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