2270   
2271   cast<CallInst>(RetainRV)->setCalledFunction(getRetainCallee(F.getParent()));
2272
2273   DEBUG(dbgs() << "                                  New: "
2274                << *RetainRV << "\n");
2275
2276   return false;
2277 }
2278
2279 /// OptimizeAutoreleaseRVCall - Turn objc_autoreleaseReturnValue into
2280 /// objc_autorelease if the result is not used as a return value.
2281 void
2282 ObjCARCOpt::OptimizeAutoreleaseRVCall(Function &F, Instruction *AutoreleaseRV) {
2283   // Check for a return of the pointer value.
2284   const Value *Ptr = GetObjCArg(AutoreleaseRV);
2285   SmallVector<const Value *, 2> Users;
2286   Users.push_back(Ptr);
2287   do {
2288     Ptr = Users.pop_back_val();
2289     for (Value::const_use_iterator UI = Ptr->use_begin(), UE = Ptr->use_end();
2290          UI != UE; ++UI) {
2291       const User *I = *UI;
2292       if (isa<ReturnInst>(I) || GetBasicInstructionClass(I) == IC_RetainRV)
2293         return;
2294       if (isa<BitCastInst>(I))
2295         Users.push_back(I);
2296     }
2297   } while (!Users.empty());
2298
2299   Changed = true;
2300   ++NumPeeps;
2301
2302   DEBUG(dbgs() << "ObjCARCOpt::OptimizeAutoreleaseRVCall: Transforming "
2303                   "objc_autoreleaseReturnValue => "
2304                   "objc_autorelease since its operand is not used as a return "
2305                   "value.\n"
2306                   "                                       Old: "
2307                << *AutoreleaseRV << "\n");
2308
2309   cast<CallInst>(AutoreleaseRV)->
2310     setCalledFunction(getAutoreleaseCallee(F.getParent()));
2311   
2312   DEBUG(dbgs() << "                                       New: "
2313                << *AutoreleaseRV << "\n");
2314   
2315 }
2316
2317 /// OptimizeIndividualCalls - Visit each call, one at a time, and make
2318 /// simplifications without doing any additional analysis.
2319 void ObjCARCOpt::OptimizeIndividualCalls(Function &F) {
2320   // Reset all the flags in preparation for recomputing them.
2321   UsedInThisFunction = 0;
2322
2323   // Visit all objc_* calls in F.
2324   for (inst_iterator I = inst_begin(&F), E = inst_end(&F); I != E; ) {
2325     Instruction *Inst = &*I++;
2326
2327     DEBUG(dbgs() << "ObjCARCOpt::OptimizeIndividualCalls: Visiting: " <<
2328           *Inst << "\n");
2329
2330     InstructionClass Class = GetBasicInstructionClass(Inst);
2331
2332     switch (Class) {
2333     default: break;
2334
2335     // Delete no-op casts. These function calls have special semantics, but
2336     // the semantics are entirely implemented via lowering in the front-end,
2337     // so by the time they reach the optimizer, they are just no-op calls
2338     // which return their argument.
2339     //
2340     // There are gray areas here, as the ability to cast reference-counted
2341     // pointers to raw void* and back allows code to break ARC assumptions,
2342     // however these are currently considered to be unimportant.
2343     case IC_NoopCast:
2344       Changed = true;
2345       ++NumNoops;
2346       DEBUG(dbgs() << "ObjCARCOpt::OptimizeIndividualCalls: Erasing no-op cast:"
2347                    " " << *Inst << "\n");
2348       EraseInstruction(Inst);
2349       continue;
2350
2351     // If the pointer-to-weak-pointer is null, it's undefined behavior.
2352     case IC_StoreWeak:
2353     case IC_LoadWeak:
2354     case IC_LoadWeakRetained:
2355     case IC_InitWeak:
2356     case IC_DestroyWeak: {
2357       CallInst *CI = cast<CallInst>(Inst);
2358       if (isNullOrUndef(CI->getArgOperand(0))) {
2359         Changed = true;
2360         Type *Ty = CI->getArgOperand(0)->getType();
2361         new StoreInst(UndefValue::get(cast<PointerType>(Ty)->getElementType()),
2362                       Constant::getNullValue(Ty),
2363                       CI);
2364         llvm::Value *NewValue = UndefValue::get(CI->getType());        
2365         DEBUG(dbgs() << "ObjCARCOpt::OptimizeIndividualCalls: A null "
2366                         "pointer-to-weak-pointer is undefined behavior.\n"
2367                         "                                     Old = " << *CI <<
2368                         "\n                                     New = " <<
2369                         *NewValue << "\n");        
2370         CI->replaceAllUsesWith(NewValue);
2371         CI->eraseFromParent();
2372         continue;
2373       }
2374       break;
2375     }
2376     case IC_CopyWeak:
2377     case IC_MoveWeak: {
2378       CallInst *CI = cast<CallInst>(Inst);
2379       if (isNullOrUndef(CI->getArgOperand(0)) ||
2380           isNullOrUndef(CI->getArgOperand(1))) {
2381         Changed = true;
2382         Type *Ty = CI->getArgOperand(0)->getType();
2383         new StoreInst(UndefValue::get(cast<PointerType>(Ty)->getElementType()),
2384                       Constant::getNullValue(Ty),
2385                       CI);
2386
2387         llvm::Value *NewValue = UndefValue::get(CI->getType());
2388         DEBUG(dbgs() << "ObjCARCOpt::OptimizeIndividualCalls: A null "
2389                         "pointer-to-weak-pointer is undefined behavior.\n"
2390                         "                                     Old = " << *CI <<
2391                         "\n                                     New = " <<
2392                         *NewValue << "\n");
2393         
2394         CI->replaceAllUsesWith(NewValue);
2395         CI->eraseFromParent();
2396         continue;
2397       }
2398       break;
2399     }
2400     case IC_Retain:
2401       OptimizeRetainCall(F, Inst);
2402       break;
2403     case IC_RetainRV:
2404       if (OptimizeRetainRVCall(F, Inst))
2405         continue;
2406       break;
2407     case IC_AutoreleaseRV:
2408       OptimizeAutoreleaseRVCall(F, Inst);
2409       break;
2410     }
2411
2412     // objc_autorelease(x) -> objc_release(x) if x is otherwise unused.
2413     if (IsAutorelease(Class) && Inst->use_empty()) {
2414       CallInst *Call = cast<CallInst>(Inst);
2415       const Value *Arg = Call->getArgOperand(0);
2416       Arg = FindSingleUseIdentifiedObject(Arg);
2417       if (Arg) {
2418         Changed = true;
2419         ++NumAutoreleases;
2420
2421         // Create the declaration lazily.
2422         LLVMContext &C = Inst->getContext();
2423         CallInst *NewCall =
2424           CallInst::Create(getReleaseCallee(F.getParent()),
2425                            Call->getArgOperand(0), "", Call);
2426         NewCall->setMetadata(ImpreciseReleaseMDKind,
2427                              MDNode::get(C, ArrayRef<Value *>()));
2428         
2429         DEBUG(dbgs() << "ObjCARCOpt::OptimizeIndividualCalls: Replacing "
2430                         "objc_autorelease(x) with objc_release(x) since x is "
2431                         "otherwise unused.\n"
2432                         "                                     Old: " << *Call <<
2433                         "\n                                     New: " <<
2434                         *NewCall << "\n");
2435         
2436         EraseInstruction(Call);
2437         Inst = NewCall;
2438         Class = IC_Release;
2439       }
2440     }
2441
2442     // For functions which can never be passed stack arguments, add
2443     // a tail keyword.
2444     if (IsAlwaysTail(Class)) {
2445       Changed = true;
2446       DEBUG(dbgs() << "ObjCARCOpt::OptimizeIndividualCalls: Adding tail keyword"
2447             " to function since it can never be passed stack args: " << *Inst <<
2448             "\n");
2449       cast<CallInst>(Inst)->setTailCall();
2450     }
2451
2452     // Set nounwind as needed.
2453     if (IsNoThrow(Class)) {
2454       Changed = true;
2455       DEBUG(dbgs() << "ObjCARCOpt::OptimizeIndividualCalls: Found no throw"
2456             " class. Setting nounwind on: " << *Inst << "\n");
2457       cast<CallInst>(Inst)->setDoesNotThrow();
2458     }
2459
2460     if (!IsNoopOnNull(Class)) {
2461       UsedInThisFunction |= 1 << Class;
2462       continue;
2463     }
2464
2465     const Value *Arg = GetObjCArg(Inst);
2466
2467     // ARC calls with null are no-ops. Delete them.
2468     if (isNullOrUndef(Arg)) {
2469       Changed = true;
2470       ++NumNoops;
2471       DEBUG(dbgs() << "ObjCARCOpt::OptimizeIndividualCalls: ARC calls with "
2472             " null are no-ops. Erasing: " << *Inst << "\n");
2473       EraseInstruction(Inst);
2474       continue;
2475     }
2476
2477     // Keep track of which of retain, release, autorelease, and retain_block
2478     // are actually present in this function.
2479     UsedInThisFunction |= 1 << Class;
2480
2481     // If Arg is a PHI, and one or more incoming values to the
2482     // PHI are null, and the call is control-equivalent to the PHI, and there
2483     // are no relevant side effects between the PHI and the call, the call
2484     // could be pushed up to just those paths with non-null incoming values.
2485     // For now, don't bother splitting critical edges for this.
2486     SmallVector<std::pair<Instruction *, const Value *>, 4> Worklist;
2487     Worklist.push_back(std::make_pair(Inst, Arg));
2488     do {
2489       std::pair<Instruction *, const Value *> Pair = Worklist.pop_back_val();
2490       Inst = Pair.first;
2491       Arg = Pair.second;
2492
2493       const PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(Arg);
2494       if (!PN) continue;
2495
2496       // Determine if the PHI has any null operands, or any incoming
2497       // critical edges.
2498       bool HasNull = false;
2499       bool HasCriticalEdges = false;
2500       for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
2501         Value *Incoming =
2502           StripPointerCastsAndObjCCalls(PN->getIncomingValue(i));
2503         if (isNullOrUndef(Incoming))
2504           HasNull = true;
2505         else if (cast<TerminatorInst>(PN->getIncomingBlock(i)->back())
2506                    .getNumSuccessors() != 1) {
2507           HasCriticalEdges = true;
2508           break;
2509         }
2510       }
2511       // If we have null operands and no critical edges, optimize.
2512       if (!HasCriticalEdges && HasNull) {
2513         SmallPtrSet<Instruction *, 4> DependingInstructions;
2514         SmallPtrSet<const BasicBlock *, 4> Visited;
2515
2516         // Check that there is nothing that cares about the reference
2517         // count between the call and the phi.
2518         switch (Class) {
2519         case IC_Retain:
2520         case IC_RetainBlock:
2521           // These can always be moved up.
2522           break;
2523         case IC_Release:
2524           // These can't be moved across things that care about the retain
2525           // count.
2526           FindDependencies(NeedsPositiveRetainCount, Arg,
2527                            Inst->getParent(), Inst,
2528                            DependingInstructions, Visited, PA);
2529           break;
2530         case IC_Autorelease:
2531           // These can't be moved across autorelease pool scope boundaries.
2532           FindDependencies(AutoreleasePoolBoundary, Arg,
2533                            Inst->getParent(), Inst,
2534                            DependingInstructions, Visited, PA);
2535           break;
2536         case IC_RetainRV:
2537         case IC_AutoreleaseRV:
2538           // Don't move these; the RV optimization depends on the autoreleaseRV
2539           // being tail called, and the retainRV being immediately after a call
2540           // (which might still happen if we get lucky with codegen layout, but
2541           // it's not worth taking the chance).
2542           continue;
2543         default:
2544           llvm_unreachable("Invalid dependence flavor");
2545         }
2546
2547         if (DependingInstructions.size() == 1 &&
2548             *DependingInstructions.begin() == PN) {
2549           Changed = true;
2550           ++NumPartialNoops;
2551           // Clone the call into each predecessor that has a non-null value.
2552           CallInst *CInst = cast<CallInst>(Inst);
2553           Type *ParamTy = CInst->getArgOperand(0)->getType();
2554           for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
2555             Value *Incoming =
2556               StripPointerCastsAndObjCCalls(PN->getIncomingValue(i));
2557             if (!isNullOrUndef(Incoming)) {
2558               CallInst *Clone = cast<CallInst>(CInst->clone());
2559               Value *Op = PN->getIncomingValue(i);
2560               Instruction *InsertPos = &PN->getIncomingBlock(i)->back();
2561               if (Op->getType() != ParamTy)
2562                 Op = new BitCastInst(Op, ParamTy, "", InsertPos);
2563               Clone->setArgOperand(0, Op);
2564               Clone->insertBefore(InsertPos);
2565               Worklist.push_back(std::make_pair(Clone, Incoming));
2566             }
2567           }
2568           // Erase the original call.
2569           EraseInstruction(CInst);
2570           continue;
2571         }
2572       }
2573     } while (!Worklist.empty());
2574
2575     DEBUG(dbgs() << "ObjCARCOpt::OptimizeIndividualCalls: Finished Queue.\n\n");
2576
2577   }
2578 }
2579
2580 /// CheckForCFGHazards - Check for critical edges, loop boundaries, irreducible
2581 /// control flow, or other CFG structures where moving code across the edge
2582 /// would result in it being executed more.
2583 void
2584 ObjCARCOpt::CheckForCFGHazards(const BasicBlock *BB,
2585                                DenseMap<const BasicBlock *, BBState> &BBStates,
2586                                BBState &MyStates) const {
2587   // If any top-down local-use or possible-dec has a succ which is earlier in
2588   // the sequence, forget it.
2589   for (BBState::ptr_iterator I = MyStates.top_down_ptr_begin(),
2590        E = MyStates.top_down_ptr_end(); I != E; ++I)
2591     switch (I->second.GetSeq()) {
2592     default: break;
2593     case S_Use: {
2594       const Value *Arg = I->first;
2595       const TerminatorInst *TI = cast<TerminatorInst>(&BB->back());
2596       bool SomeSuccHasSame = false;
2597       bool AllSuccsHaveSame = true;
2598       PtrState &S = I->second;
2599       succ_const_iterator SI(TI), SE(TI, false);
2600
2601       // If the terminator is an invoke marked with the
2602       // clang.arc.no_objc_arc_exceptions metadata, the unwind edge can be
2603       // ignored, for ARC purposes.
2604       if (isa<InvokeInst>(TI) && TI->getMetadata(NoObjCARCExceptionsMDKind))
2605         --SE;
2606
2607       for (; SI != SE; ++SI) {
2608         Sequence SuccSSeq = S_None;
2609         bool SuccSRRIKnownSafe = false;
2610         // If VisitBottomUp has pointer information for this successor, take
2611         // what we know about it.
2612         DenseMap<const BasicBlock *, BBState>::iterator BBI =
2613           BBStates.find(*SI);
2614         assert(BBI != BBStates.end());
2615         const PtrState &SuccS = BBI->second.getPtrBottomUpState(Arg);
2616         SuccSSeq = SuccS.GetSeq();
2617         SuccSRRIKnownSafe = SuccS.RRI.KnownSafe;
2618         switch (SuccSSeq) {
2619         case S_None:
2620         case S_CanRelease: {
2621           if (!S.RRI.KnownSafe && !SuccSRRIKnownSafe) {
2622             S.ClearSequenceProgress();
2623             break;
2624           }
2625           continue;
2626         }
2627         case S_Use:
2628           SomeSuccHasSame = true;
2629           break;
2630         case S_Stop:
2631         case S_Release:
2632         case S_MovableRelease:
2633           if (!S.RRI.KnownSafe && !SuccSRRIKnownSafe)
2634             AllSuccsHaveSame = false;
2635           break;
2636         case S_Retain:
2637           llvm_unreachable("bottom-up pointer in retain state!");
2638         }
2639       }
2640       // If the state at the other end of any of the successor edges
2641       // matches the current state, require all edges to match. This
2642       // guards against loops in the middle of a sequence.
2643       if (SomeSuccHasSame && !AllSuccsHaveSame)
2644         S.ClearSequenceProgress();
2645       break;
2646     }
2647     case S_CanRelease: {
2648       const Value *Arg = I->first;
2649       const TerminatorInst *TI = cast<TerminatorInst>(&BB->back());
2650       bool SomeSuccHasSame = false;
2651       bool AllSuccsHaveSame = true;
2652       PtrState &S = I->second;
2653       succ_const_iterator SI(TI), SE(TI, false);
2654
2655       // If the terminator is an invoke marked with the
2656       // clang.arc.no_objc_arc_exceptions metadata, the unwind edge can be
2657       // ignored, for ARC purposes.
2658       if (isa<InvokeInst>(TI) && TI->getMetadata(NoObjCARCExceptionsMDKind))
2659         --SE;
2660
2661       for (; SI != SE; ++SI) {
2662         Sequence SuccSSeq = S_None;
2663         bool SuccSRRIKnownSafe = false;
2664         // If VisitBottomUp has pointer information for this successor, take
2665         // what we know about it.
2666         DenseMap<const BasicBlock *, BBState>::iterator BBI =
2667           BBStates.find(*SI);
2668         assert(BBI != BBStates.end());
2669         const PtrState &SuccS = BBI->second.getPtrBottomUpState(Arg);
2670         SuccSSeq = SuccS.GetSeq();
2671         SuccSRRIKnownSafe = SuccS.RRI.KnownSafe;
2672         switch (SuccSSeq) {
2673         case S_None: {
2674           if (!S.RRI.KnownSafe && !SuccSRRIKnownSafe) {
2675             S.ClearSequenceProgress();
2676             break;
2677           }
2678           continue;
2679         }
2680         case S_CanRelease:
2681           SomeSuccHasSame = true;
2682           break;
2683         case S_Stop:
2684         case S_Release:
2685         case S_MovableRelease:
2686         case S_Use:
2687           if (!S.RRI.KnownSafe && !SuccSRRIKnownSafe)
2688             AllSuccsHaveSame = false;
2689           break;
2690         case S_Retain:
2691           llvm_unreachable("bottom-up pointer in retain state!");
2692         }
2693       }
2694       // If the state at the other end of any of the successor edges
2695       // matches the current state, require all edges to match. This
2696       // guards against loops in the middle of a sequence.
2697       if (SomeSuccHasSame && !AllSuccsHaveSame)
2698         S.ClearSequenceProgress();
2699       break;
2700     }
2701     }
2702 }
2703
2704 bool
2705 ObjCARCOpt::VisitInstructionBottomUp(Instruction *Inst,
2706                                      BasicBlock *BB,
2707                                      MapVector<Value *, RRInfo> &Retains,
2708                                      BBState &MyStates) {
2709   bool NestingDetected = false;
2710   InstructionClass Class = GetInstructionClass(Inst);
2711   const Value *Arg = 0;
2712
2713   switch (Class) {
2714   case IC_Release: {
2715     Arg = GetObjCArg(Inst);
2716
2717     PtrState &S = MyStates.getPtrBottomUpState(Arg);
2718
2719     // If we see two releases in a row on the same pointer. If so, make
2720     // a note, and we'll cicle back to revisit it after we've
2721     // hopefully eliminated the second release, which may allow us to
2722     // eliminate the first release too.
2723     // Theoretically we could implement removal of nested retain+release
2724     // pairs by making PtrState hold a stack of states, but this is
2725     // simple and avoids adding overhead for the non-nested case.
2726     if (S.GetSeq() == S_Release || S.GetSeq() == S_MovableRelease)
2727       NestingDetected = true;
2728
2729     MDNode *ReleaseMetadata = Inst->getMetadata(ImpreciseReleaseMDKind);
2730     S.ResetSequenceProgress(ReleaseMetadata ? S_MovableRelease : S_Release);
2731     S.RRI.ReleaseMetadata = ReleaseMetadata;
2732     S.RRI.KnownSafe = S.IsKnownIncremented();
2733     S.RRI.IsTailCallRelease = cast<CallInst>(Inst)->isTailCall();
2734     S.RRI.Calls.insert(Inst);
2735
2736     S.SetKnownPositiveRefCount();
2737     break;
2738   }
2739   case IC_RetainBlock:
2740     // An objc_retainBlock call with just a use may need to be kept,
2741     // because it may be copying a block from the stack to the heap.
2742     if (!IsRetainBlockOptimizable(Inst))
2743       break;
2744     // FALLTHROUGH
2745   case IC_Retain:
2746   case IC_RetainRV: {
2747     Arg = GetObjCArg(Inst);
2748
2749     PtrState &S = MyStates.getPtrBottomUpState(Arg);
2750     S.SetKnownPositiveRefCount();
2751
2752     switch (S.GetSeq()) {
2753     case S_Stop:
2754     case S_Release:
2755     case S_MovableRelease:
2756     case S_Use:
2757       S.RRI.ReverseInsertPts.clear();
2758       // FALL THROUGH
2759     case S_CanRelease:
2760       // Don't do retain+release tracking for IC_RetainRV, because it's
2761       // better to let it remain as the first instruction after a call.
2762       if (Class != IC_RetainRV) {
2763         S.RRI.IsRetainBlock = Class == IC_RetainBlock;
2764         Retains[Inst] = S.RRI;
2765       }
2766       S.ClearSequenceProgress();
2767       break;
2768     case S_None:
2769       break;
2770     case S_Retain:
2771       llvm_unreachable("bottom-up pointer in retain state!");
2772     }
2773     return NestingDetected;
2774   }
2775   case IC_AutoreleasepoolPop:
2776     // Conservatively, clear MyStates for all known pointers.
2777     MyStates.clearBottomUpPointers();
2778     return NestingDetected;
2779   case IC_AutoreleasepoolPush:
2780   case IC_None:
2781     // These are irrelevant.
2782     return NestingDetected;
2783   default:
2784     break;
2785   }
2786
2787   // Consider any other possible effects of this instruction on each
2788   // pointer being tracked.
2789   for (BBState::ptr_iterator MI = MyStates.bottom_up_ptr_begin(),
2790        ME = MyStates.bottom_up_ptr_end(); MI != ME; ++MI) {
2791     const Value *Ptr = MI->first;
2792     if (Ptr == Arg)
2793       continue; // Handled above.
2794     PtrState &S = MI->second;
2795     Sequence Seq = S.GetSeq();
2796
2797     // Check for possible releases.
2798     if (CanAlterRefCount(Inst, Ptr, PA, Class)) {
2799       S.ClearRefCount();
2800       switch (Seq) {
2801       case S_Use:
2802         S.SetSeq(S_CanRelease);
2803         continue;
2804       case S_CanRelease:
2805       case S_Release:
2806       case S_MovableRelease:
2807       case S_Stop:
2808       case S_None:
2809         break;
2810       case S_Retain:
2811         llvm_unreachable("bottom-up pointer in retain state!");
2812       }
2813     }
2814
2815     // Check for possible direct uses.
2816     switch (Seq) {
2817     case S_Release:
2818     case S_MovableRelease:
2819       if (CanUse(Inst, Ptr, PA, Class)) {
2820         assert(S.RRI.ReverseInsertPts.empty());
2821         // If this is an invoke instruction, we're scanning it as part of
2822         // one of its successor blocks, since we can't insert code after it
2823         // in its own block, and we don't want to split critical edges.
2824         if (isa<InvokeInst>(Inst))
2825           S.RRI.ReverseInsertPts.insert(BB->getFirstInsertionPt());
2826         else
2827           S.RRI.ReverseInsertPts.insert(llvm::next(BasicBlock::iterator(Inst)));
2828         S.SetSeq(S_Use);
2829       } else if (Seq == S_Release &&
2830                  (Class == IC_User || Class == IC_CallOrUser)) {
2831         // Non-movable releases depend on any possible objc pointer use.
2832         S.SetSeq(S_Stop);
2833         assert(S.RRI.ReverseInsertPts.empty());
2834         // As above; handle invoke specially.
2835         if (isa<InvokeInst>(Inst))
2836           S.RRI.ReverseInsertPts.insert(BB->getFirstInsertionPt());
2837         else
2838           S.RRI.ReverseInsertPts.insert(llvm::next(BasicBlock::iterator(Inst)));
2839       }
2840       break;
2841     case S_Stop:
2842       if (CanUse(Inst, Ptr, PA, Class))
2843         S.SetSeq(S_Use);
2844       break;
2845     case S_CanRelease:
2846     case S_Use:
2847     case S_None:
2848       break;
2849     case S_Retain:
2850       llvm_unreachable("bottom-up pointer in retain state!");
2851     }
2852   }
2853
2854   return NestingDetected;
2855 }
2856
2857 bool
2858 ObjCARCOpt::VisitBottomUp(BasicBlock *BB,
2859                           DenseMap<const BasicBlock *, BBState> &BBStates,
2860                           MapVector<Value *, RRInfo> &Retains) {
2861   bool NestingDetected = false;
2862   BBState &MyStates = BBStates[BB];
2863
2864   // Merge the states from each successor to compute the initial state
2865   // for the current block.
2866   BBState::edge_iterator SI(MyStates.succ_begin()),
2867                          SE(MyStates.succ_end());
2868   if (SI != SE) {
2869     const BasicBlock *Succ = *SI;
2870     DenseMap<const BasicBlock *, BBState>::iterator I = BBStates.find(Succ);
2871     assert(I != BBStates.end());
2872     MyStates.InitFromSucc(I->second);
2873     ++SI;
2874     for (; SI != SE; ++SI) {
2875       Succ = *SI;
2876       I = BBStates.find(Succ);
2877       assert(I != BBStates.end());
2878       MyStates.MergeSucc(I->second);
2879     }
2880   }
2881
2882   // Visit all the instructions, bottom-up.
2883   for (BasicBlock::iterator I = BB->end(), E = BB->begin(); I != E; --I) {
2884     Instruction *Inst = llvm::prior(I);
2885
2886     // Invoke instructions are visited as part of their successors (below).
2887     if (isa<InvokeInst>(Inst))
2888       continue;
2889
2890     NestingDetected |= VisitInstructionBottomUp(Inst, BB, Retains, MyStates);
2891   }
2892
2893   // If there's a predecessor with an invoke, visit the invoke as if it were
2894   // part of this block, since we can't insert code after an invoke in its own
2895   // block, and we don't want to split critical edges.
2896   for (BBState::edge_iterator PI(MyStates.pred_begin()),
2897        PE(MyStates.pred_end()); PI != PE; ++PI) {
2898     BasicBlock *Pred = *PI;
2899     if (InvokeInst *II = dyn_cast<InvokeInst>(&Pred->back()))
2900       NestingDetected |= VisitInstructionBottomUp(II, BB, Retains, MyStates);
2901   }
2902
2903   return NestingDetected;
2904 }
2905
2906 bool
2907 ObjCARCOpt::VisitInstructionTopDown(Instruction *Inst,
2908                                     DenseMap<Value *, RRInfo> &Releases,
2909                                     BBState &MyStates) {
2910   bool NestingDetected = false;
2911   InstructionClass Class = GetInstructionClass(Inst);
2912   const Value *Arg = 0;
2913
2914   switch (Class) {
2915   case IC_RetainBlock:
2916     // An objc_retainBlock call with just a use may need to be kept,
2917     // because it may be copying a block from the stack to the heap.
2918     if (!IsRetainBlockOptimizable(Inst))
2919       break;
2920     // FALLTHROUGH
2921   case IC_Retain:
2922   case IC_RetainRV: {
2923     Arg = GetObjCArg(Inst);
2924
2925     PtrState &S = MyStates.getPtrTopDownState(Arg);
2926
2927     // Don't do retain+release tracking for IC_RetainRV, because it's
2928     // better to let it remain as the first instruction after a call.
2929     if (Class != IC_RetainRV) {
2930       // If we see two retains in a row on the same pointer. If so, make
2931       // a note, and we'll cicle back to revisit it after we've
2932       // hopefully eliminated the second retain, which may allow us to
2933       // eliminate the first retain too.
2934       // Theoretically we could implement removal of nested retain+release
2935       // pairs by making PtrState hold a stack of states, but this is
2936       // simple and avoids adding overhead for the non-nested case.
2937       if (S.GetSeq() == S_Retain)
2938         NestingDetected = true;
2939
2940       S.ResetSequenceProgress(S_Retain);
2941       S.RRI.IsRetainBlock = Class == IC_RetainBlock;
2942       S.RRI.KnownSafe = S.IsKnownIncremented();
2943       S.RRI.Calls.insert(Inst);
2944     }
2945
2946     S.SetKnownPositiveRefCount();
2947
2948     // A retain can be a potential use; procede to the generic checking
2949     // code below.
2950     break;
2951   }
2952   case IC_Release: {
2953     Arg = GetObjCArg(Inst);
2954
2955     PtrState &S = MyStates.getPtrTopDownState(Arg);
2956     S.ClearRefCount();
2957
2958     switch (S.GetSeq()) {
2959     case S_Retain:
2960     case S_CanRelease:
2961       S.RRI.ReverseInsertPts.clear();
2962       // FALL THROUGH
2963     case S_Use:
2964       S.RRI.ReleaseMetadata = Inst->getMetadata(ImpreciseReleaseMDKind);
2965       S.RRI.IsTailCallRelease = cast<CallInst>(Inst)->isTailCall();
2966       Releases[Inst] = S.RRI;
2967       S.ClearSequenceProgress();
2968       break;
2969     case S_None:
2970       break;
2971     case S_Stop:
2972     case S_Release:
2973     case S_MovableRelease:
2974       llvm_unreachable("top-down pointer in release state!");
2975     }
2976     break;
2977   }
2978   case IC_AutoreleasepoolPop:
2979     // Conservatively, clear MyStates for all known pointers.
2980     MyStates.clearTopDownPointers();
2981     return NestingDetected;
2982   case IC_AutoreleasepoolPush:
2983   case IC_None:
2984     // These are irrelevant.
2985     return NestingDetected;
2986   default:
2987     break;
2988   }
2989
2990   // Consider any other possible effects of this instruction on each
2991   // pointer being tracked.
2992   for (BBState::ptr_iterator MI = MyStates.top_down_ptr_begin(),
2993        ME = MyStates.top_down_ptr_end(); MI != ME; ++MI) {
2994     const Value *Ptr = MI->first;
2995     if (Ptr == Arg)
2996       continue; // Handled above.
2997     PtrState &S = MI->second;
2998     Sequence Seq = S.GetSeq();
2999
3000     // Check for possible releases.
3001     if (CanAlterRefCount(Inst, Ptr, PA, Class)) {
3002       S.ClearRefCount();
3003       switch (Seq) {
3004       case S_Retain:
3005         S.SetSeq(S_CanRelease);
3006         assert(S.RRI.ReverseInsertPts.empty());
3007         S.RRI.ReverseInsertPts.insert(Inst);
3008
3009         // One call can't cause a transition from S_Retain to S_CanRelease
3010         // and S_CanRelease to S_Use. If we've made the first transition,
3011         // we're done.
3012         continue;
3013       case S_Use:
3014       case S_CanRelease:
3015       case S_None:
3016         break;
3017       case S_Stop:
3018       case S_Release:
3019       case S_MovableRelease:
3020         llvm_unreachable("top-down pointer in release state!");
3021       }
3022     }
3023
3024     // Check for possible direct uses.
3025     switch (Seq) {
3026     case S_CanRelease:
3027       if (CanUse(Inst, Ptr, PA, Class))
3028         S.SetSeq(S_Use);
3029       break;
3030     case S_Retain:
3031     case S_Use:
3032     case S_None:
3033       break;
3034     case S_Stop:
3035     case S_Release:
3036     case S_MovableRelease:
3037       llvm_unreachable("top-down pointer in release state!");
3038     }
3039   }
3040
3041   return NestingDetected;
3042 }
3043
3044 bool
3045 ObjCARCOpt::VisitTopDown(BasicBlock *BB,
3046                          DenseMap<const BasicBlock *, BBState> &BBStates,
3047                          DenseMap<Value *, RRInfo> &Releases) {
3048   bool NestingDetected = false;
3049   BBState &MyStates = BBStates[BB];
3050
3051   // Merge the states from each predecessor to compute the initial state
3052   // for the current block.
3053   BBState::edge_iterator PI(MyStates.pred_begin()),
3054                          PE(MyStates.pred_end());
3055   if (PI != PE) {
3056     const BasicBlock *Pred = *PI;
3057     DenseMap<const BasicBlock *, BBState>::iterator I = BBStates.find(Pred);
3058     assert(I != BBStates.end());
3059     MyStates.InitFromPred(I->second);
3060     ++PI;
3061     for (; PI != PE; ++PI) {
3062       Pred = *PI;
3063       I = BBStates.find(Pred);
3064       assert(I != BBStates.end());
3065       MyStates.MergePred(I->second);
3066     }
3067   }
3068
3069   // Visit all the instructions, top-down.
3070   for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(), E = BB->end(); I != E; ++I) {
3071     Instruction *Inst = I;
3072     NestingDetected |= VisitInstructionTopDown(Inst, Releases, MyStates);
3073   }
3074
3075   CheckForCFGHazards(BB, BBStates, MyStates);
3076   return NestingDetected;
3077 }
3078
3079 static void
3080 ComputePostOrders(Function &F,
3081                   SmallVectorImpl<BasicBlock *> &PostOrder,
3082                   SmallVectorImpl<BasicBlock *> &ReverseCFGPostOrder,
3083                   unsigned NoObjCARCExceptionsMDKind,
3084                   DenseMap<const BasicBlock *, BBState> &BBStates) {
3085   /// Visited - The visited set, for doing DFS walks.
3086   SmallPtrSet<BasicBlock *, 16> Visited;
3087
3088   // Do DFS, computing the PostOrder.
3089   SmallPtrSet<BasicBlock *, 16> OnStack;
3090   SmallVector<std::pair<BasicBlock *, succ_iterator>, 16> SuccStack;
3091
3092   // Functions always have exactly one entry block, and we don't have
3093   // any other block that we treat like an entry block.
3094   BasicBlock *EntryBB = &F.getEntryBlock();
3095   BBState &MyStates = BBStates[EntryBB];
3096   MyStates.SetAsEntry();
3097   TerminatorInst *EntryTI = cast<TerminatorInst>(&EntryBB->back());
3098   SuccStack.push_back(std::make_pair(EntryBB, succ_iterator(EntryTI)));
3099   Visited.insert(EntryBB);
3100   OnStack.insert(EntryBB);
3101   do {
3102   dfs_next_succ:
3103     BasicBlock *CurrBB = SuccStack.back().first;
3104     TerminatorInst *TI = cast<TerminatorInst>(&CurrBB->back());
3105     succ_iterator SE(TI, false);
3106
3107     // If the terminator is an invoke marked with the
3108     // clang.arc.no_objc_arc_exceptions metadata, the unwind edge can be
3109     // ignored, for ARC purposes.
3110     if (isa<InvokeInst>(TI) && TI->getMetadata(NoObjCARCExceptionsMDKind))
3111       --SE;
3112
3113     while (SuccStack.back().second != SE) {
3114       BasicBlock *SuccBB = *SuccStack.back().second++;
3115       if (Visited.insert(SuccBB)) {
3116         TerminatorInst *TI = cast<TerminatorInst>(&SuccBB->back());
3117         SuccStack.push_back(std::make_pair(SuccBB, succ_iterator(TI)));
3118         BBStates[CurrBB].addSucc(SuccBB);
3119         BBState &SuccStates = BBStates[SuccBB];
3120         SuccStates.addPred(CurrBB);
3121         OnStack.insert(SuccBB);
3122         goto dfs_next_succ;
3123       }
3124
3125       if (!OnStack.count(SuccBB)) {
3126         BBStates[CurrBB].addSucc(SuccBB);
3127         BBStates[SuccBB].addPred(CurrBB);
3128       }
3129     }
3130     OnStack.erase(CurrBB);
3131     PostOrder.push_back(CurrBB);
3132     SuccStack.pop_back();
3133   } while (!SuccStack.empty());
3134
3135   Visited.clear();
3136
3137   // Do reverse-CFG DFS, computing the reverse-CFG PostOrder.
3138   // Functions may have many exits, and there also blocks which we treat
3139   // as exits due to ignored edges.
3140   SmallVector<std::pair<BasicBlock *, BBState::edge_iterator>, 16> PredStack;
3141   for (Function::iterator I = F.begin(), E = F.end(); I != E; ++I) {
3142     BasicBlock *ExitBB = I;
3143     BBState &MyStates = BBStates[ExitBB];
3144     if (!MyStates.isExit())
3145       continue;
3146
3147     MyStates.SetAsExit();
3148
3149     PredStack.push_back(std::make_pair(ExitBB, MyStates.pred_begin()));
3150     Visited.insert(ExitBB);
3151     while (!PredStack.empty()) {
3152     reverse_dfs_next_succ:
3153       BBState::edge_iterator PE = BBStates[PredStack.back().first].pred_end();
3154       while (PredStack.back().second != PE) {
3155         BasicBlock *BB = *PredStack.back().second++;
3156         if (Visited.insert(BB)) {
3157           PredStack.push_back(std::make_pair(BB, BBStates[BB].pred_begin()));
3158           goto reverse_dfs_next_succ;
3159         }
3160       }
3161       ReverseCFGPostOrder.push_back(PredStack.pop_back_val().first);
3162     }
3163   }
3164 }
3165
3166 // Visit - Visit the function both top-down and bottom-up.
3167 bool
3168 ObjCARCOpt::Visit(Function &F,
3169                   DenseMap<const BasicBlock *, BBState> &BBStates,
3170                   MapVector<Value *, RRInfo> &Retains,
3171                   DenseMap<Value *, RRInfo> &Releases) {
3172
3173   // Use reverse-postorder traversals, because we magically know that loops
3174   // will be well behaved, i.e. they won't repeatedly call retain on a single
3175   // pointer without doing a release. We can't use the ReversePostOrderTraversal
3176   // class here because we want the reverse-CFG postorder to consider each
3177   // function exit point, and we want to ignore selected cycle edges.
3178   SmallVector<BasicBlock *, 16> PostOrder;
3179   SmallVector<BasicBlock *, 16> ReverseCFGPostOrder;
3180   ComputePostOrders(F, PostOrder, ReverseCFGPostOrder,
3181                     NoObjCARCExceptionsMDKind,
3182                     BBStates);
3183
3184   // Use reverse-postorder on the reverse CFG for bottom-up.
3185   bool BottomUpNestingDetected = false;
3186   for (SmallVectorImpl<BasicBlock *>::const_reverse_iterator I =
3187        ReverseCFGPostOrder.rbegin(), E = ReverseCFGPostOrder.rend();
3188        I != E; ++I)
3189     BottomUpNestingDetected |= VisitBottomUp(*I, BBStates, Retains);
3190
3191   // Use reverse-postorder for top-down.
3192   bool TopDownNestingDetected = false;
3193   for (SmallVectorImpl<BasicBlock *>::const_reverse_iterator I =
3194        PostOrder.rbegin(), E = PostOrder.rend();
3195        I != E; ++I)
3196     TopDownNestingDetected |= VisitTopDown(*I, BBStates, Releases);
3197
3198   return TopDownNestingDetected && BottomUpNestingDetected;
3199 }
3200
3201 /// MoveCalls - Move the calls in RetainsToMove and ReleasesToMove.
3202 void ObjCARCOpt::MoveCalls(Value *Arg,
3203                            RRInfo &RetainsToMove,
3204                            RRInfo &ReleasesToMove,
3205                            MapVector<Value *, RRInfo> &Retains,
3206                            DenseMap<Value *, RRInfo> &Releases,
3207                            SmallVectorImpl<Instruction *> &DeadInsts,
3208                            Module *M) {
3209   Type *ArgTy = Arg->getType();
3210   Type *ParamTy = PointerType::getUnqual(Type::getInt8Ty(ArgTy->getContext()));
3211
3212   // Insert the new retain and release calls.
3213   for (SmallPtrSet<Instruction *, 2>::const_iterator
3214        PI = ReleasesToMove.ReverseInsertPts.begin(),
3215        PE = ReleasesToMove.ReverseInsertPts.end(); PI != PE; ++PI) {
3216     Instruction *InsertPt = *PI;
3217     Value *MyArg = ArgTy == ParamTy ? Arg :
3218                    new BitCastInst(Arg, ParamTy, "", InsertPt);
3219     CallInst *Call =
3220       CallInst::Create(RetainsToMove.IsRetainBlock ?
3221                          getRetainBlockCallee(M) : getRetainCallee(M),
3222                        MyArg, "", InsertPt);
3223     Call->setDoesNotThrow();
3224     if (RetainsToMove.IsRetainBlock)
3225       Call->setMetadata(CopyOnEscapeMDKind,
3226                         MDNode::get(M->getContext(), ArrayRef<Value *>()));
3227     else
3228       Call->setTailCall();
3229   }
3230   for (SmallPtrSet<Instruction *, 2>::const_iterator
3231        PI = RetainsToMove.ReverseInsertPts.begin(),
3232        PE = RetainsToMove.ReverseInsertPts.end(); PI != PE; ++PI) {
3233     Instruction *InsertPt = *PI;
3234     Value *MyArg = ArgTy == ParamTy ? Arg :
3235                    new BitCastInst(Arg, ParamTy, "", InsertPt);
3236     CallInst *Call = CallInst::Create(getReleaseCallee(M), MyArg,
3237                                       "", InsertPt);
3238     // Attach a clang.imprecise_release metadata tag, if appropriate.
3239     if (MDNode *M = ReleasesToMove.ReleaseMetadata)
3240       Call->setMetadata(ImpreciseReleaseMDKind, M);
3241     Call->setDoesNotThrow();
3242     if (ReleasesToMove.IsTailCallRelease)
3243       Call->setTailCall();
3244   }
3245
3246   // Delete the original retain and release calls.
3247   for (SmallPtrSet<Instruction *, 2>::const_iterator
3248        AI = RetainsToMove.Calls.begin(),
3249        AE = RetainsToMove.Calls.end(); AI != AE; ++AI) {
3250     Instruction *OrigRetain = *AI;
3251     Retains.blot(OrigRetain);
3252     DeadInsts.push_back(OrigRetain);
3253   }
3254   for (SmallPtrSet<Instruction *, 2>::const_iterator
3255        AI = ReleasesToMove.Calls.begin(),
3256        AE = ReleasesToMove.Calls.end(); AI != AE; ++AI) {
3257     Instruction *OrigRelease = *AI;
3258     Releases.erase(OrigRelease);
3259     DeadInsts.push_back(OrigRelease);
3260   }
3261 }
3262
3263 /// PerformCodePlacement - Identify pairings between the retains and releases,
3264 /// and delete and/or move them.
3265 bool
3266 ObjCARCOpt::PerformCodePlacement(DenseMap<const BasicBlock *, BBState>
3267                                    &BBStates,
3268                                  MapVector<Value *, RRInfo> &Retains,
3269                                  DenseMap<Value *, RRInfo> &Releases,
3270                                  Module *M) {
3271   bool AnyPairsCompletelyEliminated = false;
3272   RRInfo RetainsToMove;
3273   RRInfo ReleasesToMove;
3274   SmallVector<Instruction *, 4> NewRetains;
3275   SmallVector<Instruction *, 4> NewReleases;
3276   SmallVector<Instruction *, 8> DeadInsts;
3277
3278   // Visit each retain.
3279   for (MapVector<Value *, RRInfo>::const_iterator I = Retains.begin(),
3280        E = Retains.end(); I != E; ++I) {
3281     Value *V = I->first;
3282     if (!V) continue; // blotted
3283
3284     Instruction *Retain = cast<Instruction>(V);
3285     Value *Arg = GetObjCArg(Retain);
3286
3287     // If the object being released is in static or stack storage, we know it's
3288     // not being managed by ObjC reference counting, so we can delete pairs
3289     // regardless of what possible decrements or uses lie between them.
3290     bool KnownSafe = isa<Constant>(Arg) || isa<AllocaInst>(Arg);
3291
3292     // A constant pointer can't be pointing to an object on the heap. It may
3293     // be reference-counted, but it won't be deleted.
3294     if (const LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(Arg))
3295       if (const GlobalVariable *GV =
3296             dyn_cast<GlobalVariable>(
3297               StripPointerCastsAndObjCCalls(LI->getPointerOperand())))
3298         if (GV->isConstant())
3299           KnownSafe = true;
3300
3301     // If a pair happens in a region where it is known that the reference count
3302     // is already incremented, we can similarly ignore possible decrements.
3303     bool KnownSafeTD = true, KnownSafeBU = true;
3304
3305     // Connect the dots between the top-down-collected RetainsToMove and
3306     // bottom-up-collected ReleasesToMove to form sets of related calls.
3307     // This is an iterative process so that we connect multiple releases
3308     // to multiple retains if needed.
3309     unsigned OldDelta = 0;
3310     unsigned NewDelta = 0;
3311     unsigned OldCount = 0;
3312     unsigned NewCount = 0;
3313     bool FirstRelease = true;
3314     bool FirstRetain = true;
3315     NewRetains.push_back(Retain);
3316     for (;;) {
3317       for (SmallVectorImpl<Instruction *>::const_iterator
3318            NI = NewRetains.begin(), NE = NewRetains.end(); NI != NE; ++NI) {
3319         Instruction *NewRetain = *NI;
3320         MapVector<Value *, RRInfo>::const_iterator It = Retains.find(NewRetain);
3321         assert(It != Retains.end());
3322         const RRInfo &NewRetainRRI = It->second;
3323         KnownSafeTD &= NewRetainRRI.KnownSafe;
3324         for (SmallPtrSet<Instruction *, 2>::const_iterator
3325              LI = NewRetainRRI.Calls.begin(),
3326              LE = NewRetainRRI.Calls.end(); LI != LE; ++LI) {
3327           Instruction *NewRetainRelease = *LI;
3328           DenseMap<Value *, RRInfo>::const_iterator Jt =
3329             Releases.find(NewRetainRelease);
3330           if (Jt == Releases.end())
3331             goto next_retain;
3332           const RRInfo &NewRetainReleaseRRI = Jt->second;
3333           assert(NewRetainReleaseRRI.Calls.count(NewRetain));
3334           if (ReleasesToMove.Calls.insert(NewRetainRelease)) {
3335             OldDelta -=
3336               BBStates[NewRetainRelease->getParent()].GetAllPathCount();
3337
3338             // Merge the ReleaseMetadata and IsTailCallRelease values.
3339             if (FirstRelease) {
3340               ReleasesToMove.ReleaseMetadata =
3341                 NewRetainReleaseRRI.ReleaseMetadata;
3342               ReleasesToMove.IsTailCallRelease =
3343                 NewRetainReleaseRRI.IsTailCallRelease;
3344               FirstRelease = false;
3345             } else {
3346               if (ReleasesToMove.ReleaseMetadata !=
3347                     NewRetainReleaseRRI.ReleaseMetadata)
3348                 ReleasesToMove.ReleaseMetadata = 0;
3349               if (ReleasesToMove.IsTailCallRelease !=
3350                     NewRetainReleaseRRI.IsTailCallRelease)
3351                 ReleasesToMove.IsTailCallRelease = false;
3352             }
3353
3354             // Collect the optimal insertion points.
3355             if (!KnownSafe)
3356               for (SmallPtrSet<Instruction *, 2>::const_iterator
3357                    RI = NewRetainReleaseRRI.ReverseInsertPts.begin(),
3358                    RE = NewRetainReleaseRRI.ReverseInsertPts.end();
3359                    RI != RE; ++RI) {
3360                 Instruction *RIP = *RI;
3361                 if (ReleasesToMove.ReverseInsertPts.insert(RIP))
3362                   NewDelta -= BBStates[RIP->getParent()].GetAllPathCount();
3363               }
3364             NewReleases.push_back(NewRetainRelease);
3365           }
3366         }
3367       }
3368       NewRetains.clear();
3369       if (NewReleases.empty()) break;
3370
3371       // Back the other way.
3372       for (SmallVectorImpl<Instruction *>::const_iterator
3373            NI = NewReleases.begin(), NE = NewReleases.end(); NI != NE; ++NI) {
3374         Instruction *NewRelease = *NI;
3375         DenseMap<Value *, RRInfo>::const_iterator It =
3376           Releases.find(NewRelease);
3377         assert(It != Releases.end());
3378         const RRInfo &NewReleaseRRI = It->second;
3379         KnownSafeBU &= NewReleaseRRI.KnownSafe;
3380         for (SmallPtrSet<Instruction *, 2>::const_iterator
3381              LI = NewReleaseRRI.Calls.begin(),
3382              LE = NewReleaseRRI.Calls.end(); LI != LE; ++LI) {
3383           Instruction *NewReleaseRetain = *LI;
3384           MapVector<Value *, RRInfo>::const_iterator Jt =
3385             Retains.find(NewReleaseRetain);
3386           if (Jt == Retains.end())
3387             goto next_retain;
3388           const RRInfo &NewReleaseRetainRRI = Jt->second;
3389           assert(NewReleaseRetainRRI.Calls.count(NewRelease));
3390           if (RetainsToMove.Calls.insert(NewReleaseRetain)) {
3391             unsigned PathCount =
3392               BBStates[NewReleaseRetain->getParent()].GetAllPathCount();
3393             OldDelta += PathCount;
3394             OldCount += PathCount;
3395
3396             // Merge the IsRetainBlock values.
3397             if (FirstRetain) {
3398               RetainsToMove.IsRetainBlock = NewReleaseRetainRRI.IsRetainBlock;
3399               FirstRetain = false;
3400             } else if (ReleasesToMove.IsRetainBlock !=
3401                        NewReleaseRetainRRI.IsRetainBlock)
3402               // It's not possible to merge the sequences if one uses
3403               // objc_retain and the other uses objc_retainBlock.
3404               goto next_retain;
3405
3406             // Collect the optimal insertion points.
3407             if (!KnownSafe)
3408               for (SmallPtrSet<Instruction *, 2>::const_iterator
3409                    RI = NewReleaseRetainRRI.ReverseInsertPts.begin(),
3410                    RE = NewReleaseRetainRRI.ReverseInsertPts.end();
3411                    RI != RE; ++RI) {
3412                 Instruction *RIP = *RI;
3413                 if (RetainsToMove.ReverseInsertPts.insert(RIP)) {
3414                   PathCount = BBStates[RIP->getParent()].GetAllPathCount();
3415                   NewDelta += PathCount;
3416                   NewCount += PathCount;
3417                 }
3418               }
3419             NewRetains.push_back(NewReleaseRetain);
3420           }
3421         }
3422       }
3423       NewReleases.clear();
3424       if (NewRetains.empty()) break;
3425     }
3426
3427     // If the pointer is known incremented or nested, we can safely delete the
3428     // pair regardless of what's between them.
3429     if (KnownSafeTD || KnownSafeBU) {
3430       RetainsToMove.ReverseInsertPts.clear();
3431       ReleasesToMove.ReverseInsertPts.clear();
3432       NewCount = 0;
3433     } else {
3434       // Determine whether the new insertion points we computed preserve the
3435       // balance of retain and release calls through the program.
3436       // TODO: If the fully aggressive solution isn't valid, try to find a
3437       // less aggressive solution which is.
3438       if (NewDelta != 0)
3439         goto next_retain;
3440     }
3441
3442     // Determine whether the original call points are balanced in the retain and
3443     // release calls through the program. If not, conservatively don't touch
3444     // them.
3445     // TODO: It's theoretically possible to do code motion in this case, as
3446     // long as the existing imbalances are maintained.
3447     if (OldDelta != 0)
3448       goto next_retain;
3449
3450     // Ok, everything checks out and we're all set. Let's move some code!
3451     Changed = true;
3452     assert(OldCount != 0 && "Unreachable code?");
3453     AnyPairsCompletelyEliminated = NewCount == 0;
3454     NumRRs += OldCount - NewCount;
3455     MoveCalls(Arg, RetainsToMove, ReleasesToMove,
3456               Retains, Releases, DeadInsts, M);
3457
3458   next_retain:
3459     NewReleases.clear();
3460     NewRetains.clear();
3461     RetainsToMove.clear();
3462     ReleasesToMove.clear();
3463   }
3464
3465   // Now that we're done moving everything, we can delete the newly dead
3466   // instructions, as we no longer need them as insert points.
3467   while (!DeadInsts.empty())
3468     EraseInstruction(DeadInsts.pop_back_val());
3469
3470   return AnyPairsCompletelyEliminated;
3471 }
3472
3473 /// OptimizeWeakCalls - Weak pointer optimizations.
3474 void ObjCARCOpt::OptimizeWeakCalls(Function &F) {
3475   // First, do memdep-style RLE and S2L optimizations. We can't use memdep
3476   // itself because it uses AliasAnalysis and we need to do provenance
3477   // queries instead.
3478   for (inst_iterator I = inst_begin(&F), E = inst_end(&F); I != E; ) {
3479     Instruction *Inst = &*I++;
3480
3481     DEBUG(dbgs() << "ObjCARCOpt::OptimizeWeakCalls: Visiting: " << *Inst <<
3482           "\n");
3483
3484     InstructionClass Class = GetBasicInstructionClass(Inst);
3485     if (Class != IC_LoadWeak && Class != IC_LoadWeakRetained)
3486       continue;
3487
3488     // Delete objc_loadWeak calls with no users.
3489     if (Class == IC_LoadWeak && Inst->use_empty()) {
3490       Inst->eraseFromParent();
3491       continue;
3492     }
3493
3494     // TODO: For now, just look for an earlier available version of this value
3495     // within the same block. Theoretically, we could do memdep-style non-local
3496     // analysis too, but that would want caching. A better approach would be to
3497     // use the technique that EarlyCSE uses.
3498     inst_iterator Current = llvm::prior(I);
3499     BasicBlock *CurrentBB = Current.getBasicBlockIterator();
3500     for (BasicBlock::iterator B = CurrentBB->begin(),
3501                               J = Current.getInstructionIterator();
3502          J != B; --J) {
3503       Instruction *EarlierInst = &*llvm::prior(J);
3504       InstructionClass EarlierClass = GetInstructionClass(EarlierInst);
3505       switch (EarlierClass) {
3506       case IC_LoadWeak:
3507       case IC_LoadWeakRetained: {
3508         // If this is loading from the same pointer, replace this load's value
3509         // with that one.
3510         CallInst *Call = cast<CallInst>(Inst);
3511         CallInst *EarlierCall = cast<CallInst>(EarlierInst);
3512         Value *Arg = Call->getArgOperand(0);
3513         Value *EarlierArg = EarlierCall->getArgOperand(0);
3514         switch (PA.getAA()->alias(Arg, EarlierArg)) {
3515         case AliasAnalysis::MustAlias:
3516           Changed = true;
3517           // If the load has a builtin retain, insert a plain retain for it.
3518           if (Class == IC_LoadWeakRetained) {
3519             CallInst *CI =
3520               CallInst::Create(getRetainCallee(F.getParent()), EarlierCall,
3521                                "", Call);
3522             CI->setTailCall();
3523           }
3524           // Zap the fully redundant load.
3525           Call->replaceAllUsesWith(EarlierCall);
3526           Call->eraseFromParent();
3527           goto clobbered;
3528         case AliasAnalysis::MayAlias:
3529         case AliasAnalysis::PartialAlias:
3530           goto clobbered;
3531         case AliasAnalysis::NoAlias:
3532           break;
3533         }
3534         break;
3535       }
3536       case IC_StoreWeak:
3537       case IC_InitWeak: {
3538         // If this is storing to the same pointer and has the same size etc.
3539         // replace this load's value with the stored value.
3540         CallInst *Call = cast<CallInst>(Inst);
3541         CallInst *EarlierCall = cast<CallInst>(EarlierInst);
3542         Value *Arg = Call->getArgOperand(0);
3543         Value *EarlierArg = EarlierCall->getArgOperand(0);
3544         switch (PA.getAA()->alias(Arg, EarlierArg)) {
3545         case AliasAnalysis::MustAlias:
3546           Changed = true;
3547           // If the load has a builtin retain, insert a plain retain for it.
3548           if (Class == IC_LoadWeakRetained) {
3549             CallInst *CI =
3550               CallInst::Create(getRetainCallee(F.getParent()), EarlierCall,
3551                                "", Call);
3552             CI->setTailCall();
3553           }
3554           // Zap the fully redundant load.
3555           Call->replaceAllUsesWith(EarlierCall->getArgOperand(1));
3556           Call->eraseFromParent();
3557           goto clobbered;
3558         case AliasAnalysis::MayAlias:
3559         case AliasAnalysis::PartialAlias:
3560           goto clobbered;
3561         case AliasAnalysis::NoAlias:
3562           break;
3563         }
3564         break;
3565       }
3566       case IC_MoveWeak:
3567       case IC_CopyWeak:
3568         // TOOD: Grab the copied value.
3569         goto clobbered;
3570       case IC_AutoreleasepoolPush:
3571       case IC_None:
3572       case IC_User:
3573         // Weak pointers are only modified through the weak entry points
3574         // (and arbitrary calls, which could call the weak entry points).
3575         break;
3576       default:
3577         // Anything else could modify the weak pointer.
3578         goto clobbered;
3579       }
3580     }
3581   clobbered:;
3582   }
3583
3584   // Then, for each destroyWeak with an alloca operand, check to see if
3585   // the alloca and all its users can be zapped.
3586   for (inst_iterator I = inst_begin(&F), E = inst_end(&F); I != E; ) {
3587     Instruction *Inst = &*I++;
3588     InstructionClass Class = GetBasicInstructionClass(Inst);
3589     if (Class != IC_DestroyWeak)
3590       continue;
3591
3592     CallInst *Call = cast<CallInst>(Inst);
3593     Value *Arg = Call->getArgOperand(0);
3594     if (AllocaInst *Alloca = dyn_cast<AllocaInst>(Arg)) {
3595       for (Value::use_iterator UI = Alloca->use_begin(),
3596            UE = Alloca->use_end(); UI != UE; ++UI) {
3597         const Instruction *UserInst = cast<Instruction>(*UI);
3598         switch (GetBasicInstructionClass(UserInst)) {
3599         case IC_InitWeak:
3600         case IC_StoreWeak:
3601         case IC_DestroyWeak:
3602           continue;
3603         default:
3604           goto done;
3605         }
3606       }
3607       Changed = true;
3608       for (Value::use_iterator UI = Alloca->use_begin(),
3609            UE = Alloca->use_end(); UI != UE; ) {
3610         CallInst *UserInst = cast<CallInst>(*UI++);
3611         switch (GetBasicInstructionClass(UserInst)) {
3612         case IC_InitWeak:
3613         case IC_StoreWeak:
3614           // These functions return their second argument.
3615           UserInst->replaceAllUsesWith(UserInst->getArgOperand(1));
3616           break;
3617         case IC_DestroyWeak:
3618           // No return value.
3619           break;
3620         default:
3621           llvm_unreachable("alloca really is used!");
3622         }
3623         UserInst->eraseFromParent();
3624       }
3625       Alloca->eraseFromParent();
3626     done:;
3627     }
3628   }
3629   
3630   DEBUG(dbgs() << "ObjCARCOpt::OptimizeWeakCalls: Finished List.\n\n");
3631   
3632 }
3633
3634 /// OptimizeSequences - Identify program paths which execute sequences of
3635 /// retains and releases which can be eliminated.
3636 bool ObjCARCOpt::OptimizeSequences(Function &F) {
3637   /// Releases, Retains - These are used to store the results of the main flow
3638   /// analysis. These use Value* as the key instead of Instruction* so that the
3639   /// map stays valid when we get around to rewriting code and calls get
3640   /// replaced by arguments.
3641   DenseMap<Value *, RRInfo> Releases;
3642   MapVector<Value *, RRInfo> Retains;
3643
3644   /// BBStates, This is used during the traversal of the function to track the
3645   /// states for each identified object at each block.
3646   DenseMap<const BasicBlock *, BBState> BBStates;
3647
3648   // Analyze the CFG of the function, and all instructions.
3649   bool NestingDetected = Visit(F, BBStates, Retains, Releases);
3650
3651   // Transform.
3652   return PerformCodePlacement(BBStates, Retains, Releases, F.getParent()) &&
3653          NestingDetected;
3654 }
3655
3656 /// OptimizeReturns - Look for this pattern:
3657 /// \code
3658 ///    %call = call i8* @something(...)
3659 ///    %2 = call i8* @objc_retain(i8* %call)
3660 ///    %3 = call i8* @objc_autorelease(i8* %2)
3661 ///    ret i8* %3
3662 /// \endcode
3663 /// And delete the retain and autorelease.
3664 ///
3665 /// Otherwise if it's just this:
3666 /// \code
3667 ///    %3 = call i8* @objc_autorelease(i8* %2)
3668 ///    ret i8* %3
3669 /// \endcode
3670 /// convert the autorelease to autoreleaseRV.
3671 void ObjCARCOpt::OptimizeReturns(Function &F) {
3672   if (!F.getReturnType()->isPointerTy())
3673     return;
3674
3675   SmallPtrSet<Instruction *, 4> DependingInstructions;
3676   SmallPtrSet<const BasicBlock *, 4> Visited;
3677   for (Function::iterator FI = F.begin(), FE = F.end(); FI != FE; ++FI) {
3678     BasicBlock *BB = FI;
3679     ReturnInst *Ret = dyn_cast<ReturnInst>(&BB->back());
3680
3681     DEBUG(dbgs() << "ObjCARCOpt::OptimizeReturns: Visiting: " << *Ret << "\n");
3682
3683     if (!Ret) continue;
3684
3685     const Value *Arg = StripPointerCastsAndObjCCalls(Ret->getOperand(0));
3686     FindDependencies(NeedsPositiveRetainCount, Arg,
3687                      BB, Ret, DependingInstructions, Visited, PA);
3688     if (DependingInstructions.size() != 1)
3689       goto next_block;
3690
3691     {
3692       CallInst *Autorelease =
3693         dyn_cast_or_null<CallInst>(*DependingInstructions.begin());
3694       if (!Autorelease)
3695         goto next_block;
3696       InstructionClass AutoreleaseClass = GetBasicInstructionClass(Autorelease);
3697       if (!IsAutorelease(AutoreleaseClass))
3698         goto next_block;
3699       if (GetObjCArg(Autorelease) != Arg)
3700         goto next_block;
3701
3702       DependingInstructions.clear();
3703       Visited.clear();
3704
3705       // Check that there is nothing that can affect the reference
3706       // count between the autorelease and the retain.
3707       FindDependencies(CanChangeRetainCount, Arg,
3708                        BB, Autorelease, DependingInstructions, Visited, PA);
3709       if (DependingInstructions.size() != 1)
3710         goto next_block;
3711
3712       {
3713         CallInst *Retain =
3714           dyn_cast_or_null<CallInst>(*DependingInstructions.begin());
3715
3716         // Check that we found a retain with the same argument.
3717         if (!Retain ||
3718             !IsRetain(GetBasicInstructionClass(Retain)) ||
3719             GetObjCArg(Retain) != Arg)
3720           goto next_block;
3721
3722         DependingInstructions.clear();
3723         Visited.clear();
3724
3725         // Convert the autorelease to an autoreleaseRV, since it's
3726         // returning the value.
3727         if (AutoreleaseClass == IC_Autorelease) {
3728           Autorelease->setCalledFunction(getAutoreleaseRVCallee(F.getParent()));
3729           AutoreleaseClass = IC_AutoreleaseRV;
3730         }
3731
3732         // Check that there is nothing that can affect the reference
3733         // count between the retain and the call.
3734         // Note that Retain need not be in BB.
3735         FindDependencies(CanChangeRetainCount, Arg, Retain->getParent(), Retain,
3736                          DependingInstructions, Visited, PA);
3737         if (DependingInstructions.size() != 1)
3738           goto next_block;
3739
3740         {
3741           CallInst *Call =
3742             dyn_cast_or_null<CallInst>(*DependingInstructions.begin());
3743
3744           // Check that the pointer is the return value of the call.
3745           if (!Call || Arg != Call)
3746             goto next_block;
3747
3748           // Check that the call is a regular call.
3749           InstructionClass Class = GetBasicInstructionClass(Call);
3750           if (Class != IC_CallOrUser && Class != IC_Call)
3751             goto next_block;
3752
3753           // If so, we can zap the retain and autorelease.
3754           Changed = true;
3755           ++NumRets;
3756           EraseInstruction(Retain);
3757           EraseInstruction(Autorelease);
3758         }
3759       }
3760     }
3761
3762   next_block:
3763     DependingInstructions.clear();
3764     Visited.clear();
3765   }
3766   
3767   DEBUG(dbgs() << "ObjCARCOpt::OptimizeReturns: Finished List.\n\n");
3768   
3769 }
3770
3771 bool ObjCARCOpt::doInitialization(Module &M) {
3772   if (!EnableARCOpts)
3773     return false;
3774
3775   // If nothing in the Module uses ARC, don't do anything.
3776   Run = ModuleHasARC(M);
3777   if (!Run)
3778     return false;
3779
3780   // Identify the imprecise release metadata kind.
3781   ImpreciseReleaseMDKind =
3782     M.getContext().getMDKindID("clang.imprecise_release");
3783   CopyOnEscapeMDKind =
3784     M.getContext().getMDKindID("clang.arc.copy_on_escape");
3785   NoObjCARCExceptionsMDKind =
3786     M.getContext().getMDKindID("clang.arc.no_objc_arc_exceptions");
3787
3788   // Intuitively, objc_retain and others are nocapture, however in practice
3789   // they are not, because they return their argument value. And objc_release
3790   // calls finalizers which can have arbitrary side effects.
3791
3792   // These are initialized lazily.
3793   RetainRVCallee = 0;
3794   AutoreleaseRVCallee = 0;
3795   ReleaseCallee = 0;
3796   RetainCallee = 0;
3797   RetainBlockCallee = 0;
3798   AutoreleaseCallee = 0;
3799
3800   return false;
3801 }
3802
3803 bool ObjCARCOpt::runOnFunction(Function &F) {
3804   if (!EnableARCOpts)
3805     return false;
3806
3807   // If nothing in the Module uses ARC, don't do anything.
3808   if (!Run)
3809     return false;
3810
3811   Changed = false;
3812
3813   PA.setAA(&getAnalysis<AliasAnalysis>());
3814
3815   // This pass performs several distinct transformations. As a compile-time aid
3816   // when compiling code that isn't ObjC, skip these if the relevant ObjC
3817   // library functions aren't declared.
3818
3819   // Preliminary optimizations. This also computs UsedInThisFunction.
3820   OptimizeIndividualCalls(F);
3821
3822   // Optimizations for weak pointers.
3823   if (UsedInThisFunction & ((1 << IC_LoadWeak) |
3824                             (1 << IC_LoadWeakRetained) |
3825                             (1 << IC_StoreWeak) |
3826                             (1 << IC_InitWeak) |
3827                             (1 << IC_CopyWeak) |
3828                             (1 << IC_MoveWeak) |
3829                             (1 << IC_DestroyWeak)))
3830     OptimizeWeakCalls(F);
3831
3832   // Optimizations for retain+release pairs.
3833   if (UsedInThisFunction & ((1 << IC_Retain) |
3834                             (1 << IC_RetainRV) |
3835                             (1 << IC_RetainBlock)))
3836     if (UsedInThisFunction & (1 << IC_Release))
3837       // Run OptimizeSequences until it either stops making changes or
3838       // no retain+release pair nesting is detected.
3839       while (OptimizeSequences(F)) {}
3840
3841   // Optimizations if objc_autorelease is used.
3842   if (UsedInThisFunction & ((1 << IC_Autorelease) |
3843                             (1 << IC_AutoreleaseRV)))
3844     OptimizeReturns(F);
3845
3846   return Changed;
3847 }
3848
3849 void ObjCARCOpt::releaseMemory() {
3850   PA.clear();
3851 }
3852
3853 //===----------------------------------------------------------------------===//
3854 // ARC contraction.
3855 //===----------------------------------------------------------------------===//
3856
3857 // TODO: ObjCARCContract could insert PHI nodes when uses aren't
3858 // dominated by single calls.
3859
3860 #include "llvm/Analysis/Dominators.h"
3861 #include "llvm/IR/InlineAsm.h"
3862 #include "llvm/IR/Operator.h"
3863
3864 STATISTIC(NumStoreStrongs, "Number objc_storeStrong calls formed");
3865
3866 namespace {
3867   /// ObjCARCContract - Late ARC optimizations.  These change the IR in a way
3868   /// that makes it difficult to be analyzed by ObjCARCOpt, so it's run late.
3869   class ObjCARCContract : public FunctionPass {
3870     bool Changed;
3871     AliasAnalysis *AA;
3872     DominatorTree *DT;
3873     ProvenanceAnalysis PA;
3874
3875     /// Run - A flag indicating whether this optimization pass should run.
3876     bool Run;
3877
3878     /// StoreStrongCallee, etc. - Declarations for ObjC runtime
3879     /// functions, for use in creating calls to them. These are initialized
3880     /// lazily to avoid cluttering up the Module with unused declarations.
3881     Constant *StoreStrongCallee,
3882              *RetainAutoreleaseCallee, *RetainAutoreleaseRVCallee;
3883
3884     /// RetainRVMarker - The inline asm string to insert between calls and
3885     /// RetainRV calls to make the optimization work on targets which need it.
3886     const MDString *RetainRVMarker;
3887
3888     /// StoreStrongCalls - The set of inserted objc_storeStrong calls. If
3889     /// at the end of walking the function we have found no alloca
3890     /// instructions, these calls can be marked "tail".
3891     SmallPtrSet<CallInst *, 8> StoreStrongCalls;
3892
3893     Constant *getStoreStrongCallee(Module *M);
3894     Constant *getRetainAutoreleaseCallee(Module *M);
3895     Constant *getRetainAutoreleaseRVCallee(Module *M);
3896
3897     bool ContractAutorelease(Function &F, Instruction *Autorelease,
3898                              InstructionClass Class,
3899                              SmallPtrSet<Instruction *, 4>
3900                                &DependingInstructions,
3901                              SmallPtrSet<const BasicBlock *, 4>
3902                                &Visited);
3903
3904     void ContractRelease(Instruction *Release,
3905                          inst_iterator &Iter);
3906
3907     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const;
3908     virtual bool doInitialization(Module &M);
3909     virtual bool runOnFunction(Function &F);
3910
3911   public:
3912     static char ID;
3913     ObjCARCContract() : FunctionPass(ID) {
3914       initializeObjCARCContractPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
3915     }
3916   };
3917 }
3918
3919 char ObjCARCContract::ID = 0;
3920 INITIALIZE_PASS_BEGIN(ObjCARCContract,
3921                       "objc-arc-contract", "ObjC ARC contraction", false, false)
3922 INITIALIZE_AG_DEPENDENCY(AliasAnalysis)
3923 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(DominatorTree)
3924 INITIALIZE_PASS_END(ObjCARCContract,
3925                     "objc-arc-contract", "ObjC ARC contraction", false, false)
3926
3927 Pass *llvm::createObjCARCContractPass() {
3928   return new ObjCARCContract();
3929 }
3930
3931 void ObjCARCContract::getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
3932   AU.addRequired<AliasAnalysis>();
3933   AU.addRequired<DominatorTree>();
3934   AU.setPreservesCFG();
3935 }
3936
3937 Constant *ObjCARCContract::getStoreStrongCallee(Module *M) {
3938   if (!StoreStrongCallee) {
3939     LLVMContext &C = M->getContext();
3940     Type *I8X = PointerType::getUnqual(Type::getInt8Ty(C));
3941     Type *I8XX = PointerType::getUnqual(I8X);
3942     Type *Params[] = { I8XX, I8X };
3943
3944     AttributeSet Attribute = AttributeSet()
3945       .addAttr(M->getContext(), AttributeSet::FunctionIndex,
3946                Attribute::get(C, Attribute::NoUnwind))
3947       .addAttr(M->getContext(), 1, Attribute::get(C, Attribute::NoCapture));
3948
3949     StoreStrongCallee =
3950       M->getOrInsertFunction(
3951         "objc_storeStrong",
3952         FunctionType::get(Type::getVoidTy(C), Params, /*isVarArg=*/false),
3953         Attribute);
3954   }
3955   return StoreStrongCallee;
3956 }
3957
3958 Constant *ObjCARCContract::getRetainAutoreleaseCallee(Module *M) {
3959   if (!RetainAutoreleaseCallee) {
3960     LLVMContext &C = M->getContext();
3961     Type *I8X = PointerType::getUnqual(Type::getInt8Ty(C));
3962     Type *Params[] = { I8X };
3963     FunctionType *FTy = FunctionType::get(I8X, Params, /*isVarArg=*/false);
3964     AttributeSet Attribute =
3965       AttributeSet().addAttr(M->getContext(), AttributeSet::FunctionIndex,
3966                             Attribute::get(C, Attribute::NoUnwind));
3967     RetainAutoreleaseCallee =
3968       M->getOrInsertFunction("objc_retainAutorelease", FTy, Attribute);
3969   }
3970   return RetainAutoreleaseCallee;
3971 }
3972
3973 Constant *ObjCARCContract::getRetainAutoreleaseRVCallee(Module *M) {
3974   if (!RetainAutoreleaseRVCallee) {
3975     LLVMContext &C = M->getContext();
3976     Type *I8X = PointerType::getUnqual(Type::getInt8Ty(C));
3977     Type *Params[] = { I8X };
3978     FunctionType *FTy = FunctionType::get(I8X, Params, /*isVarArg=*/false);
3979     AttributeSet Attribute =
3980       AttributeSet().addAttr(M->getContext(), AttributeSet::FunctionIndex,
3981                             Attribute::get(C, Attribute::NoUnwind));
3982     RetainAutoreleaseRVCallee =
3983       M->getOrInsertFunction("objc_retainAutoreleaseReturnValue", FTy,
3984                              Attribute);
3985   }
3986   return RetainAutoreleaseRVCallee;
3987 }
3988
3989 /// ContractAutorelease - Merge an autorelease with a retain into a fused call.
3990 bool
3991 ObjCARCContract::ContractAutorelease(Function &F, Instruction *Autorelease,
3992                                      InstructionClass Class,
3993                                      SmallPtrSet<Instruction *, 4>
3994                                        &DependingInstructions,
3995                                      SmallPtrSet<const BasicBlock *, 4>
3996                                        &Visited) {
3997   const Value *Arg = GetObjCArg(Autorelease);
3998
3999   // Check that there are no instructions between the retain and the autorelease
4000   // (such as an autorelease_pop) which may change the count.
4001   CallInst *Retain = 0;
4002   if (Class == IC_AutoreleaseRV)
4003     FindDependencies(RetainAutoreleaseRVDep, Arg,
4004                      Autorelease->getParent(), Autorelease,
4005                      DependingInstructions, Visited, PA);
4006   else
4007     FindDependencies(RetainAutoreleaseDep, Arg,
4008                      Autorelease->getParent(), Autorelease,
4009                      DependingInstructions, Visited, PA);
4010
4011   Visited.clear();
4012   if (DependingInstructions.size() != 1) {
4013     DependingInstructions.clear();
4014     return false;
4015   }
4016
4017   Retain = dyn_cast_or_null<CallInst>(*DependingInstructions.begin());
4018   DependingInstructions.clear();
4019
4020   if (!Retain ||
4021       GetBasicInstructionClass(Retain) != IC_Retain ||
4022       GetObjCArg(Retain) != Arg)
4023     return false;
4024
4025   Changed = true;
4026   ++NumPeeps;
4027
4028   if (Class == IC_AutoreleaseRV)
4029     Retain->setCalledFunction(getRetainAutoreleaseRVCallee(F.getParent()));
4030   else
4031     Retain->setCalledFunction(getRetainAutoreleaseCallee(F.getParent()));
4032
4033   EraseInstruction(Autorelease);
4034   return true;
4035 }
4036
4037 /// ContractRelease - Attempt to merge an objc_release with a store, load, and
4038 /// objc_retain to form an objc_storeStrong. This can be a little tricky because
4039 /// the instructions don't always appear in order, and there may be unrelated
4040 /// intervening instructions.
4041 void ObjCARCContract::ContractRelease(Instruction *Release,
4042                                       inst_iterator &Iter) {
4043   LoadInst *Load = dyn_cast<LoadInst>(GetObjCArg(Release));
4044   if (!Load || !Load->isSimple()) return;
4045
4046   // For now, require everything to be in one basic block.
4047   BasicBlock *BB = Release->getParent();
4048   if (Load->getParent() != BB) return;
4049
4050   // Walk down to find the store and the release, which may be in either order.
4051   BasicBlock::iterator I = Load, End = BB->end();
4052   ++I;
4053   AliasAnalysis::Location Loc = AA->getLocation(Load);
4054   StoreInst *Store = 0;
4055   bool SawRelease = false;
4056   for (; !Store || !SawRelease; ++I) {
4057     if (I == End)
4058       return;
4059
4060     Instruction *Inst = I;
4061     if (Inst == Release) {
4062       SawRelease = true;
4063       continue;
4064     }
4065
4066     InstructionClass Class = GetBasicInstructionClass(Inst);
4067
4068     // Unrelated retains are harmless.
4069     if (IsRetain(Class))
4070       continue;
4071
4072     if (Store) {
4073       // The store is the point where we're going to put the objc_storeStrong,
4074       // so make sure there are no uses after it.
4075       if (CanUse(Inst, Load, PA, Class))
4076         return;
4077     } else if (AA->getModRefInfo(Inst, Loc) & AliasAnalysis::Mod) {
4078       // We are moving the load down to the store, so check for anything
4079       // else which writes to the memory between the load and the store.
4080       Store = dyn_cast<StoreInst>(Inst);
4081       if (!Store || !Store->isSimple()) return;
4082       if (Store->getPointerOperand() != Loc.Ptr) return;
4083     }
4084   }
4085
4086   Value *New = StripPointerCastsAndObjCCalls(Store->getValueOperand());
4087
4088   // Walk up to find the retain.
4089   I = Store;
4090   BasicBlock::iterator Begin = BB->begin();
4091   while (I != Begin && GetBasicInstructionClass(I) != IC_Retain)
4092     --I;
4093   Instruction *Retain = I;
4094   if (GetBasicInstructionClass(Retain) != IC_Retain) return;
4095   if (GetObjCArg(Retain) != New) return;
4096
4097   Changed = true;
4098   ++NumStoreStrongs;
4099
4100   LLVMContext &C = Release->getContext();
4101   Type *I8X = PointerType::getUnqual(Type::getInt8Ty(C));
4102   Type *I8XX = PointerType::getUnqual(I8X);
4103
4104   Value *Args[] = { Load->getPointerOperand(), New };
4105   if (Args[0]->getType() != I8XX)
4106     Args[0] = new BitCastInst(Args[0], I8XX, "", Store);
4107   if (Args[1]->getType() != I8X)
4108     Args[1] = new BitCastInst(Args[1], I8X, "", Store);
4109   CallInst *StoreStrong =
4110     CallInst::Create(getStoreStrongCallee(BB->getParent()->getParent()),
4111                      Args, "", Store);
4112   StoreStrong->setDoesNotThrow();
4113   StoreStrong->setDebugLoc(Store->getDebugLoc());
4114
4115   // We can't set the tail flag yet, because we haven't yet determined
4116   // whether there are any escaping allocas. Remember this call, so that
4117   // we can set the tail flag once we know it's safe.
4118   StoreStrongCalls.insert(StoreStrong);
4119
4120   if (&*Iter == Store) ++Iter;
4121   Store->eraseFromParent();
4122   Release->eraseFromParent();
4123   EraseInstruction(Retain);
4124   if (Load->use_empty())
4125     Load->eraseFromParent();
4126 }
4127
4128 bool ObjCARCContract::doInitialization(Module &M) {
4129   // If nothing in the Module uses ARC, don't do anything.
4130   Run = ModuleHasARC(M);
4131   if (!Run)
4132     return false;
4133
4134   // These are initialized lazily.
4135   StoreStrongCallee = 0;
4136   RetainAutoreleaseCallee = 0;
4137   RetainAutoreleaseRVCallee = 0;
4138
4139   // Initialize RetainRVMarker.
4140   RetainRVMarker = 0;
4141   if (NamedMDNode *NMD =
4142         M.getNamedMetadata("clang.arc.retainAutoreleasedReturnValueMarker"))
4143     if (NMD->getNumOperands() == 1) {
4144       const MDNode *N = NMD->getOperand(0);
4145       if (N->getNumOperands() == 1)
4146         if (const MDString *S = dyn_cast<MDString>(N->getOperand(0)))
4147           RetainRVMarker = S;
4148     }
4149
4150   return false;
4151 }
4152
4153 bool ObjCARCContract::runOnFunction(Function &F) {
4154   if (!EnableARCOpts)
4155     return false;
4156
4157   // If nothing in the Module uses ARC, don't do anything.
4158   if (!Run)
4159     return false;
4160
4161   Changed = false;
4162   AA = &getAnalysis<AliasAnalysis>();
4163   DT = &getAnalysis<DominatorTree>();
4164
4165   PA.setAA(&getAnalysis<AliasAnalysis>());
4166
4167   // Track whether it's ok to mark objc_storeStrong calls with the "tail"
4168   // keyword. Be conservative if the function has variadic arguments.
4169   // It seems that functions which "return twice" are also unsafe for the
4170   // "tail" argument, because they are setjmp, which could need to
4171   // return to an earlier stack state.
4172   bool TailOkForStoreStrongs = !F.isVarArg() &&
4173                                !F.callsFunctionThatReturnsTwice();
4174
4175   // For ObjC library calls which return their argument, replace uses of the
4176   // argument with uses of the call return value, if it dominates the use. This
4177   // reduces register pressure.
4178   SmallPtrSet<Instruction *, 4> DependingInstructions;
4179   SmallPtrSet<const BasicBlock *, 4> Visited;
4180   for (inst_iterator I = inst_begin(&F), E = inst_end(&F); I != E; ) {
4181     Instruction *Inst = &*I++;
4182     
4183     DEBUG(dbgs() << "ObjCARCContract: Visiting: " << *Inst << "\n");
4184     
4185     // Only these library routines return their argument. In particular,
4186     // objc_retainBlock does not necessarily return its argument.
4187     InstructionClass Class = GetBasicInstructionClass(Inst);
4188     switch (Class) {
4189     case IC_Retain:
4190     case IC_FusedRetainAutorelease:
4191     case IC_FusedRetainAutoreleaseRV:
4192       break;
4193     case IC_Autorelease:
4194     case IC_AutoreleaseRV:
4195       if (ContractAutorelease(F, Inst, Class, DependingInstructions, Visited))
4196         continue;
4197       break;
4198     case IC_RetainRV: {
4199       // If we're compiling for a target which needs a special inline-asm
4200       // marker to do the retainAutoreleasedReturnValue optimization,
4201       // insert it now.
4202       if (!RetainRVMarker)
4203         break;
4204       BasicBlock::iterator BBI = Inst;
4205       BasicBlock *InstParent = Inst->getParent();
4206
4207       // Step up to see if the call immediately precedes the RetainRV call.
4208       // If it's an invoke, we have to cross a block boundary. And we have
4209       // to carefully dodge no-op instructions.
4210       do {
4211         if (&*BBI == InstParent->begin()) {
4212           BasicBlock *Pred = InstParent->getSinglePredecessor();
4213           if (!Pred)
4214             goto decline_rv_optimization;
4215           BBI = Pred->getTerminator();
4216           break;
4217         }
4218         --BBI;
4219       } while (isNoopInstruction(BBI));
4220
4221       if (&*BBI == GetObjCArg(Inst)) {
4222         DEBUG(dbgs() << "ObjCARCContract: Adding inline asm marker for "
4223                         "retainAutoreleasedReturnValue optimization.\n");
4224         Changed = true;
4225         InlineAsm *IA =
4226           InlineAsm::get(FunctionType::get(Type::getVoidTy(Inst->getContext()),
4227                                            /*isVarArg=*/false),
4228                          RetainRVMarker->getString(),
4229                          /*Constraints=*/"", /*hasSideEffects=*/true);
4230         CallInst::Create(IA, "", Inst);
4231       }
4232     decline_rv_optimization:
4233       break;
4234     }
4235     case IC_InitWeak: {
4236       // objc_initWeak(p, null) => *p = null
4237       CallInst *CI = cast<CallInst>(Inst);
4238       if (isNullOrUndef(CI->getArgOperand(1))) {
4239         Value *Null =
4240           ConstantPointerNull::get(cast<PointerType>(CI->getType()));
4241         Changed = true;
4242         new StoreInst(Null, CI->getArgOperand(0), CI);
4243         
4244         DEBUG(dbgs() << "OBJCARCContract: Old = " << *CI << "\n"
4245                      << "                 New = " << *Null << "\n");
4246         
4247         CI->replaceAllUsesWith(Null);
4248         CI->eraseFromParent();
4249       }
4250       continue;
4251     }
4252     case IC_Release:
4253       ContractRelease(Inst, I);
4254       continue;
4255     case IC_User:
4256       // Be conservative if the function has any alloca instructions.
4257       // Technically we only care about escaping alloca instructions,
4258       // but this is sufficient to handle some interesting cases.
4259       if (isa<AllocaInst>(Inst))
4260         TailOkForStoreStrongs = false;
4261       continue;
4262     default:
4263       continue;
4264     }
4265
4266     DEBUG(dbgs() << "ObjCARCContract: Finished List.\n\n");
4267
4268     // Don't use GetObjCArg because we don't want to look through bitcasts
4269     // and such; to do the replacement, the argument must have type i8*.
4270     const Value *Arg = cast<CallInst>(Inst)->getArgOperand(0);
4271     for (;;) {
4272       // If we're compiling bugpointed code, don't get in trouble.
4273       if (!isa<Instruction>(Arg) && !isa<Argument>(Arg))
4274         break;
4275       // Look through the uses of the pointer.
4276       for (Value::const_use_iterator UI = Arg->use_begin(), UE = Arg->use_end();
4277            UI != UE; ) {
4278         Use &U = UI.getUse();
4279         unsigned OperandNo = UI.getOperandNo();
4280         ++UI; // Increment UI now, because we may unlink its element.
4281
4282         // If the call's return value dominates a use of the call's argument
4283         // value, rewrite the use to use the return value. We check for
4284         // reachability here because an unreachable call is considered to
4285         // trivially dominate itself, which would lead us to rewriting its
4286         // argument in terms of its return value, which would lead to
4287         // infinite loops in GetObjCArg.
4288         if (DT->isReachableFromEntry(U) && DT->dominates(Inst, U)) {
4289           Changed = true;
4290           Instruction *Replacement = Inst;
4291           Type *UseTy = U.get()->getType();
4292           if (PHINode *PHI = dyn_cast<PHINode>(U.getUser())) {
4293             // For PHI nodes, insert the bitcast in the predecessor block.
4294             unsigned ValNo = PHINode::getIncomingValueNumForOperand(OperandNo);
4295             BasicBlock *BB = PHI->getIncomingBlock(ValNo);
4296             if (Replacement->getType() != UseTy)
4297               Replacement = new BitCastInst(Replacement, UseTy, "",
4298                                             &BB->back());
4299             // While we're here, rewrite all edges for this PHI, rather
4300             // than just one use at a time, to minimize the number of
4301             // bitcasts we emit.
4302             for (unsigned i = 0, e = PHI->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
4303               if (PHI->getIncomingBlock(i) == BB) {
4304                 // Keep the UI iterator valid.
4305                 if (&PHI->getOperandUse(
4306                       PHINode::getOperandNumForIncomingValue(i)) ==
4307                     &UI.getUse())
4308                   ++UI;
4309                 PHI->setIncomingValue(i, Replacement);
4310               }
4311           } else {
4312             if (Replacement->getType() != UseTy)
4313               Replacement = new BitCastInst(Replacement, UseTy, "",
4314                                             cast<Instruction>(U.getUser()));
4315             U.set(Replacement);
4316           }
4317         }
4318       }
4319
4320       // If Arg is a no-op casted pointer, strip one level of casts and iterate.
4321       if (const BitCastInst *BI = dyn_cast<BitCastInst>(Arg))
4322         Arg = BI->getOperand(0);
4323       else if (isa<GEPOperator>(Arg) &&
4324                cast<GEPOperator>(Arg)->hasAllZeroIndices())
4325         Arg = cast<GEPOperator>(Arg)->getPointerOperand();
4326       else if (isa<GlobalAlias>(Arg) &&
4327                !cast<GlobalAlias>(Arg)->mayBeOverridden())
4328         Arg = cast<GlobalAlias>(Arg)->getAliasee();
4329       else
4330         break;
4331     }
4332   }
4333
4334   // If this function has no escaping allocas or suspicious vararg usage,
4335   // objc_storeStrong calls can be marked with the "tail" keyword.
4336   if (TailOkForStoreStrongs)
4337     for (SmallPtrSet<CallInst *, 8>::iterator I = StoreStrongCalls.begin(),
4338          E = StoreStrongCalls.end(); I != E; ++I)
4339       (*I)->setTailCall();
4340   StoreStrongCalls.clear();
4341
4342   return Changed;
4343 }