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