Fix omitted break statements in a switch.
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / Scalar / ObjCARC.cpp
1 //===- ObjCARC.cpp - ObjC ARC Optimization --------------------------------===//
2 //
3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
4 //
5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
6 // License. See LICENSE.TXT for details.
7 //
8 //===----------------------------------------------------------------------===//
9 //
10 // This file defines ObjC ARC optimizations. ARC stands for
11 // Automatic Reference Counting and is a system for managing reference counts
12 // for objects in Objective C.
13 //
14 // The optimizations performed include elimination of redundant, partially
15 // redundant, and inconsequential reference count operations, elimination of
16 // redundant weak pointer operations, pattern-matching and replacement of
17 // low-level operations into higher-level operations, and numerous minor
18 // simplifications.
19 //
20 // This file also defines a simple ARC-aware AliasAnalysis.
21 //
22 // WARNING: This file knows about certain library functions. It recognizes them
23 // by name, and hardwires knowedge of their semantics.
24 //
25 // WARNING: This file knows about how certain Objective-C library functions are
26 // used. Naive LLVM IR transformations which would otherwise be
27 // behavior-preserving may break these assumptions.
28 //
29 //===----------------------------------------------------------------------===//
30
31 #define DEBUG_TYPE "objc-arc"
32 #include "llvm/Function.h"
33 #include "llvm/Intrinsics.h"
34 #include "llvm/GlobalVariable.h"
35 #include "llvm/DerivedTypes.h"
36 #include "llvm/Module.h"
37 #include "llvm/Analysis/ValueTracking.h"
38 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
39 #include "llvm/Support/CallSite.h"
40 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
41 #include "llvm/ADT/StringSwitch.h"
42 #include "llvm/ADT/DenseMap.h"
43 #include "llvm/ADT/STLExtras.h"
44 using namespace llvm;
45
46 // A handy option to enable/disable all optimizations in this file.
47 static cl::opt<bool> EnableARCOpts("enable-objc-arc-opts", cl::init(true));
48
49 //===----------------------------------------------------------------------===//
50 // Misc. Utilities
51 //===----------------------------------------------------------------------===//
52
53 namespace {
54   /// MapVector - An associative container with fast insertion-order
55   /// (deterministic) iteration over its elements. Plus the special
56   /// blot operation.
57   template<class KeyT, class ValueT>
58   class MapVector {
59     /// Map - Map keys to indices in Vector.
60     typedef DenseMap<KeyT, size_t> MapTy;
61     MapTy Map;
62
63     /// Vector - Keys and values.
64     typedef std::vector<std::pair<KeyT, ValueT> > VectorTy;
65     VectorTy Vector;
66
67   public:
68     typedef typename VectorTy::iterator iterator;
69     typedef typename VectorTy::const_iterator const_iterator;
70     iterator begin() { return Vector.begin(); }
71     iterator end() { return Vector.end(); }
72     const_iterator begin() const { return Vector.begin(); }
73     const_iterator end() const { return Vector.end(); }
74
75 #ifdef XDEBUG
76     ~MapVector() {
77       assert(Vector.size() >= Map.size()); // May differ due to blotting.
78       for (typename MapTy::const_iterator I = Map.begin(), E = Map.end();
79            I != E; ++I) {
80         assert(I->second < Vector.size());
81         assert(Vector[I->second].first == I->first);
82       }
83       for (typename VectorTy::const_iterator I = Vector.begin(),
84            E = Vector.end(); I != E; ++I)
85         assert(!I->first ||
86                (Map.count(I->first) &&
87                 Map[I->first] == size_t(I - Vector.begin())));
88     }
89 #endif
90
91     ValueT &operator[](KeyT Arg) {
92       std::pair<typename MapTy::iterator, bool> Pair =
93         Map.insert(std::make_pair(Arg, size_t(0)));
94       if (Pair.second) {
95         Pair.first->second = Vector.size();
96         Vector.push_back(std::make_pair(Arg, ValueT()));
97         return Vector.back().second;
98       }
99       return Vector[Pair.first->second].second;
100     }
101
102     std::pair<iterator, bool>
103     insert(const std::pair<KeyT, ValueT> &InsertPair) {
104       std::pair<typename MapTy::iterator, bool> Pair =
105         Map.insert(std::make_pair(InsertPair.first, size_t(0)));
106       if (Pair.second) {
107         Pair.first->second = Vector.size();
108         Vector.push_back(InsertPair);
109         return std::make_pair(llvm::prior(Vector.end()), true);
110       }
111       return std::make_pair(Vector.begin() + Pair.first->second, false);
112     }
113
114     const_iterator find(KeyT Key) const {
115       typename MapTy::const_iterator It = Map.find(Key);
116       if (It == Map.end()) return Vector.end();
117       return Vector.begin() + It->second;
118     }
119
120     /// blot - This is similar to erase, but instead of removing the element
121     /// from the vector, it just zeros out the key in the vector. This leaves
122     /// iterators intact, but clients must be prepared for zeroed-out keys when
123     /// iterating.
124     void blot(KeyT Key) {
125       typename MapTy::iterator It = Map.find(Key);
126       if (It == Map.end()) return;
127       Vector[It->second].first = KeyT();
128       Map.erase(It);
129     }
130
131     void clear() {
132       Map.clear();
133       Vector.clear();
134     }
135   };
136 }
137
138 //===----------------------------------------------------------------------===//
139 // ARC Utilities.
140 //===----------------------------------------------------------------------===//
141
142 namespace {
143   /// InstructionClass - A simple classification for instructions.
144   enum InstructionClass {
145     IC_Retain,              ///< objc_retain
146     IC_RetainRV,            ///< objc_retainAutoreleasedReturnValue
147     IC_RetainBlock,         ///< objc_retainBlock
148     IC_Release,             ///< objc_release
149     IC_Autorelease,         ///< objc_autorelease
150     IC_AutoreleaseRV,       ///< objc_autoreleaseReturnValue
151     IC_AutoreleasepoolPush, ///< objc_autoreleasePoolPush
152     IC_AutoreleasepoolPop,  ///< objc_autoreleasePoolPop
153     IC_NoopCast,            ///< objc_retainedObject, etc.
154     IC_FusedRetainAutorelease, ///< objc_retainAutorelease
155     IC_FusedRetainAutoreleaseRV, ///< objc_retainAutoreleaseReturnValue
156     IC_LoadWeakRetained,    ///< objc_loadWeakRetained (primitive)
157     IC_StoreWeak,           ///< objc_storeWeak (primitive)
158     IC_InitWeak,            ///< objc_initWeak (derived)
159     IC_LoadWeak,            ///< objc_loadWeak (derived)
160     IC_MoveWeak,            ///< objc_moveWeak (derived)
161     IC_CopyWeak,            ///< objc_copyWeak (derived)
162     IC_DestroyWeak,         ///< objc_destroyWeak (derived)
163     IC_CallOrUser,          ///< could call objc_release and/or "use" pointers
164     IC_Call,                ///< could call objc_release
165     IC_User,                ///< could "use" a pointer
166     IC_None                 ///< anything else
167   };
168 }
169
170 /// IsPotentialUse - Test whether the given value is possible a
171 /// reference-counted pointer.
172 static bool IsPotentialUse(const Value *Op) {
173   // Pointers to static or stack storage are not reference-counted pointers.
174   if (isa<Constant>(Op) || isa<AllocaInst>(Op))
175     return false;
176   // Special arguments are not reference-counted.
177   if (const Argument *Arg = dyn_cast<Argument>(Op))
178     if (Arg->hasByValAttr() ||
179         Arg->hasNestAttr() ||
180         Arg->hasStructRetAttr())
181       return false;
182   // Only consider values with pointer types, and not function pointers.
183   PointerType *Ty = dyn_cast<PointerType>(Op->getType());
184   if (!Ty || isa<FunctionType>(Ty->getElementType()))
185     return false;
186   // Conservatively assume anything else is a potential use.
187   return true;
188 }
189
190 /// GetCallSiteClass - Helper for GetInstructionClass. Determines what kind
191 /// of construct CS is.
192 static InstructionClass GetCallSiteClass(ImmutableCallSite CS) {
193   for (ImmutableCallSite::arg_iterator I = CS.arg_begin(), E = CS.arg_end();
194        I != E; ++I)
195     if (IsPotentialUse(*I))
196       return CS.onlyReadsMemory() ? IC_User : IC_CallOrUser;
197
198   return CS.onlyReadsMemory() ? IC_None : IC_Call;
199 }
200
201 /// GetFunctionClass - Determine if F is one of the special known Functions.
202 /// If it isn't, return IC_CallOrUser.
203 static InstructionClass GetFunctionClass(const Function *F) {
204   Function::const_arg_iterator AI = F->arg_begin(), AE = F->arg_end();
205
206   // No arguments.
207   if (AI == AE)
208     return StringSwitch<InstructionClass>(F->getName())
209       .Case("objc_autoreleasePoolPush",  IC_AutoreleasepoolPush)
210       .Default(IC_CallOrUser);
211
212   // One argument.
213   const Argument *A0 = AI++;
214   if (AI == AE)
215     // Argument is a pointer.
216     if (PointerType *PTy = dyn_cast<PointerType>(A0->getType())) {
217       Type *ETy = PTy->getElementType();
218       // Argument is i8*.
219       if (ETy->isIntegerTy(8))
220         return StringSwitch<InstructionClass>(F->getName())
221           .Case("objc_retain",                IC_Retain)
222           .Case("objc_retainAutoreleasedReturnValue", IC_RetainRV)
223           .Case("objc_retainBlock",           IC_RetainBlock)
224           .Case("objc_release",               IC_Release)
225           .Case("objc_autorelease",           IC_Autorelease)
226           .Case("objc_autoreleaseReturnValue", IC_AutoreleaseRV)
227           .Case("objc_autoreleasePoolPop",    IC_AutoreleasepoolPop)
228           .Case("objc_retainedObject",        IC_NoopCast)
229           .Case("objc_unretainedObject",      IC_NoopCast)
230           .Case("objc_unretainedPointer",     IC_NoopCast)
231           .Case("objc_retain_autorelease",    IC_FusedRetainAutorelease)
232           .Case("objc_retainAutorelease",     IC_FusedRetainAutorelease)
233           .Case("objc_retainAutoreleaseReturnValue",IC_FusedRetainAutoreleaseRV)
234           .Default(IC_CallOrUser);
235
236       // Argument is i8**
237       if (PointerType *Pte = dyn_cast<PointerType>(ETy))
238         if (Pte->getElementType()->isIntegerTy(8))
239           return StringSwitch<InstructionClass>(F->getName())
240             .Case("objc_loadWeakRetained",      IC_LoadWeakRetained)
241             .Case("objc_loadWeak",              IC_LoadWeak)
242             .Case("objc_destroyWeak",           IC_DestroyWeak)
243             .Default(IC_CallOrUser);
244     }
245
246   // Two arguments, first is i8**.
247   const Argument *A1 = AI++;
248   if (AI == AE)
249     if (PointerType *PTy = dyn_cast<PointerType>(A0->getType()))
250       if (PointerType *Pte = dyn_cast<PointerType>(PTy->getElementType()))
251         if (Pte->getElementType()->isIntegerTy(8))
252           if (PointerType *PTy1 = dyn_cast<PointerType>(A1->getType())) {
253             Type *ETy1 = PTy1->getElementType();
254             // Second argument is i8*
255             if (ETy1->isIntegerTy(8))
256               return StringSwitch<InstructionClass>(F->getName())
257                      .Case("objc_storeWeak",             IC_StoreWeak)
258                      .Case("objc_initWeak",              IC_InitWeak)
259                      .Default(IC_CallOrUser);
260             // Second argument is i8**.
261             if (PointerType *Pte1 = dyn_cast<PointerType>(ETy1))
262               if (Pte1->getElementType()->isIntegerTy(8))
263                 return StringSwitch<InstructionClass>(F->getName())
264                        .Case("objc_moveWeak",              IC_MoveWeak)
265                        .Case("objc_copyWeak",              IC_CopyWeak)
266                        .Default(IC_CallOrUser);
267           }
268
269   // Anything else.
270   return IC_CallOrUser;
271 }
272
273 /// GetInstructionClass - Determine what kind of construct V is.
274 static InstructionClass GetInstructionClass(const Value *V) {
275   if (const Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V)) {
276     // Any instruction other than bitcast and gep with a pointer operand have a
277     // use of an objc pointer. Bitcasts, GEPs, Selects, PHIs transfer a pointer
278     // to a subsequent use, rather than using it themselves, in this sense.
279     // As a short cut, several other opcodes are known to have no pointer
280     // operands of interest. And ret is never followed by a release, so it's
281     // not interesting to examine.
282     switch (I->getOpcode()) {
283     case Instruction::Call: {
284       const CallInst *CI = cast<CallInst>(I);
285       // Check for calls to special functions.
286       if (const Function *F = CI->getCalledFunction()) {
287         InstructionClass Class = GetFunctionClass(F);
288         if (Class != IC_CallOrUser)
289           return Class;
290
291         // None of the intrinsic functions do objc_release. For intrinsics, the
292         // only question is whether or not they may be users.
293         switch (F->getIntrinsicID()) {
294         case 0: break;
295         case Intrinsic::bswap: case Intrinsic::ctpop:
296         case Intrinsic::ctlz: case Intrinsic::cttz:
297         case Intrinsic::returnaddress: case Intrinsic::frameaddress:
298         case Intrinsic::stacksave: case Intrinsic::stackrestore:
299         case Intrinsic::vastart: case Intrinsic::vacopy: case Intrinsic::vaend:
300         // Don't let dbg info affect our results.
301         case Intrinsic::dbg_declare: case Intrinsic::dbg_value:
302           // Short cut: Some intrinsics obviously don't use ObjC pointers.
303           return IC_None;
304         default:
305           for (Function::const_arg_iterator AI = F->arg_begin(),
306                AE = F->arg_end(); AI != AE; ++AI)
307             if (IsPotentialUse(AI))
308               return IC_User;
309           return IC_None;
310         }
311       }
312       return GetCallSiteClass(CI);
313     }
314     case Instruction::Invoke:
315       return GetCallSiteClass(cast<InvokeInst>(I));
316     case Instruction::BitCast:
317     case Instruction::GetElementPtr:
318     case Instruction::Select: case Instruction::PHI:
319     case Instruction::Ret: case Instruction::Br:
320     case Instruction::Switch: case Instruction::IndirectBr:
321     case Instruction::Alloca: case Instruction::VAArg:
322     case Instruction::Add: case Instruction::FAdd:
323     case Instruction::Sub: case Instruction::FSub:
324     case Instruction::Mul: case Instruction::FMul:
325     case Instruction::SDiv: case Instruction::UDiv: case Instruction::FDiv:
326     case Instruction::SRem: case Instruction::URem: case Instruction::FRem:
327     case Instruction::Shl: case Instruction::LShr: case Instruction::AShr:
328     case Instruction::And: case Instruction::Or: case Instruction::Xor:
329     case Instruction::SExt: case Instruction::ZExt: case Instruction::Trunc:
330     case Instruction::IntToPtr: case Instruction::FCmp:
331     case Instruction::FPTrunc: case Instruction::FPExt:
332     case Instruction::FPToUI: case Instruction::FPToSI:
333     case Instruction::UIToFP: case Instruction::SIToFP:
334     case Instruction::InsertElement: case Instruction::ExtractElement:
335     case Instruction::ShuffleVector:
336     case Instruction::ExtractValue:
337       break;
338     case Instruction::ICmp:
339       // Comparing a pointer with null, or any other constant, isn't an
340       // interesting use, because we don't care what the pointer points to, or
341       // about the values of any other dynamic reference-counted pointers.
342       if (IsPotentialUse(I->getOperand(1)))
343         return IC_User;
344       break;
345     default:
346       // For anything else, check all the operands.
347       // Note that this includes both operands of a Store: while the first
348       // operand isn't actually being dereferenced, it is being stored to
349       // memory where we can no longer track who might read it and dereference
350       // it, so we have to consider it potentially used.
351       for (User::const_op_iterator OI = I->op_begin(), OE = I->op_end();
352            OI != OE; ++OI)
353         if (IsPotentialUse(*OI))
354           return IC_User;
355     }
356   }
357
358   // Otherwise, it's totally inert for ARC purposes.
359   return IC_None;
360 }
361
362 /// GetBasicInstructionClass - Determine what kind of construct V is. This is
363 /// similar to GetInstructionClass except that it only detects objc runtine
364 /// calls. This allows it to be faster.
365 static InstructionClass GetBasicInstructionClass(const Value *V) {
366   if (const CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(V)) {
367     if (const Function *F = CI->getCalledFunction())
368       return GetFunctionClass(F);
369     // Otherwise, be conservative.
370     return IC_CallOrUser;
371   }
372
373   // Otherwise, be conservative.
374   return IC_User;
375 }
376
377 /// IsRetain - Test if the the given class is objc_retain or
378 /// equivalent.
379 static bool IsRetain(InstructionClass Class) {
380   return Class == IC_Retain ||
381          Class == IC_RetainRV;
382 }
383
384 /// IsAutorelease - Test if the the given class is objc_autorelease or
385 /// equivalent.
386 static bool IsAutorelease(InstructionClass Class) {
387   return Class == IC_Autorelease ||
388          Class == IC_AutoreleaseRV;
389 }
390
391 /// IsForwarding - Test if the given class represents instructions which return
392 /// their argument verbatim.
393 static bool IsForwarding(InstructionClass Class) {
394   // objc_retainBlock technically doesn't always return its argument
395   // verbatim, but it doesn't matter for our purposes here.
396   return Class == IC_Retain ||
397          Class == IC_RetainRV ||
398          Class == IC_Autorelease ||
399          Class == IC_AutoreleaseRV ||
400          Class == IC_RetainBlock ||
401          Class == IC_NoopCast;
402 }
403
404 /// IsNoopOnNull - Test if the given class represents instructions which do
405 /// nothing if passed a null pointer.
406 static bool IsNoopOnNull(InstructionClass Class) {
407   return Class == IC_Retain ||
408          Class == IC_RetainRV ||
409          Class == IC_Release ||
410          Class == IC_Autorelease ||
411          Class == IC_AutoreleaseRV ||
412          Class == IC_RetainBlock;
413 }
414
415 /// IsAlwaysTail - Test if the given class represents instructions which are
416 /// always safe to mark with the "tail" keyword.
417 static bool IsAlwaysTail(InstructionClass Class) {
418   // IC_RetainBlock may be given a stack argument.
419   return Class == IC_Retain ||
420          Class == IC_RetainRV ||
421          Class == IC_Autorelease ||
422          Class == IC_AutoreleaseRV;
423 }
424
425 /// IsNoThrow - Test if the given class represents instructions which are always
426 /// safe to mark with the nounwind attribute..
427 static bool IsNoThrow(InstructionClass Class) {
428   // objc_retainBlock is not nounwind because it calls user copy constructors
429   // which could theoretically throw.
430   return Class == IC_Retain ||
431          Class == IC_RetainRV ||
432          Class == IC_Release ||
433          Class == IC_Autorelease ||
434          Class == IC_AutoreleaseRV ||
435          Class == IC_AutoreleasepoolPush ||
436          Class == IC_AutoreleasepoolPop;
437 }
438
439 /// EraseInstruction - Erase the given instruction. ObjC calls return their
440 /// argument verbatim, so if it's such a call and the return value has users,
441 /// replace them with the argument value.
442 static void EraseInstruction(Instruction *CI) {
443   Value *OldArg = cast<CallInst>(CI)->getArgOperand(0);
444
445   bool Unused = CI->use_empty();
446
447   if (!Unused) {
448     // Replace the return value with the argument.
449     assert(IsForwarding(GetBasicInstructionClass(CI)) &&
450            "Can't delete non-forwarding instruction with users!");
451     CI->replaceAllUsesWith(OldArg);
452   }
453
454   CI->eraseFromParent();
455
456   if (Unused)
457     RecursivelyDeleteTriviallyDeadInstructions(OldArg);
458 }
459
460 /// GetUnderlyingObjCPtr - This is a wrapper around getUnderlyingObject which
461 /// also knows how to look through objc_retain and objc_autorelease calls, which
462 /// we know to return their argument verbatim.
463 static const Value *GetUnderlyingObjCPtr(const Value *V) {
464   for (;;) {
465     V = GetUnderlyingObject(V);
466     if (!IsForwarding(GetBasicInstructionClass(V)))
467       break;
468     V = cast<CallInst>(V)->getArgOperand(0);
469   }
470
471   return V;
472 }
473
474 /// StripPointerCastsAndObjCCalls - This is a wrapper around
475 /// Value::stripPointerCasts which also knows how to look through objc_retain
476 /// and objc_autorelease calls, which we know to return their argument verbatim.
477 static const Value *StripPointerCastsAndObjCCalls(const Value *V) {
478   for (;;) {
479     V = V->stripPointerCasts();
480     if (!IsForwarding(GetBasicInstructionClass(V)))
481       break;
482     V = cast<CallInst>(V)->getArgOperand(0);
483   }
484   return V;
485 }
486
487 /// StripPointerCastsAndObjCCalls - This is a wrapper around
488 /// Value::stripPointerCasts which also knows how to look through objc_retain
489 /// and objc_autorelease calls, which we know to return their argument verbatim.
490 static Value *StripPointerCastsAndObjCCalls(Value *V) {
491   for (;;) {
492     V = V->stripPointerCasts();
493     if (!IsForwarding(GetBasicInstructionClass(V)))
494       break;
495     V = cast<CallInst>(V)->getArgOperand(0);
496   }
497   return V;
498 }
499
500 /// GetObjCArg - Assuming the given instruction is one of the special calls such
501 /// as objc_retain or objc_release, return the argument value, stripped of no-op
502 /// casts and forwarding calls.
503 static Value *GetObjCArg(Value *Inst) {
504   return StripPointerCastsAndObjCCalls(cast<CallInst>(Inst)->getArgOperand(0));
505 }
506
507 /// IsObjCIdentifiedObject - This is similar to AliasAnalysis'
508 /// isObjCIdentifiedObject, except that it uses special knowledge of
509 /// ObjC conventions...
510 static bool IsObjCIdentifiedObject(const Value *V) {
511   // Assume that call results and arguments have their own "provenance".
512   // Constants (including GlobalVariables) and Allocas are never
513   // reference-counted.
514   if (isa<CallInst>(V) || isa<InvokeInst>(V) ||
515       isa<Argument>(V) || isa<Constant>(V) ||
516       isa<AllocaInst>(V))
517     return true;
518
519   if (const LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(V)) {
520     const Value *Pointer =
521       StripPointerCastsAndObjCCalls(LI->getPointerOperand());
522     if (const GlobalVariable *GV = dyn_cast<GlobalVariable>(Pointer)) {
523       // A constant pointer can't be pointing to an object on the heap. It may
524       // be reference-counted, but it won't be deleted.
525       if (GV->isConstant())
526         return true;
527       StringRef Name = GV->getName();
528       // These special variables are known to hold values which are not
529       // reference-counted pointers.
530       if (Name.startswith("\01L_OBJC_SELECTOR_REFERENCES_") ||
531           Name.startswith("\01L_OBJC_CLASSLIST_REFERENCES_") ||
532           Name.startswith("\01L_OBJC_CLASSLIST_SUP_REFS_$_") ||
533           Name.startswith("\01L_OBJC_METH_VAR_NAME_") ||
534           Name.startswith("\01l_objc_msgSend_fixup_"))
535         return true;
536     }
537   }
538
539   return false;
540 }
541
542 /// FindSingleUseIdentifiedObject - This is similar to
543 /// StripPointerCastsAndObjCCalls but it stops as soon as it finds a value
544 /// with multiple uses.
545 static const Value *FindSingleUseIdentifiedObject(const Value *Arg) {
546   if (Arg->hasOneUse()) {
547     if (const BitCastInst *BC = dyn_cast<BitCastInst>(Arg))
548       return FindSingleUseIdentifiedObject(BC->getOperand(0));
549     if (const GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(Arg))
550       if (GEP->hasAllZeroIndices())
551         return FindSingleUseIdentifiedObject(GEP->getPointerOperand());
552     if (IsForwarding(GetBasicInstructionClass(Arg)))
553       return FindSingleUseIdentifiedObject(
554                cast<CallInst>(Arg)->getArgOperand(0));
555     if (!IsObjCIdentifiedObject(Arg))
556       return 0;
557     return Arg;
558   }
559
560   // If we found an identifiable object but it has multiple uses, but they
561   // are trivial uses, we can still consider this to be a single-use
562   // value.
563   if (IsObjCIdentifiedObject(Arg)) {
564     for (Value::const_use_iterator UI = Arg->use_begin(), UE = Arg->use_end();
565          UI != UE; ++UI) {
566       const User *U = *UI;
567       if (!U->use_empty() || StripPointerCastsAndObjCCalls(U) != Arg)
568          return 0;
569     }
570
571     return Arg;
572   }
573
574   return 0;
575 }
576
577 /// ModuleHasARC - Test if the given module looks interesting to run ARC
578 /// optimization on.
579 static bool ModuleHasARC(const Module &M) {
580   return
581     M.getNamedValue("objc_retain") ||
582     M.getNamedValue("objc_release") ||
583     M.getNamedValue("objc_autorelease") ||
584     M.getNamedValue("objc_retainAutoreleasedReturnValue") ||
585     M.getNamedValue("objc_retainBlock") ||
586     M.getNamedValue("objc_autoreleaseReturnValue") ||
587     M.getNamedValue("objc_autoreleasePoolPush") ||
588     M.getNamedValue("objc_loadWeakRetained") ||
589     M.getNamedValue("objc_loadWeak") ||
590     M.getNamedValue("objc_destroyWeak") ||
591     M.getNamedValue("objc_storeWeak") ||
592     M.getNamedValue("objc_initWeak") ||
593     M.getNamedValue("objc_moveWeak") ||
594     M.getNamedValue("objc_copyWeak") ||
595     M.getNamedValue("objc_retainedObject") ||
596     M.getNamedValue("objc_unretainedObject") ||
597     M.getNamedValue("objc_unretainedPointer");
598 }
599
600 //===----------------------------------------------------------------------===//
601 // ARC AliasAnalysis.
602 //===----------------------------------------------------------------------===//
603
604 #include "llvm/Pass.h"
605 #include "llvm/Analysis/AliasAnalysis.h"
606 #include "llvm/Analysis/Passes.h"
607
608 namespace {
609   /// ObjCARCAliasAnalysis - This is a simple alias analysis
610   /// implementation that uses knowledge of ARC constructs to answer queries.
611   ///
612   /// TODO: This class could be generalized to know about other ObjC-specific
613   /// tricks. Such as knowing that ivars in the non-fragile ABI are non-aliasing
614   /// even though their offsets are dynamic.
615   class ObjCARCAliasAnalysis : public ImmutablePass,
616                                public AliasAnalysis {
617   public:
618     static char ID; // Class identification, replacement for typeinfo
619     ObjCARCAliasAnalysis() : ImmutablePass(ID) {
620       initializeObjCARCAliasAnalysisPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
621     }
622
623   private:
624     virtual void initializePass() {
625       InitializeAliasAnalysis(this);
626     }
627
628     /// getAdjustedAnalysisPointer - This method is used when a pass implements
629     /// an analysis interface through multiple inheritance.  If needed, it
630     /// should override this to adjust the this pointer as needed for the
631     /// specified pass info.
632     virtual void *getAdjustedAnalysisPointer(const void *PI) {
633       if (PI == &AliasAnalysis::ID)
634         return (AliasAnalysis*)this;
635       return this;
636     }
637
638     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const;
639     virtual AliasResult alias(const Location &LocA, const Location &LocB);
640     virtual bool pointsToConstantMemory(const Location &Loc, bool OrLocal);
641     virtual ModRefBehavior getModRefBehavior(ImmutableCallSite CS);
642     virtual ModRefBehavior getModRefBehavior(const Function *F);
643     virtual ModRefResult getModRefInfo(ImmutableCallSite CS,
644                                        const Location &Loc);
645     virtual ModRefResult getModRefInfo(ImmutableCallSite CS1,
646                                        ImmutableCallSite CS2);
647   };
648 }  // End of anonymous namespace
649
650 // Register this pass...
651 char ObjCARCAliasAnalysis::ID = 0;
652 INITIALIZE_AG_PASS(ObjCARCAliasAnalysis, AliasAnalysis, "objc-arc-aa",
653                    "ObjC-ARC-Based Alias Analysis", false, true, false)
654
655 ImmutablePass *llvm::createObjCARCAliasAnalysisPass() {
656   return new ObjCARCAliasAnalysis();
657 }
658
659 void
660 ObjCARCAliasAnalysis::getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
661   AU.setPreservesAll();
662   AliasAnalysis::getAnalysisUsage(AU);
663 }
664
665 AliasAnalysis::AliasResult
666 ObjCARCAliasAnalysis::alias(const Location &LocA, const Location &LocB) {
667   if (!EnableARCOpts)
668     return AliasAnalysis::alias(LocA, LocB);
669
670   // First, strip off no-ops, including ObjC-specific no-ops, and try making a
671   // precise alias query.
672   const Value *SA = StripPointerCastsAndObjCCalls(LocA.Ptr);
673   const Value *SB = StripPointerCastsAndObjCCalls(LocB.Ptr);
674   AliasResult Result =
675     AliasAnalysis::alias(Location(SA, LocA.Size, LocA.TBAATag),
676                          Location(SB, LocB.Size, LocB.TBAATag));
677   if (Result != MayAlias)
678     return Result;
679
680   // If that failed, climb to the underlying object, including climbing through
681   // ObjC-specific no-ops, and try making an imprecise alias query.
682   const Value *UA = GetUnderlyingObjCPtr(SA);
683   const Value *UB = GetUnderlyingObjCPtr(SB);
684   if (UA != SA || UB != SB) {
685     Result = AliasAnalysis::alias(Location(UA), Location(UB));
686     // We can't use MustAlias or PartialAlias results here because
687     // GetUnderlyingObjCPtr may return an offsetted pointer value.
688     if (Result == NoAlias)
689       return NoAlias;
690   }
691
692   // If that failed, fail. We don't need to chain here, since that's covered
693   // by the earlier precise query.
694   return MayAlias;
695 }
696
697 bool
698 ObjCARCAliasAnalysis::pointsToConstantMemory(const Location &Loc,
699                                              bool OrLocal) {
700   if (!EnableARCOpts)
701     return AliasAnalysis::pointsToConstantMemory(Loc, OrLocal);
702
703   // First, strip off no-ops, including ObjC-specific no-ops, and try making
704   // a precise alias query.
705   const Value *S = StripPointerCastsAndObjCCalls(Loc.Ptr);
706   if (AliasAnalysis::pointsToConstantMemory(Location(S, Loc.Size, Loc.TBAATag),
707                                             OrLocal))
708     return true;
709
710   // If that failed, climb to the underlying object, including climbing through
711   // ObjC-specific no-ops, and try making an imprecise alias query.
712   const Value *U = GetUnderlyingObjCPtr(S);
713   if (U != S)
714     return AliasAnalysis::pointsToConstantMemory(Location(U), OrLocal);
715
716   // If that failed, fail. We don't need to chain here, since that's covered
717   // by the earlier precise query.
718   return false;
719 }
720
721 AliasAnalysis::ModRefBehavior
722 ObjCARCAliasAnalysis::getModRefBehavior(ImmutableCallSite CS) {
723   // We have nothing to do. Just chain to the next AliasAnalysis.
724   return AliasAnalysis::getModRefBehavior(CS);
725 }
726
727 AliasAnalysis::ModRefBehavior
728 ObjCARCAliasAnalysis::getModRefBehavior(const Function *F) {
729   if (!EnableARCOpts)
730     return AliasAnalysis::getModRefBehavior(F);
731
732   switch (GetFunctionClass(F)) {
733   case IC_NoopCast:
734     return DoesNotAccessMemory;
735   default:
736     break;
737   }
738
739   return AliasAnalysis::getModRefBehavior(F);
740 }
741
742 AliasAnalysis::ModRefResult
743 ObjCARCAliasAnalysis::getModRefInfo(ImmutableCallSite CS, const Location &Loc) {
744   if (!EnableARCOpts)
745     return AliasAnalysis::getModRefInfo(CS, Loc);
746
747   switch (GetBasicInstructionClass(CS.getInstruction())) {
748   case IC_Retain:
749   case IC_RetainRV:
750   case IC_Autorelease:
751   case IC_AutoreleaseRV:
752   case IC_NoopCast:
753   case IC_AutoreleasepoolPush:
754   case IC_FusedRetainAutorelease:
755   case IC_FusedRetainAutoreleaseRV:
756     // These functions don't access any memory visible to the compiler.
757     // Note that this doesn't include objc_retainBlock, becuase it updates
758     // pointers when it copies block data.
759     return NoModRef;
760   default:
761     break;
762   }
763
764   return AliasAnalysis::getModRefInfo(CS, Loc);
765 }
766
767 AliasAnalysis::ModRefResult
768 ObjCARCAliasAnalysis::getModRefInfo(ImmutableCallSite CS1,
769                                     ImmutableCallSite CS2) {
770   // TODO: Theoretically we could check for dependencies between objc_* calls
771   // and OnlyAccessesArgumentPointees calls or other well-behaved calls.
772   return AliasAnalysis::getModRefInfo(CS1, CS2);
773 }
774
775 //===----------------------------------------------------------------------===//
776 // ARC expansion.
777 //===----------------------------------------------------------------------===//
778
779 #include "llvm/Support/InstIterator.h"
780 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
781
782 namespace {
783   /// ObjCARCExpand - Early ARC transformations.
784   class ObjCARCExpand : public FunctionPass {
785     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const;
786     virtual bool doInitialization(Module &M);
787     virtual bool runOnFunction(Function &F);
788
789     /// Run - A flag indicating whether this optimization pass should run.
790     bool Run;
791
792   public:
793     static char ID;
794     ObjCARCExpand() : FunctionPass(ID) {
795       initializeObjCARCExpandPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
796     }
797   };
798 }
799
800 char ObjCARCExpand::ID = 0;
801 INITIALIZE_PASS(ObjCARCExpand,
802                 "objc-arc-expand", "ObjC ARC expansion", false, false)
803
804 Pass *llvm::createObjCARCExpandPass() {
805   return new ObjCARCExpand();
806 }
807
808 void ObjCARCExpand::getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
809   AU.setPreservesCFG();
810 }
811
812 bool ObjCARCExpand::doInitialization(Module &M) {
813   Run = ModuleHasARC(M);
814   return false;
815 }
816
817 bool ObjCARCExpand::runOnFunction(Function &F) {
818   if (!EnableARCOpts)
819     return false;
820
821   // If nothing in the Module uses ARC, don't do anything.
822   if (!Run)
823     return false;
824
825   bool Changed = false;
826
827   for (inst_iterator I = inst_begin(&F), E = inst_end(&F); I != E; ++I) {
828     Instruction *Inst = &*I;
829
830     switch (GetBasicInstructionClass(Inst)) {
831     case IC_Retain:
832     case IC_RetainRV:
833     case IC_Autorelease:
834     case IC_AutoreleaseRV:
835     case IC_FusedRetainAutorelease:
836     case IC_FusedRetainAutoreleaseRV:
837       // These calls return their argument verbatim, as a low-level
838       // optimization. However, this makes high-level optimizations
839       // harder. Undo any uses of this optimization that the front-end
840       // emitted here. We'll redo them in a later pass.
841       Changed = true;
842       Inst->replaceAllUsesWith(cast<CallInst>(Inst)->getArgOperand(0));
843       break;
844     default:
845       break;
846     }
847   }
848
849   return Changed;
850 }
851
852 //===----------------------------------------------------------------------===//
853 // ARC optimization.
854 //===----------------------------------------------------------------------===//
855
856 // TODO: On code like this:
857 //
858 // objc_retain(%x)
859 // stuff_that_cannot_release()
860 // objc_autorelease(%x)
861 // stuff_that_cannot_release()
862 // objc_retain(%x)
863 // stuff_that_cannot_release()
864 // objc_autorelease(%x)
865 //
866 // The second retain and autorelease can be deleted.
867
868 // TODO: It should be possible to delete
869 // objc_autoreleasePoolPush and objc_autoreleasePoolPop
870 // pairs if nothing is actually autoreleased between them. Also, autorelease
871 // calls followed by objc_autoreleasePoolPop calls (perhaps in ObjC++ code
872 // after inlining) can be turned into plain release calls.
873
874 // TODO: Critical-edge splitting. If the optimial insertion point is
875 // a critical edge, the current algorithm has to fail, because it doesn't
876 // know how to split edges. It should be possible to make the optimizer
877 // think in terms of edges, rather than blocks, and then split critical
878 // edges on demand.
879
880 // TODO: OptimizeSequences could generalized to be Interprocedural.
881
882 // TODO: Recognize that a bunch of other objc runtime calls have
883 // non-escaping arguments and non-releasing arguments, and may be
884 // non-autoreleasing.
885
886 // TODO: Sink autorelease calls as far as possible. Unfortunately we
887 // usually can't sink them past other calls, which would be the main
888 // case where it would be useful.
889
890 // TODO: The pointer returned from objc_loadWeakRetained is retained.
891
892 // TODO: Delete release+retain pairs (rare).
893
894 #include "llvm/GlobalAlias.h"
895 #include "llvm/Constants.h"
896 #include "llvm/LLVMContext.h"
897 #include "llvm/Support/ErrorHandling.h"
898 #include "llvm/Support/CFG.h"
899 #include "llvm/ADT/PostOrderIterator.h"
900 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
901
902 STATISTIC(NumNoops,       "Number of no-op objc calls eliminated");
903 STATISTIC(NumPartialNoops, "Number of partially no-op objc calls eliminated");
904 STATISTIC(NumAutoreleases,"Number of autoreleases converted to releases");
905 STATISTIC(NumRets,        "Number of return value forwarding "
906                           "retain+autoreleaes eliminated");
907 STATISTIC(NumRRs,         "Number of retain+release paths eliminated");
908 STATISTIC(NumPeeps,       "Number of calls peephole-optimized");
909
910 namespace {
911   /// ProvenanceAnalysis - This is similar to BasicAliasAnalysis, and it
912   /// uses many of the same techniques, except it uses special ObjC-specific
913   /// reasoning about pointer relationships.
914   class ProvenanceAnalysis {
915     AliasAnalysis *AA;
916
917     typedef std::pair<const Value *, const Value *> ValuePairTy;
918     typedef DenseMap<ValuePairTy, bool> CachedResultsTy;
919     CachedResultsTy CachedResults;
920
921     bool relatedCheck(const Value *A, const Value *B);
922     bool relatedSelect(const SelectInst *A, const Value *B);
923     bool relatedPHI(const PHINode *A, const Value *B);
924
925     // Do not implement.
926     void operator=(const ProvenanceAnalysis &);
927     ProvenanceAnalysis(const ProvenanceAnalysis &);
928
929   public:
930     ProvenanceAnalysis() {}
931
932     void setAA(AliasAnalysis *aa) { AA = aa; }
933
934     AliasAnalysis *getAA() const { return AA; }
935
936     bool related(const Value *A, const Value *B);
937
938     void clear() {
939       CachedResults.clear();
940     }
941   };
942 }
943
944 bool ProvenanceAnalysis::relatedSelect(const SelectInst *A, const Value *B) {
945   // If the values are Selects with the same condition, we can do a more precise
946   // check: just check for relations between the values on corresponding arms.
947   if (const SelectInst *SB = dyn_cast<SelectInst>(B))
948     if (A->getCondition() == SB->getCondition()) {
949       if (related(A->getTrueValue(), SB->getTrueValue()))
950         return true;
951       if (related(A->getFalseValue(), SB->getFalseValue()))
952         return true;
953       return false;
954     }
955
956   // Check both arms of the Select node individually.
957   if (related(A->getTrueValue(), B))
958     return true;
959   if (related(A->getFalseValue(), B))
960     return true;
961
962   // The arms both checked out.
963   return false;
964 }
965
966 bool ProvenanceAnalysis::relatedPHI(const PHINode *A, const Value *B) {
967   // If the values are PHIs in the same block, we can do a more precise as well
968   // as efficient check: just check for relations between the values on
969   // corresponding edges.
970   if (const PHINode *PNB = dyn_cast<PHINode>(B))
971     if (PNB->getParent() == A->getParent()) {
972       for (unsigned i = 0, e = A->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
973         if (related(A->getIncomingValue(i),
974                     PNB->getIncomingValueForBlock(A->getIncomingBlock(i))))
975           return true;
976       return false;
977     }
978
979   // Check each unique source of the PHI node against B.
980   SmallPtrSet<const Value *, 4> UniqueSrc;
981   for (unsigned i = 0, e = A->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
982     const Value *PV1 = A->getIncomingValue(i);
983     if (UniqueSrc.insert(PV1) && related(PV1, B))
984       return true;
985   }
986
987   // All of the arms checked out.
988   return false;
989 }
990
991 /// isStoredObjCPointer - Test if the value of P, or any value covered by its
992 /// provenance, is ever stored within the function (not counting callees).
993 static bool isStoredObjCPointer(const Value *P) {
994   SmallPtrSet<const Value *, 8> Visited;
995   SmallVector<const Value *, 8> Worklist;
996   Worklist.push_back(P);
997   Visited.insert(P);
998   do {
999     P = Worklist.pop_back_val();
1000     for (Value::const_use_iterator UI = P->use_begin(), UE = P->use_end();
1001          UI != UE; ++UI) {
1002       const User *Ur = *UI;
1003       if (isa<StoreInst>(Ur)) {
1004         if (UI.getOperandNo() == 0)
1005           // The pointer is stored.
1006           return true;
1007         // The pointed is stored through.
1008         continue;
1009       }
1010       if (isa<CallInst>(Ur))
1011         // The pointer is passed as an argument, ignore this.
1012         continue;
1013       if (isa<PtrToIntInst>(P))
1014         // Assume the worst.
1015         return true;
1016       if (Visited.insert(Ur))
1017         Worklist.push_back(Ur);
1018     }
1019   } while (!Worklist.empty());
1020
1021   // Everything checked out.
1022   return false;
1023 }
1024
1025 bool ProvenanceAnalysis::relatedCheck(const Value *A, const Value *B) {
1026   // Skip past provenance pass-throughs.
1027   A = GetUnderlyingObjCPtr(A);
1028   B = GetUnderlyingObjCPtr(B);
1029
1030   // Quick check.
1031   if (A == B)
1032     return true;
1033
1034   // Ask regular AliasAnalysis, for a first approximation.
1035   switch (AA->alias(A, B)) {
1036   case AliasAnalysis::NoAlias:
1037     return false;
1038   case AliasAnalysis::MustAlias:
1039   case AliasAnalysis::PartialAlias:
1040     return true;
1041   case AliasAnalysis::MayAlias:
1042     break;
1043   }
1044
1045   bool AIsIdentified = IsObjCIdentifiedObject(A);
1046   bool BIsIdentified = IsObjCIdentifiedObject(B);
1047
1048   // An ObjC-Identified object can't alias a load if it is never locally stored.
1049   if (AIsIdentified) {
1050     if (BIsIdentified) {
1051       // If both pointers have provenance, they can be directly compared.
1052       if (A != B)
1053         return false;
1054     } else {
1055       if (isa<LoadInst>(B))
1056         return isStoredObjCPointer(A);
1057     }
1058   } else {
1059     if (BIsIdentified && isa<LoadInst>(A))
1060       return isStoredObjCPointer(B);
1061   }
1062
1063    // Special handling for PHI and Select.
1064   if (const PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(A))
1065     return relatedPHI(PN, B);
1066   if (const PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(B))
1067     return relatedPHI(PN, A);
1068   if (const SelectInst *S = dyn_cast<SelectInst>(A))
1069     return relatedSelect(S, B);
1070   if (const SelectInst *S = dyn_cast<SelectInst>(B))
1071     return relatedSelect(S, A);
1072
1073   // Conservative.
1074   return true;
1075 }
1076
1077 bool ProvenanceAnalysis::related(const Value *A, const Value *B) {
1078   // Begin by inserting a conservative value into the map. If the insertion
1079   // fails, we have the answer already. If it succeeds, leave it there until we
1080   // compute the real answer to guard against recursive queries.
1081   if (A > B) std::swap(A, B);
1082   std::pair<CachedResultsTy::iterator, bool> Pair =
1083     CachedResults.insert(std::make_pair(ValuePairTy(A, B), true));
1084   if (!Pair.second)
1085     return Pair.first->second;
1086
1087   bool Result = relatedCheck(A, B);
1088   CachedResults[ValuePairTy(A, B)] = Result;
1089   return Result;
1090 }
1091
1092 namespace {
1093   // Sequence - A sequence of states that a pointer may go through in which an
1094   // objc_retain and objc_release are actually needed.
1095   enum Sequence {
1096     S_None,
1097     S_Retain,         ///< objc_retain(x)
1098     S_CanRelease,     ///< foo(x) -- x could possibly see a ref count decrement
1099     S_Use,            ///< any use of x
1100     S_Stop,           ///< like S_Release, but code motion is stopped
1101     S_Release,        ///< objc_release(x)
1102     S_MovableRelease  ///< objc_release(x), !clang.imprecise_release
1103   };
1104 }
1105
1106 static Sequence MergeSeqs(Sequence A, Sequence B, bool TopDown) {
1107   // The easy cases.
1108   if (A == B)
1109     return A;
1110   if (A == S_None || B == S_None)
1111     return S_None;
1112
1113   if (A > B) std::swap(A, B);
1114   if (TopDown) {
1115     // Choose the side which is further along in the sequence.
1116     if ((A == S_Retain || A == S_CanRelease) &&
1117         (B == S_CanRelease || B == S_Use))
1118       return B;
1119   } else {
1120     // Choose the side which is further along in the sequence.
1121     if ((A == S_Use || A == S_CanRelease) &&
1122         (B == S_Use || B == S_Release || B == S_Stop || B == S_MovableRelease))
1123       return A;
1124     // If both sides are releases, choose the more conservative one.
1125     if (A == S_Stop && (B == S_Release || B == S_MovableRelease))
1126       return A;
1127     if (A == S_Release && B == S_MovableRelease)
1128       return A;
1129   }
1130
1131   return S_None;
1132 }
1133
1134 namespace {
1135   /// RRInfo - Unidirectional information about either a
1136   /// retain-decrement-use-release sequence or release-use-decrement-retain
1137   /// reverese sequence.
1138   struct RRInfo {
1139     /// KnownSafe - After an objc_retain, the reference count of the referenced
1140     /// object is known to be positive. Similarly, before an objc_release, the
1141     /// reference count of the referenced object is known to be positive. If
1142     /// there are retain-release pairs in code regions where the retain count
1143     /// is known to be positive, they can be eliminated, regardless of any side
1144     /// effects between them.
1145     ///
1146     /// Also, a retain+release pair nested within another retain+release
1147     /// pair all on the known same pointer value can be eliminated, regardless
1148     /// of any intervening side effects.
1149     ///
1150     /// KnownSafe is true when either of these conditions is satisfied.
1151     bool KnownSafe;
1152
1153     /// IsRetainBlock - True if the Calls are objc_retainBlock calls (as
1154     /// opposed to objc_retain calls).
1155     bool IsRetainBlock;
1156
1157     /// CopyOnEscape - True if this the Calls are objc_retainBlock calls
1158     /// which all have the !clang.arc.copy_on_escape metadata.
1159     bool CopyOnEscape;
1160
1161     /// IsTailCallRelease - True of the objc_release calls are all marked
1162     /// with the "tail" keyword.
1163     bool IsTailCallRelease;
1164
1165     /// Partial - True of we've seen an opportunity for partial RR elimination,
1166     /// such as pushing calls into a CFG triangle or into one side of a
1167     /// CFG diamond.
1168     bool Partial;
1169
1170     /// ReleaseMetadata - If the Calls are objc_release calls and they all have
1171     /// a clang.imprecise_release tag, this is the metadata tag.
1172     MDNode *ReleaseMetadata;
1173
1174     /// Calls - For a top-down sequence, the set of objc_retains or
1175     /// objc_retainBlocks. For bottom-up, the set of objc_releases.
1176     SmallPtrSet<Instruction *, 2> Calls;
1177
1178     /// ReverseInsertPts - The set of optimal insert positions for
1179     /// moving calls in the opposite sequence.
1180     SmallPtrSet<Instruction *, 2> ReverseInsertPts;
1181
1182     RRInfo() :
1183       KnownSafe(false), IsRetainBlock(false), CopyOnEscape(false),
1184       IsTailCallRelease(false), Partial(false),
1185       ReleaseMetadata(0) {}
1186
1187     void clear();
1188   };
1189 }
1190
1191 void RRInfo::clear() {
1192   KnownSafe = false;
1193   IsRetainBlock = false;
1194   CopyOnEscape = false;
1195   IsTailCallRelease = false;
1196   Partial = false;
1197   ReleaseMetadata = 0;
1198   Calls.clear();
1199   ReverseInsertPts.clear();
1200 }
1201
1202 namespace {
1203   /// PtrState - This class summarizes several per-pointer runtime properties
1204   /// which are propogated through the flow graph.
1205   class PtrState {
1206     /// RefCount - The known minimum number of reference count increments.
1207     unsigned RefCount;
1208
1209     /// NestCount - The known minimum level of retain+release nesting.
1210     unsigned NestCount;
1211
1212     /// Seq - The current position in the sequence.
1213     Sequence Seq;
1214
1215   public:
1216     /// RRI - Unidirectional information about the current sequence.
1217     /// TODO: Encapsulate this better.
1218     RRInfo RRI;
1219
1220     PtrState() : RefCount(0), NestCount(0), Seq(S_None) {}
1221
1222     void SetAtLeastOneRefCount()  {
1223       if (RefCount == 0) RefCount = 1;
1224     }
1225
1226     void IncrementRefCount() {
1227       if (RefCount != UINT_MAX) ++RefCount;
1228     }
1229
1230     void DecrementRefCount() {
1231       if (RefCount != 0) --RefCount;
1232     }
1233
1234     bool IsKnownIncremented() const {
1235       return RefCount > 0;
1236     }
1237
1238     void IncrementNestCount() {
1239       if (NestCount != UINT_MAX) ++NestCount;
1240     }
1241
1242     void DecrementNestCount() {
1243       if (NestCount != 0) --NestCount;
1244     }
1245
1246     bool IsKnownNested() const {
1247       return NestCount > 0;
1248     }
1249
1250     void SetSeq(Sequence NewSeq) {
1251       Seq = NewSeq;
1252     }
1253
1254     void SetSeqToRelease(MDNode *M) {
1255       if (Seq == S_None || Seq == S_Use) {
1256         Seq = M ? S_MovableRelease : S_Release;
1257         RRI.ReleaseMetadata = M;
1258       } else if (Seq != S_MovableRelease || RRI.ReleaseMetadata != M) {
1259         Seq = S_Release;
1260         RRI.ReleaseMetadata = 0;
1261       }
1262     }
1263
1264     Sequence GetSeq() const {
1265       return Seq;
1266     }
1267
1268     void ClearSequenceProgress() {
1269       Seq = S_None;
1270       RRI.clear();
1271     }
1272
1273     void Merge(const PtrState &Other, bool TopDown);
1274   };
1275 }
1276
1277 void
1278 PtrState::Merge(const PtrState &Other, bool TopDown) {
1279   Seq = MergeSeqs(Seq, Other.Seq, TopDown);
1280   RefCount = std::min(RefCount, Other.RefCount);
1281   NestCount = std::min(NestCount, Other.NestCount);
1282
1283   // We can't merge a plain objc_retain with an objc_retainBlock.
1284   if (RRI.IsRetainBlock != Other.RRI.IsRetainBlock)
1285     Seq = S_None;
1286
1287   // If we're not in a sequence (anymore), drop all associated state.
1288   if (Seq == S_None) {
1289     RRI.clear();
1290   } else if (RRI.Partial || Other.RRI.Partial) {
1291     // If we're doing a merge on a path that's previously seen a partial
1292     // merge, conservatively drop the sequence, to avoid doing partial
1293     // RR elimination. If the branch predicates for the two merge differ,
1294     // mixing them is unsafe.
1295     Seq = S_None;
1296     RRI.clear();
1297   } else {
1298     // Conservatively merge the ReleaseMetadata information.
1299     if (RRI.ReleaseMetadata != Other.RRI.ReleaseMetadata)
1300       RRI.ReleaseMetadata = 0;
1301
1302     RRI.CopyOnEscape = RRI.CopyOnEscape && Other.RRI.CopyOnEscape;
1303     RRI.KnownSafe = RRI.KnownSafe && Other.RRI.KnownSafe;
1304     RRI.IsTailCallRelease = RRI.IsTailCallRelease && Other.RRI.IsTailCallRelease;
1305     RRI.Calls.insert(Other.RRI.Calls.begin(), Other.RRI.Calls.end());
1306
1307     // Merge the insert point sets. If there are any differences,
1308     // that makes this a partial merge.
1309     RRI.Partial = RRI.ReverseInsertPts.size() !=
1310                   Other.RRI.ReverseInsertPts.size();
1311     for (SmallPtrSet<Instruction *, 2>::const_iterator
1312          I = Other.RRI.ReverseInsertPts.begin(),
1313          E = Other.RRI.ReverseInsertPts.end(); I != E; ++I)
1314       RRI.Partial |= RRI.ReverseInsertPts.insert(*I);
1315   }
1316 }
1317
1318 namespace {
1319   /// BBState - Per-BasicBlock state.
1320   class BBState {
1321     /// TopDownPathCount - The number of unique control paths from the entry
1322     /// which can reach this block.
1323     unsigned TopDownPathCount;
1324
1325     /// BottomUpPathCount - The number of unique control paths to exits
1326     /// from this block.
1327     unsigned BottomUpPathCount;
1328
1329     /// MapTy - A type for PerPtrTopDown and PerPtrBottomUp.
1330     typedef MapVector<const Value *, PtrState> MapTy;
1331
1332     /// PerPtrTopDown - The top-down traversal uses this to record information
1333     /// known about a pointer at the bottom of each block.
1334     MapTy PerPtrTopDown;
1335
1336     /// PerPtrBottomUp - The bottom-up traversal uses this to record information
1337     /// known about a pointer at the top of each block.
1338     MapTy PerPtrBottomUp;
1339
1340   public:
1341     BBState() : TopDownPathCount(0), BottomUpPathCount(0) {}
1342
1343     typedef MapTy::iterator ptr_iterator;
1344     typedef MapTy::const_iterator ptr_const_iterator;
1345
1346     ptr_iterator top_down_ptr_begin() { return PerPtrTopDown.begin(); }
1347     ptr_iterator top_down_ptr_end() { return PerPtrTopDown.end(); }
1348     ptr_const_iterator top_down_ptr_begin() const {
1349       return PerPtrTopDown.begin();
1350     }
1351     ptr_const_iterator top_down_ptr_end() const {
1352       return PerPtrTopDown.end();
1353     }
1354
1355     ptr_iterator bottom_up_ptr_begin() { return PerPtrBottomUp.begin(); }
1356     ptr_iterator bottom_up_ptr_end() { return PerPtrBottomUp.end(); }
1357     ptr_const_iterator bottom_up_ptr_begin() const {
1358       return PerPtrBottomUp.begin();
1359     }
1360     ptr_const_iterator bottom_up_ptr_end() const {
1361       return PerPtrBottomUp.end();
1362     }
1363
1364     /// SetAsEntry - Mark this block as being an entry block, which has one
1365     /// path from the entry by definition.
1366     void SetAsEntry() { TopDownPathCount = 1; }
1367
1368     /// SetAsExit - Mark this block as being an exit block, which has one
1369     /// path to an exit by definition.
1370     void SetAsExit()  { BottomUpPathCount = 1; }
1371
1372     PtrState &getPtrTopDownState(const Value *Arg) {
1373       return PerPtrTopDown[Arg];
1374     }
1375
1376     PtrState &getPtrBottomUpState(const Value *Arg) {
1377       return PerPtrBottomUp[Arg];
1378     }
1379
1380     void clearBottomUpPointers() {
1381       PerPtrBottomUp.clear();
1382     }
1383
1384     void clearTopDownPointers() {
1385       PerPtrTopDown.clear();
1386     }
1387
1388     void InitFromPred(const BBState &Other);
1389     void InitFromSucc(const BBState &Other);
1390     void MergePred(const BBState &Other);
1391     void MergeSucc(const BBState &Other);
1392
1393     /// GetAllPathCount - Return the number of possible unique paths from an
1394     /// entry to an exit which pass through this block. This is only valid
1395     /// after both the top-down and bottom-up traversals are complete.
1396     unsigned GetAllPathCount() const {
1397       return TopDownPathCount * BottomUpPathCount;
1398     }
1399
1400     /// IsVisitedTopDown - Test whether the block for this BBState has been
1401     /// visited by the top-down portion of the algorithm.
1402     bool isVisitedTopDown() const {
1403       return TopDownPathCount != 0;
1404     }
1405   };
1406 }
1407
1408 void BBState::InitFromPred(const BBState &Other) {
1409   PerPtrTopDown = Other.PerPtrTopDown;
1410   TopDownPathCount = Other.TopDownPathCount;
1411 }
1412
1413 void BBState::InitFromSucc(const BBState &Other) {
1414   PerPtrBottomUp = Other.PerPtrBottomUp;
1415   BottomUpPathCount = Other.BottomUpPathCount;
1416 }
1417
1418 /// MergePred - The top-down traversal uses this to merge information about
1419 /// predecessors to form the initial state for a new block.
1420 void BBState::MergePred(const BBState &Other) {
1421   // Other.TopDownPathCount can be 0, in which case it is either dead or a
1422   // loop backedge. Loop backedges are special.
1423   TopDownPathCount += Other.TopDownPathCount;
1424
1425   // For each entry in the other set, if our set has an entry with the same key,
1426   // merge the entries. Otherwise, copy the entry and merge it with an empty
1427   // entry.
1428   for (ptr_const_iterator MI = Other.top_down_ptr_begin(),
1429        ME = Other.top_down_ptr_end(); MI != ME; ++MI) {
1430     std::pair<ptr_iterator, bool> Pair = PerPtrTopDown.insert(*MI);
1431     Pair.first->second.Merge(Pair.second ? PtrState() : MI->second,
1432                              /*TopDown=*/true);
1433   }
1434
1435   // For each entry in our set, if the other set doesn't have an entry with the
1436   // same key, force it to merge with an empty entry.
1437   for (ptr_iterator MI = top_down_ptr_begin(),
1438        ME = top_down_ptr_end(); MI != ME; ++MI)
1439     if (Other.PerPtrTopDown.find(MI->first) == Other.PerPtrTopDown.end())
1440       MI->second.Merge(PtrState(), /*TopDown=*/true);
1441 }
1442
1443 /// MergeSucc - The bottom-up traversal uses this to merge information about
1444 /// successors to form the initial state for a new block.
1445 void BBState::MergeSucc(const BBState &Other) {
1446   // Other.BottomUpPathCount can be 0, in which case it is either dead or a
1447   // loop backedge. Loop backedges are special.
1448   BottomUpPathCount += Other.BottomUpPathCount;
1449
1450   // For each entry in the other set, if our set has an entry with the
1451   // same key, merge the entries. Otherwise, copy the entry and merge
1452   // it with an empty entry.
1453   for (ptr_const_iterator MI = Other.bottom_up_ptr_begin(),
1454        ME = Other.bottom_up_ptr_end(); MI != ME; ++MI) {
1455     std::pair<ptr_iterator, bool> Pair = PerPtrBottomUp.insert(*MI);
1456     Pair.first->second.Merge(Pair.second ? PtrState() : MI->second,
1457                              /*TopDown=*/false);
1458   }
1459
1460   // For each entry in our set, if the other set doesn't have an entry
1461   // with the same key, force it to merge with an empty entry.
1462   for (ptr_iterator MI = bottom_up_ptr_begin(),
1463        ME = bottom_up_ptr_end(); MI != ME; ++MI)
1464     if (Other.PerPtrBottomUp.find(MI->first) == Other.PerPtrBottomUp.end())
1465       MI->second.Merge(PtrState(), /*TopDown=*/false);
1466 }
1467
1468 namespace {
1469   /// ObjCARCOpt - The main ARC optimization pass.
1470   class ObjCARCOpt : public FunctionPass {
1471     bool Changed;
1472     ProvenanceAnalysis PA;
1473
1474     /// Run - A flag indicating whether this optimization pass should run.
1475     bool Run;
1476
1477     /// RetainRVCallee, etc. - Declarations for ObjC runtime
1478     /// functions, for use in creating calls to them. These are initialized
1479     /// lazily to avoid cluttering up the Module with unused declarations.
1480     Constant *RetainRVCallee, *AutoreleaseRVCallee, *ReleaseCallee,
1481              *RetainCallee, *RetainBlockCallee, *AutoreleaseCallee;
1482
1483     /// UsedInThisFunciton - Flags which determine whether each of the
1484     /// interesting runtine functions is in fact used in the current function.
1485     unsigned UsedInThisFunction;
1486
1487     /// ImpreciseReleaseMDKind - The Metadata Kind for clang.imprecise_release
1488     /// metadata.
1489     unsigned ImpreciseReleaseMDKind;
1490
1491     /// CopyOnEscape - The Metadata Kind for clang.arc.copy_on_escape
1492     /// metadata.
1493     unsigned CopyOnEscapeMDKind;
1494
1495     Constant *getRetainRVCallee(Module *M);
1496     Constant *getAutoreleaseRVCallee(Module *M);
1497     Constant *getReleaseCallee(Module *M);
1498     Constant *getRetainCallee(Module *M);
1499     Constant *getRetainBlockCallee(Module *M);
1500     Constant *getAutoreleaseCallee(Module *M);
1501
1502     void OptimizeRetainCall(Function &F, Instruction *Retain);
1503     bool OptimizeRetainRVCall(Function &F, Instruction *RetainRV);
1504     void OptimizeAutoreleaseRVCall(Function &F, Instruction *AutoreleaseRV);
1505     void OptimizeIndividualCalls(Function &F);
1506
1507     void CheckForCFGHazards(const BasicBlock *BB,
1508                             DenseMap<const BasicBlock *, BBState> &BBStates,
1509                             BBState &MyStates) const;
1510     bool VisitBottomUp(BasicBlock *BB,
1511                        DenseMap<const BasicBlock *, BBState> &BBStates,
1512                        MapVector<Value *, RRInfo> &Retains);
1513     bool VisitTopDown(BasicBlock *BB,
1514                       DenseMap<const BasicBlock *, BBState> &BBStates,
1515                       DenseMap<Value *, RRInfo> &Releases);
1516     bool Visit(Function &F,
1517                DenseMap<const BasicBlock *, BBState> &BBStates,
1518                MapVector<Value *, RRInfo> &Retains,
1519                DenseMap<Value *, RRInfo> &Releases);
1520
1521     void MoveCalls(Value *Arg, RRInfo &RetainsToMove, RRInfo &ReleasesToMove,
1522                    MapVector<Value *, RRInfo> &Retains,
1523                    DenseMap<Value *, RRInfo> &Releases,
1524                    SmallVectorImpl<Instruction *> &DeadInsts,
1525                    Module *M);
1526
1527     bool PerformCodePlacement(DenseMap<const BasicBlock *, BBState> &BBStates,
1528                               MapVector<Value *, RRInfo> &Retains,
1529                               DenseMap<Value *, RRInfo> &Releases,
1530                               Module *M);
1531
1532     void OptimizeWeakCalls(Function &F);
1533
1534     bool OptimizeSequences(Function &F);
1535
1536     void OptimizeReturns(Function &F);
1537
1538     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const;
1539     virtual bool doInitialization(Module &M);
1540     virtual bool runOnFunction(Function &F);
1541     virtual void releaseMemory();
1542
1543   public:
1544     static char ID;
1545     ObjCARCOpt() : FunctionPass(ID) {
1546       initializeObjCARCOptPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
1547     }
1548   };
1549 }
1550
1551 char ObjCARCOpt::ID = 0;
1552 INITIALIZE_PASS_BEGIN(ObjCARCOpt,
1553                       "objc-arc", "ObjC ARC optimization", false, false)
1554 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(ObjCARCAliasAnalysis)
1555 INITIALIZE_PASS_END(ObjCARCOpt,
1556                     "objc-arc", "ObjC ARC optimization", false, false)
1557
1558 Pass *llvm::createObjCARCOptPass() {
1559   return new ObjCARCOpt();
1560 }
1561
1562 void ObjCARCOpt::getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
1563   AU.addRequired<ObjCARCAliasAnalysis>();
1564   AU.addRequired<AliasAnalysis>();
1565   // ARC optimization doesn't currently split critical edges.
1566   AU.setPreservesCFG();
1567 }
1568
1569 Constant *ObjCARCOpt::getRetainRVCallee(Module *M) {
1570   if (!RetainRVCallee) {
1571     LLVMContext &C = M->getContext();
1572     Type *I8X = PointerType::getUnqual(Type::getInt8Ty(C));
1573     std::vector<Type *> Params;
1574     Params.push_back(I8X);
1575     FunctionType *FTy =
1576       FunctionType::get(I8X, Params, /*isVarArg=*/false);
1577     AttrListPtr Attributes;
1578     Attributes.addAttr(~0u, Attribute::NoUnwind);
1579     RetainRVCallee =
1580       M->getOrInsertFunction("objc_retainAutoreleasedReturnValue", FTy,
1581                              Attributes);
1582   }
1583   return RetainRVCallee;
1584 }
1585
1586 Constant *ObjCARCOpt::getAutoreleaseRVCallee(Module *M) {
1587   if (!AutoreleaseRVCallee) {
1588     LLVMContext &C = M->getContext();
1589     Type *I8X = PointerType::getUnqual(Type::getInt8Ty(C));
1590     std::vector<Type *> Params;
1591     Params.push_back(I8X);
1592     FunctionType *FTy =
1593       FunctionType::get(I8X, Params, /*isVarArg=*/false);
1594     AttrListPtr Attributes;
1595     Attributes.addAttr(~0u, Attribute::NoUnwind);
1596     AutoreleaseRVCallee =
1597       M->getOrInsertFunction("objc_autoreleaseReturnValue", FTy,
1598                              Attributes);
1599   }
1600   return AutoreleaseRVCallee;
1601 }
1602
1603 Constant *ObjCARCOpt::getReleaseCallee(Module *M) {
1604   if (!ReleaseCallee) {
1605     LLVMContext &C = M->getContext();
1606     std::vector<Type *> Params;
1607     Params.push_back(PointerType::getUnqual(Type::getInt8Ty(C)));
1608     AttrListPtr Attributes;
1609     Attributes.addAttr(~0u, Attribute::NoUnwind);
1610     ReleaseCallee =
1611       M->getOrInsertFunction(
1612         "objc_release",
1613         FunctionType::get(Type::getVoidTy(C), Params, /*isVarArg=*/false),
1614         Attributes);
1615   }
1616   return ReleaseCallee;
1617 }
1618
1619 Constant *ObjCARCOpt::getRetainCallee(Module *M) {
1620   if (!RetainCallee) {
1621     LLVMContext &C = M->getContext();
1622     std::vector<Type *> Params;
1623     Params.push_back(PointerType::getUnqual(Type::getInt8Ty(C)));
1624     AttrListPtr Attributes;
1625     Attributes.addAttr(~0u, Attribute::NoUnwind);
1626     RetainCallee =
1627       M->getOrInsertFunction(
1628         "objc_retain",
1629         FunctionType::get(Params[0], Params, /*isVarArg=*/false),
1630         Attributes);
1631   }
1632   return RetainCallee;
1633 }
1634
1635 Constant *ObjCARCOpt::getRetainBlockCallee(Module *M) {
1636   if (!RetainBlockCallee) {
1637     LLVMContext &C = M->getContext();
1638     std::vector<Type *> Params;
1639     Params.push_back(PointerType::getUnqual(Type::getInt8Ty(C)));
1640     AttrListPtr Attributes;
1641     // objc_retainBlock is not nounwind because it calls user copy constructors
1642     // which could theoretically throw.
1643     RetainBlockCallee =
1644       M->getOrInsertFunction(
1645         "objc_retainBlock",
1646         FunctionType::get(Params[0], Params, /*isVarArg=*/false),
1647         Attributes);
1648   }
1649   return RetainBlockCallee;
1650 }
1651
1652 Constant *ObjCARCOpt::getAutoreleaseCallee(Module *M) {
1653   if (!AutoreleaseCallee) {
1654     LLVMContext &C = M->getContext();
1655     std::vector<Type *> Params;
1656     Params.push_back(PointerType::getUnqual(Type::getInt8Ty(C)));
1657     AttrListPtr Attributes;
1658     Attributes.addAttr(~0u, Attribute::NoUnwind);
1659     AutoreleaseCallee =
1660       M->getOrInsertFunction(
1661         "objc_autorelease",
1662         FunctionType::get(Params[0], Params, /*isVarArg=*/false),
1663         Attributes);
1664   }
1665   return AutoreleaseCallee;
1666 }
1667
1668 /// CanAlterRefCount - Test whether the given instruction can result in a
1669 /// reference count modification (positive or negative) for the pointer's
1670 /// object.
1671 static bool
1672 CanAlterRefCount(const Instruction *Inst, const Value *Ptr,
1673                  ProvenanceAnalysis &PA, InstructionClass Class) {
1674   switch (Class) {
1675   case IC_Autorelease:
1676   case IC_AutoreleaseRV:
1677   case IC_User:
1678     // These operations never directly modify a reference count.
1679     return false;
1680   default: break;
1681   }
1682
1683   ImmutableCallSite CS = static_cast<const Value *>(Inst);
1684   assert(CS && "Only calls can alter reference counts!");
1685
1686   // See if AliasAnalysis can help us with the call.
1687   AliasAnalysis::ModRefBehavior MRB = PA.getAA()->getModRefBehavior(CS);
1688   if (AliasAnalysis::onlyReadsMemory(MRB))
1689     return false;
1690   if (AliasAnalysis::onlyAccessesArgPointees(MRB)) {
1691     for (ImmutableCallSite::arg_iterator I = CS.arg_begin(), E = CS.arg_end();
1692          I != E; ++I) {
1693       const Value *Op = *I;
1694       if (IsPotentialUse(Op) && PA.related(Ptr, Op))
1695         return true;
1696     }
1697     return false;
1698   }
1699
1700   // Assume the worst.
1701   return true;
1702 }
1703
1704 /// CanUse - Test whether the given instruction can "use" the given pointer's
1705 /// object in a way that requires the reference count to be positive.
1706 static bool
1707 CanUse(const Instruction *Inst, const Value *Ptr, ProvenanceAnalysis &PA,
1708        InstructionClass Class) {
1709   // IC_Call operations (as opposed to IC_CallOrUser) never "use" objc pointers.
1710   if (Class == IC_Call)
1711     return false;
1712
1713   // Consider various instructions which may have pointer arguments which are
1714   // not "uses".
1715   if (const ICmpInst *ICI = dyn_cast<ICmpInst>(Inst)) {
1716     // Comparing a pointer with null, or any other constant, isn't really a use,
1717     // because we don't care what the pointer points to, or about the values
1718     // of any other dynamic reference-counted pointers.
1719     if (!IsPotentialUse(ICI->getOperand(1)))
1720       return false;
1721   } else if (ImmutableCallSite CS = static_cast<const Value *>(Inst)) {
1722     // For calls, just check the arguments (and not the callee operand).
1723     for (ImmutableCallSite::arg_iterator OI = CS.arg_begin(),
1724          OE = CS.arg_end(); OI != OE; ++OI) {
1725       const Value *Op = *OI;
1726       if (IsPotentialUse(Op) && PA.related(Ptr, Op))
1727         return true;
1728     }
1729     return false;
1730   } else if (const StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Inst)) {
1731     // Special-case stores, because we don't care about the stored value, just
1732     // the store address.
1733     const Value *Op = GetUnderlyingObjCPtr(SI->getPointerOperand());
1734     // If we can't tell what the underlying object was, assume there is a
1735     // dependence.
1736     return IsPotentialUse(Op) && PA.related(Op, Ptr);
1737   }
1738
1739   // Check each operand for a match.
1740   for (User::const_op_iterator OI = Inst->op_begin(), OE = Inst->op_end();
1741        OI != OE; ++OI) {
1742     const Value *Op = *OI;
1743     if (IsPotentialUse(Op) && PA.related(Ptr, Op))
1744       return true;
1745   }
1746   return false;
1747 }
1748
1749 /// CanInterruptRV - Test whether the given instruction can autorelease
1750 /// any pointer or cause an autoreleasepool pop.
1751 static bool
1752 CanInterruptRV(InstructionClass Class) {
1753   switch (Class) {
1754   case IC_AutoreleasepoolPop:
1755   case IC_CallOrUser:
1756   case IC_Call:
1757   case IC_Autorelease:
1758   case IC_AutoreleaseRV:
1759   case IC_FusedRetainAutorelease:
1760   case IC_FusedRetainAutoreleaseRV:
1761     return true;
1762   default:
1763     return false;
1764   }
1765 }
1766
1767 namespace {
1768   /// DependenceKind - There are several kinds of dependence-like concepts in
1769   /// use here.
1770   enum DependenceKind {
1771     NeedsPositiveRetainCount,
1772     CanChangeRetainCount,
1773     RetainAutoreleaseDep,       ///< Blocks objc_retainAutorelease.
1774     RetainAutoreleaseRVDep,     ///< Blocks objc_retainAutoreleaseReturnValue.
1775     RetainRVDep                 ///< Blocks objc_retainAutoreleasedReturnValue.
1776   };
1777 }
1778
1779 /// Depends - Test if there can be dependencies on Inst through Arg. This
1780 /// function only tests dependencies relevant for removing pairs of calls.
1781 static bool
1782 Depends(DependenceKind Flavor, Instruction *Inst, const Value *Arg,
1783         ProvenanceAnalysis &PA) {
1784   // If we've reached the definition of Arg, stop.
1785   if (Inst == Arg)
1786     return true;
1787
1788   switch (Flavor) {
1789   case NeedsPositiveRetainCount: {
1790     InstructionClass Class = GetInstructionClass(Inst);
1791     switch (Class) {
1792     case IC_AutoreleasepoolPop:
1793     case IC_AutoreleasepoolPush:
1794     case IC_None:
1795       return false;
1796     default:
1797       return CanUse(Inst, Arg, PA, Class);
1798     }
1799   }
1800
1801   case CanChangeRetainCount: {
1802     InstructionClass Class = GetInstructionClass(Inst);
1803     switch (Class) {
1804     case IC_AutoreleasepoolPop:
1805       // Conservatively assume this can decrement any count.
1806       return true;
1807     case IC_AutoreleasepoolPush:
1808     case IC_None:
1809       return false;
1810     default:
1811       return CanAlterRefCount(Inst, Arg, PA, Class);
1812     }
1813   }
1814
1815   case RetainAutoreleaseDep:
1816     switch (GetBasicInstructionClass(Inst)) {
1817     case IC_AutoreleasepoolPop:
1818       // Don't merge an objc_autorelease with an objc_retain inside a different
1819       // autoreleasepool scope.
1820       return true;
1821     case IC_Retain:
1822     case IC_RetainRV:
1823       // Check for a retain of the same pointer for merging.
1824       return GetObjCArg(Inst) == Arg;
1825     default:
1826       // Nothing else matters for objc_retainAutorelease formation.
1827       return false;
1828     }
1829     break;
1830
1831   case RetainAutoreleaseRVDep: {
1832     InstructionClass Class = GetBasicInstructionClass(Inst);
1833     switch (Class) {
1834     case IC_Retain:
1835     case IC_RetainRV:
1836       // Check for a retain of the same pointer for merging.
1837       return GetObjCArg(Inst) == Arg;
1838     default:
1839       // Anything that can autorelease interrupts
1840       // retainAutoreleaseReturnValue formation.
1841       return CanInterruptRV(Class);
1842     }
1843     break;
1844   }
1845
1846   case RetainRVDep:
1847     return CanInterruptRV(GetBasicInstructionClass(Inst));
1848   }
1849
1850   llvm_unreachable("Invalid dependence flavor");
1851   return true;
1852 }
1853
1854 /// FindDependencies - Walk up the CFG from StartPos (which is in StartBB) and
1855 /// find local and non-local dependencies on Arg.
1856 /// TODO: Cache results?
1857 static void
1858 FindDependencies(DependenceKind Flavor,
1859                  const Value *Arg,
1860                  BasicBlock *StartBB, Instruction *StartInst,
1861                  SmallPtrSet<Instruction *, 4> &DependingInstructions,
1862                  SmallPtrSet<const BasicBlock *, 4> &Visited,
1863                  ProvenanceAnalysis &PA) {
1864   BasicBlock::iterator StartPos = StartInst;
1865
1866   SmallVector<std::pair<BasicBlock *, BasicBlock::iterator>, 4> Worklist;
1867   Worklist.push_back(std::make_pair(StartBB, StartPos));
1868   do {
1869     std::pair<BasicBlock *, BasicBlock::iterator> Pair =
1870       Worklist.pop_back_val();
1871     BasicBlock *LocalStartBB = Pair.first;
1872     BasicBlock::iterator LocalStartPos = Pair.second;
1873     BasicBlock::iterator StartBBBegin = LocalStartBB->begin();
1874     for (;;) {
1875       if (LocalStartPos == StartBBBegin) {
1876         pred_iterator PI(LocalStartBB), PE(LocalStartBB, false);
1877         if (PI == PE)
1878           // If we've reached the function entry, produce a null dependence.
1879           DependingInstructions.insert(0);
1880         else
1881           // Add the predecessors to the worklist.
1882           do {
1883             BasicBlock *PredBB = *PI;
1884             if (Visited.insert(PredBB))
1885               Worklist.push_back(std::make_pair(PredBB, PredBB->end()));
1886           } while (++PI != PE);
1887         break;
1888       }
1889
1890       Instruction *Inst = --LocalStartPos;
1891       if (Depends(Flavor, Inst, Arg, PA)) {
1892         DependingInstructions.insert(Inst);
1893         break;
1894       }
1895     }
1896   } while (!Worklist.empty());
1897
1898   // Determine whether the original StartBB post-dominates all of the blocks we
1899   // visited. If not, insert a sentinal indicating that most optimizations are
1900   // not safe.
1901   for (SmallPtrSet<const BasicBlock *, 4>::const_iterator I = Visited.begin(),
1902        E = Visited.end(); I != E; ++I) {
1903     const BasicBlock *BB = *I;
1904     if (BB == StartBB)
1905       continue;
1906     const TerminatorInst *TI = cast<TerminatorInst>(&BB->back());
1907     for (succ_const_iterator SI(TI), SE(TI, false); SI != SE; ++SI) {
1908       const BasicBlock *Succ = *SI;
1909       if (Succ != StartBB && !Visited.count(Succ)) {
1910         DependingInstructions.insert(reinterpret_cast<Instruction *>(-1));
1911         return;
1912       }
1913     }
1914   }
1915 }
1916
1917 static bool isNullOrUndef(const Value *V) {
1918   return isa<ConstantPointerNull>(V) || isa<UndefValue>(V);
1919 }
1920
1921 static bool isNoopInstruction(const Instruction *I) {
1922   return isa<BitCastInst>(I) ||
1923          (isa<GetElementPtrInst>(I) &&
1924           cast<GetElementPtrInst>(I)->hasAllZeroIndices());
1925 }
1926
1927 /// OptimizeRetainCall - Turn objc_retain into
1928 /// objc_retainAutoreleasedReturnValue if the operand is a return value.
1929 void
1930 ObjCARCOpt::OptimizeRetainCall(Function &F, Instruction *Retain) {
1931   CallSite CS(GetObjCArg(Retain));
1932   Instruction *Call = CS.getInstruction();
1933   if (!Call) return;
1934   if (Call->getParent() != Retain->getParent()) return;
1935
1936   // Check that the call is next to the retain.
1937   BasicBlock::iterator I = Call;
1938   ++I;
1939   while (isNoopInstruction(I)) ++I;
1940   if (&*I != Retain)
1941     return;
1942
1943   // Turn it to an objc_retainAutoreleasedReturnValue..
1944   Changed = true;
1945   ++NumPeeps;
1946   cast<CallInst>(Retain)->setCalledFunction(getRetainRVCallee(F.getParent()));
1947 }
1948
1949 /// OptimizeRetainRVCall - Turn objc_retainAutoreleasedReturnValue into
1950 /// objc_retain if the operand is not a return value.  Or, if it can be
1951 /// paired with an objc_autoreleaseReturnValue, delete the pair and
1952 /// return true.
1953 bool
1954 ObjCARCOpt::OptimizeRetainRVCall(Function &F, Instruction *RetainRV) {
1955   // Check for the argument being from an immediately preceding call.
1956   Value *Arg = GetObjCArg(RetainRV);
1957   CallSite CS(Arg);
1958   if (Instruction *Call = CS.getInstruction())
1959     if (Call->getParent() == RetainRV->getParent()) {
1960       BasicBlock::iterator I = Call;
1961       ++I;
1962       while (isNoopInstruction(I)) ++I;
1963       if (&*I == RetainRV)
1964         return false;
1965     }
1966
1967   // Check for being preceded by an objc_autoreleaseReturnValue on the same
1968   // pointer. In this case, we can delete the pair.
1969   BasicBlock::iterator I = RetainRV, Begin = RetainRV->getParent()->begin();
1970   if (I != Begin) {
1971     do --I; while (I != Begin && isNoopInstruction(I));
1972     if (GetBasicInstructionClass(I) == IC_AutoreleaseRV &&
1973         GetObjCArg(I) == Arg) {
1974       Changed = true;
1975       ++NumPeeps;
1976       EraseInstruction(I);
1977       EraseInstruction(RetainRV);
1978       return true;
1979     }
1980   }
1981
1982   // Turn it to a plain objc_retain.
1983   Changed = true;
1984   ++NumPeeps;
1985   cast<CallInst>(RetainRV)->setCalledFunction(getRetainCallee(F.getParent()));
1986   return false;
1987 }
1988
1989 /// OptimizeAutoreleaseRVCall - Turn objc_autoreleaseReturnValue into
1990 /// objc_autorelease if the result is not used as a return value.
1991 void
1992 ObjCARCOpt::OptimizeAutoreleaseRVCall(Function &F, Instruction *AutoreleaseRV) {
1993   // Check for a return of the pointer value.
1994   const Value *Ptr = GetObjCArg(AutoreleaseRV);
1995   SmallVector<const Value *, 2> Users;
1996   Users.push_back(Ptr);
1997   do {
1998     Ptr = Users.pop_back_val();
1999     for (Value::const_use_iterator UI = Ptr->use_begin(), UE = Ptr->use_end();
2000          UI != UE; ++UI) {
2001       const User *I = *UI;
2002       if (isa<ReturnInst>(I) || GetBasicInstructionClass(I) == IC_RetainRV)
2003         return;
2004       if (isa<BitCastInst>(I))
2005         Users.push_back(I);
2006     }
2007   } while (!Users.empty());
2008
2009   Changed = true;
2010   ++NumPeeps;
2011   cast<CallInst>(AutoreleaseRV)->
2012     setCalledFunction(getAutoreleaseCallee(F.getParent()));
2013 }
2014
2015 /// OptimizeIndividualCalls - Visit each call, one at a time, and make
2016 /// simplifications without doing any additional analysis.
2017 void ObjCARCOpt::OptimizeIndividualCalls(Function &F) {
2018   // Reset all the flags in preparation for recomputing them.
2019   UsedInThisFunction = 0;
2020
2021   // Visit all objc_* calls in F.
2022   for (inst_iterator I = inst_begin(&F), E = inst_end(&F); I != E; ) {
2023     Instruction *Inst = &*I++;
2024     InstructionClass Class = GetBasicInstructionClass(Inst);
2025
2026     switch (Class) {
2027     default: break;
2028
2029     // Delete no-op casts. These function calls have special semantics, but
2030     // the semantics are entirely implemented via lowering in the front-end,
2031     // so by the time they reach the optimizer, they are just no-op calls
2032     // which return their argument.
2033     //
2034     // There are gray areas here, as the ability to cast reference-counted
2035     // pointers to raw void* and back allows code to break ARC assumptions,
2036     // however these are currently considered to be unimportant.
2037     case IC_NoopCast:
2038       Changed = true;
2039       ++NumNoops;
2040       EraseInstruction(Inst);
2041       continue;
2042
2043     // If the pointer-to-weak-pointer is null, it's undefined behavior.
2044     case IC_StoreWeak:
2045     case IC_LoadWeak:
2046     case IC_LoadWeakRetained:
2047     case IC_InitWeak:
2048     case IC_DestroyWeak: {
2049       CallInst *CI = cast<CallInst>(Inst);
2050       if (isNullOrUndef(CI->getArgOperand(0))) {
2051         Type *Ty = CI->getArgOperand(0)->getType();
2052         new StoreInst(UndefValue::get(cast<PointerType>(Ty)->getElementType()),
2053                       Constant::getNullValue(Ty),
2054                       CI);
2055         CI->replaceAllUsesWith(UndefValue::get(CI->getType()));
2056         CI->eraseFromParent();
2057         continue;
2058       }
2059       break;
2060     }
2061     case IC_CopyWeak:
2062     case IC_MoveWeak: {
2063       CallInst *CI = cast<CallInst>(Inst);
2064       if (isNullOrUndef(CI->getArgOperand(0)) ||
2065           isNullOrUndef(CI->getArgOperand(1))) {
2066         Type *Ty = CI->getArgOperand(0)->getType();
2067         new StoreInst(UndefValue::get(cast<PointerType>(Ty)->getElementType()),
2068                       Constant::getNullValue(Ty),
2069                       CI);
2070         CI->replaceAllUsesWith(UndefValue::get(CI->getType()));
2071         CI->eraseFromParent();
2072         continue;
2073       }
2074       break;
2075     }
2076     case IC_Retain:
2077       OptimizeRetainCall(F, Inst);
2078       break;
2079     case IC_RetainRV:
2080       if (OptimizeRetainRVCall(F, Inst))
2081         continue;
2082       break;
2083     case IC_AutoreleaseRV:
2084       OptimizeAutoreleaseRVCall(F, Inst);
2085       break;
2086     }
2087
2088     // objc_autorelease(x) -> objc_release(x) if x is otherwise unused.
2089     if (IsAutorelease(Class) && Inst->use_empty()) {
2090       CallInst *Call = cast<CallInst>(Inst);
2091       const Value *Arg = Call->getArgOperand(0);
2092       Arg = FindSingleUseIdentifiedObject(Arg);
2093       if (Arg) {
2094         Changed = true;
2095         ++NumAutoreleases;
2096
2097         // Create the declaration lazily.
2098         LLVMContext &C = Inst->getContext();
2099         CallInst *NewCall =
2100           CallInst::Create(getReleaseCallee(F.getParent()),
2101                            Call->getArgOperand(0), "", Call);
2102         NewCall->setMetadata(ImpreciseReleaseMDKind,
2103                              MDNode::get(C, ArrayRef<Value *>()));
2104         EraseInstruction(Call);
2105         Inst = NewCall;
2106         Class = IC_Release;
2107       }
2108     }
2109
2110     // For functions which can never be passed stack arguments, add
2111     // a tail keyword.
2112     if (IsAlwaysTail(Class)) {
2113       Changed = true;
2114       cast<CallInst>(Inst)->setTailCall();
2115     }
2116
2117     // Set nounwind as needed.
2118     if (IsNoThrow(Class)) {
2119       Changed = true;
2120       cast<CallInst>(Inst)->setDoesNotThrow();
2121     }
2122
2123     if (!IsNoopOnNull(Class)) {
2124       UsedInThisFunction |= 1 << Class;
2125       continue;
2126     }
2127
2128     const Value *Arg = GetObjCArg(Inst);
2129
2130     // ARC calls with null are no-ops. Delete them.
2131     if (isNullOrUndef(Arg)) {
2132       Changed = true;
2133       ++NumNoops;
2134       EraseInstruction(Inst);
2135       continue;
2136     }
2137
2138     // Keep track of which of retain, release, autorelease, and retain_block
2139     // are actually present in this function.
2140     UsedInThisFunction |= 1 << Class;
2141
2142     // If Arg is a PHI, and one or more incoming values to the
2143     // PHI are null, and the call is control-equivalent to the PHI, and there
2144     // are no relevant side effects between the PHI and the call, the call
2145     // could be pushed up to just those paths with non-null incoming values.
2146     // For now, don't bother splitting critical edges for this.
2147     SmallVector<std::pair<Instruction *, const Value *>, 4> Worklist;
2148     Worklist.push_back(std::make_pair(Inst, Arg));
2149     do {
2150       std::pair<Instruction *, const Value *> Pair = Worklist.pop_back_val();
2151       Inst = Pair.first;
2152       Arg = Pair.second;
2153
2154       const PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(Arg);
2155       if (!PN) continue;
2156
2157       // Determine if the PHI has any null operands, or any incoming
2158       // critical edges.
2159       bool HasNull = false;
2160       bool HasCriticalEdges = false;
2161       for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
2162         Value *Incoming =
2163           StripPointerCastsAndObjCCalls(PN->getIncomingValue(i));
2164         if (isNullOrUndef(Incoming))
2165           HasNull = true;
2166         else if (cast<TerminatorInst>(PN->getIncomingBlock(i)->back())
2167                    .getNumSuccessors() != 1) {
2168           HasCriticalEdges = true;
2169           break;
2170         }
2171       }
2172       // If we have null operands and no critical edges, optimize.
2173       if (!HasCriticalEdges && HasNull) {
2174         SmallPtrSet<Instruction *, 4> DependingInstructions;
2175         SmallPtrSet<const BasicBlock *, 4> Visited;
2176
2177         // Check that there is nothing that cares about the reference
2178         // count between the call and the phi.
2179         FindDependencies(NeedsPositiveRetainCount, Arg,
2180                          Inst->getParent(), Inst,
2181                          DependingInstructions, Visited, PA);
2182         if (DependingInstructions.size() == 1 &&
2183             *DependingInstructions.begin() == PN) {
2184           Changed = true;
2185           ++NumPartialNoops;
2186           // Clone the call into each predecessor that has a non-null value.
2187           CallInst *CInst = cast<CallInst>(Inst);
2188           Type *ParamTy = CInst->getArgOperand(0)->getType();
2189           for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
2190             Value *Incoming =
2191               StripPointerCastsAndObjCCalls(PN->getIncomingValue(i));
2192             if (!isNullOrUndef(Incoming)) {
2193               CallInst *Clone = cast<CallInst>(CInst->clone());
2194               Value *Op = PN->getIncomingValue(i);
2195               Instruction *InsertPos = &PN->getIncomingBlock(i)->back();
2196               if (Op->getType() != ParamTy)
2197                 Op = new BitCastInst(Op, ParamTy, "", InsertPos);
2198               Clone->setArgOperand(0, Op);
2199               Clone->insertBefore(InsertPos);
2200               Worklist.push_back(std::make_pair(Clone, Incoming));
2201             }
2202           }
2203           // Erase the original call.
2204           EraseInstruction(CInst);
2205           continue;
2206         }
2207       }
2208     } while (!Worklist.empty());
2209   }
2210 }
2211
2212 /// CheckForCFGHazards - Check for critical edges, loop boundaries, irreducible
2213 /// control flow, or other CFG structures where moving code across the edge
2214 /// would result in it being executed more.
2215 void
2216 ObjCARCOpt::CheckForCFGHazards(const BasicBlock *BB,
2217                                DenseMap<const BasicBlock *, BBState> &BBStates,
2218                                BBState &MyStates) const {
2219   // If any top-down local-use or possible-dec has a succ which is earlier in
2220   // the sequence, forget it.
2221   for (BBState::ptr_const_iterator I = MyStates.top_down_ptr_begin(),
2222        E = MyStates.top_down_ptr_end(); I != E; ++I)
2223     switch (I->second.GetSeq()) {
2224     default: break;
2225     case S_Use: {
2226       const Value *Arg = I->first;
2227       const TerminatorInst *TI = cast<TerminatorInst>(&BB->back());
2228       bool SomeSuccHasSame = false;
2229       bool AllSuccsHaveSame = true;
2230       PtrState &S = MyStates.getPtrTopDownState(Arg);
2231       for (succ_const_iterator SI(TI), SE(TI, false); SI != SE; ++SI) {
2232         PtrState &SuccS = BBStates[*SI].getPtrBottomUpState(Arg);
2233         switch (SuccS.GetSeq()) {
2234         case S_None:
2235         case S_CanRelease: {
2236           if (!S.RRI.KnownSafe && !SuccS.RRI.KnownSafe)
2237             S.ClearSequenceProgress();
2238           continue;
2239         }
2240         case S_Use:
2241           SomeSuccHasSame = true;
2242           break;
2243         case S_Stop:
2244         case S_Release:
2245         case S_MovableRelease:
2246           if (!S.RRI.KnownSafe && !SuccS.RRI.KnownSafe)
2247             AllSuccsHaveSame = false;
2248           break;
2249         case S_Retain:
2250           llvm_unreachable("bottom-up pointer in retain state!");
2251         }
2252       }
2253       // If the state at the other end of any of the successor edges
2254       // matches the current state, require all edges to match. This
2255       // guards against loops in the middle of a sequence.
2256       if (SomeSuccHasSame && !AllSuccsHaveSame)
2257         S.ClearSequenceProgress();
2258       break;
2259     }
2260     case S_CanRelease: {
2261       const Value *Arg = I->first;
2262       const TerminatorInst *TI = cast<TerminatorInst>(&BB->back());
2263       bool SomeSuccHasSame = false;
2264       bool AllSuccsHaveSame = true;
2265       PtrState &S = MyStates.getPtrTopDownState(Arg);
2266       for (succ_const_iterator SI(TI), SE(TI, false); SI != SE; ++SI) {
2267         PtrState &SuccS = BBStates[*SI].getPtrBottomUpState(Arg);
2268         switch (SuccS.GetSeq()) {
2269         case S_None: {
2270           if (!S.RRI.KnownSafe && !SuccS.RRI.KnownSafe)
2271             S.ClearSequenceProgress();
2272           continue;
2273         }
2274         case S_CanRelease:
2275           SomeSuccHasSame = true;
2276           break;
2277         case S_Stop:
2278         case S_Release:
2279         case S_MovableRelease:
2280         case S_Use:
2281           if (!S.RRI.KnownSafe && !SuccS.RRI.KnownSafe)
2282             AllSuccsHaveSame = false;
2283           break;
2284         case S_Retain:
2285           llvm_unreachable("bottom-up pointer in retain state!");
2286         }
2287       }
2288       // If the state at the other end of any of the successor edges
2289       // matches the current state, require all edges to match. This
2290       // guards against loops in the middle of a sequence.
2291       if (SomeSuccHasSame && !AllSuccsHaveSame)
2292         S.ClearSequenceProgress();
2293       break;
2294     }
2295     }
2296 }
2297
2298 bool
2299 ObjCARCOpt::VisitBottomUp(BasicBlock *BB,
2300                           DenseMap<const BasicBlock *, BBState> &BBStates,
2301                           MapVector<Value *, RRInfo> &Retains) {
2302   bool NestingDetected = false;
2303   BBState &MyStates = BBStates[BB];
2304
2305   // Merge the states from each successor to compute the initial state
2306   // for the current block.
2307   const TerminatorInst *TI = cast<TerminatorInst>(&BB->back());
2308   succ_const_iterator SI(TI), SE(TI, false);
2309   if (SI == SE)
2310     MyStates.SetAsExit();
2311   else
2312     do {
2313       const BasicBlock *Succ = *SI++;
2314       if (Succ == BB)
2315         continue;
2316       DenseMap<const BasicBlock *, BBState>::iterator I = BBStates.find(Succ);
2317       // If we haven't seen this node yet, then we've found a CFG cycle.
2318       // Be optimistic here; it's CheckForCFGHazards' job detect trouble.
2319       if (I == BBStates.end())
2320         continue;
2321       MyStates.InitFromSucc(I->second);
2322       while (SI != SE) {
2323         Succ = *SI++;
2324         if (Succ != BB) {
2325           I = BBStates.find(Succ);
2326           if (I != BBStates.end())
2327             MyStates.MergeSucc(I->second);
2328         }
2329       }
2330       break;
2331     } while (SI != SE);
2332
2333   // Visit all the instructions, bottom-up.
2334   for (BasicBlock::iterator I = BB->end(), E = BB->begin(); I != E; --I) {
2335     Instruction *Inst = llvm::prior(I);
2336     InstructionClass Class = GetInstructionClass(Inst);
2337     const Value *Arg = 0;
2338
2339     switch (Class) {
2340     case IC_Release: {
2341       Arg = GetObjCArg(Inst);
2342
2343       PtrState &S = MyStates.getPtrBottomUpState(Arg);
2344
2345       // If we see two releases in a row on the same pointer. If so, make
2346       // a note, and we'll cicle back to revisit it after we've
2347       // hopefully eliminated the second release, which may allow us to
2348       // eliminate the first release too.
2349       // Theoretically we could implement removal of nested retain+release
2350       // pairs by making PtrState hold a stack of states, but this is
2351       // simple and avoids adding overhead for the non-nested case.
2352       if (S.GetSeq() == S_Release || S.GetSeq() == S_MovableRelease)
2353         NestingDetected = true;
2354
2355       S.SetSeqToRelease(Inst->getMetadata(ImpreciseReleaseMDKind));
2356       S.RRI.clear();
2357       S.RRI.KnownSafe = S.IsKnownNested() || S.IsKnownIncremented();
2358       S.RRI.IsTailCallRelease = cast<CallInst>(Inst)->isTailCall();
2359       S.RRI.Calls.insert(Inst);
2360
2361       S.IncrementRefCount();
2362       S.IncrementNestCount();
2363       break;
2364     }
2365     case IC_RetainBlock:
2366     case IC_Retain:
2367     case IC_RetainRV: {
2368       Arg = GetObjCArg(Inst);
2369
2370       PtrState &S = MyStates.getPtrBottomUpState(Arg);
2371       S.DecrementRefCount();
2372       S.SetAtLeastOneRefCount();
2373       S.DecrementNestCount();
2374
2375       // An non-copy-on-escape objc_retainBlock call with just a use still
2376       // needs to be kept, because it may be copying a block from the stack
2377       // to the heap.
2378       if (Class == IC_RetainBlock &&
2379           !Inst->getMetadata(CopyOnEscapeMDKind) &&
2380           S.GetSeq() == S_Use)
2381         S.SetSeq(S_CanRelease);
2382
2383       switch (S.GetSeq()) {
2384       case S_Stop:
2385       case S_Release:
2386       case S_MovableRelease:
2387       case S_Use:
2388         S.RRI.ReverseInsertPts.clear();
2389         // FALL THROUGH
2390       case S_CanRelease:
2391         // Don't do retain+release tracking for IC_RetainRV, because it's
2392         // better to let it remain as the first instruction after a call.
2393         if (Class != IC_RetainRV) {
2394           S.RRI.IsRetainBlock = Class == IC_RetainBlock;
2395           if (S.RRI.IsRetainBlock)
2396             S.RRI.CopyOnEscape = !!Inst->getMetadata(CopyOnEscapeMDKind);
2397           Retains[Inst] = S.RRI;
2398         }
2399         S.ClearSequenceProgress();
2400         break;
2401       case S_None:
2402         break;
2403       case S_Retain:
2404         llvm_unreachable("bottom-up pointer in retain state!");
2405       }
2406       continue;
2407     }
2408     case IC_AutoreleasepoolPop:
2409       // Conservatively, clear MyStates for all known pointers.
2410       MyStates.clearBottomUpPointers();
2411       continue;
2412     case IC_AutoreleasepoolPush:
2413     case IC_None:
2414       // These are irrelevant.
2415       continue;
2416     default:
2417       break;
2418     }
2419
2420     // Consider any other possible effects of this instruction on each
2421     // pointer being tracked.
2422     for (BBState::ptr_iterator MI = MyStates.bottom_up_ptr_begin(),
2423          ME = MyStates.bottom_up_ptr_end(); MI != ME; ++MI) {
2424       const Value *Ptr = MI->first;
2425       if (Ptr == Arg)
2426         continue; // Handled above.
2427       PtrState &S = MI->second;
2428       Sequence Seq = S.GetSeq();
2429
2430       // Check for possible releases.
2431       if (CanAlterRefCount(Inst, Ptr, PA, Class)) {
2432         S.DecrementRefCount();
2433         switch (Seq) {
2434         case S_Use:
2435           S.SetSeq(S_CanRelease);
2436           continue;
2437         case S_CanRelease:
2438         case S_Release:
2439         case S_MovableRelease:
2440         case S_Stop:
2441         case S_None:
2442           break;
2443         case S_Retain:
2444           llvm_unreachable("bottom-up pointer in retain state!");
2445         }
2446       }
2447
2448       // Check for possible direct uses.
2449       switch (Seq) {
2450       case S_Release:
2451       case S_MovableRelease:
2452         if (CanUse(Inst, Ptr, PA, Class)) {
2453           assert(S.RRI.ReverseInsertPts.empty());
2454           S.RRI.ReverseInsertPts.insert(Inst);
2455           S.SetSeq(S_Use);
2456         } else if (Seq == S_Release &&
2457                    (Class == IC_User || Class == IC_CallOrUser)) {
2458           // Non-movable releases depend on any possible objc pointer use.
2459           S.SetSeq(S_Stop);
2460           assert(S.RRI.ReverseInsertPts.empty());
2461           S.RRI.ReverseInsertPts.insert(Inst);
2462         }
2463         break;
2464       case S_Stop:
2465         if (CanUse(Inst, Ptr, PA, Class))
2466           S.SetSeq(S_Use);
2467         break;
2468       case S_CanRelease:
2469       case S_Use:
2470       case S_None:
2471         break;
2472       case S_Retain:
2473         llvm_unreachable("bottom-up pointer in retain state!");
2474       }
2475     }
2476   }
2477
2478   return NestingDetected;
2479 }
2480
2481 bool
2482 ObjCARCOpt::VisitTopDown(BasicBlock *BB,
2483                          DenseMap<const BasicBlock *, BBState> &BBStates,
2484                          DenseMap<Value *, RRInfo> &Releases) {
2485   bool NestingDetected = false;
2486   BBState &MyStates = BBStates[BB];
2487
2488   // Merge the states from each predecessor to compute the initial state
2489   // for the current block.
2490   const_pred_iterator PI(BB), PE(BB, false);
2491   if (PI == PE)
2492     MyStates.SetAsEntry();
2493   else
2494     do {
2495       const BasicBlock *Pred = *PI++;
2496       if (Pred == BB)
2497         continue;
2498       DenseMap<const BasicBlock *, BBState>::iterator I = BBStates.find(Pred);
2499       assert(I != BBStates.end());
2500       // If we haven't seen this node yet, then we've found a CFG cycle.
2501       // Be optimistic here; it's CheckForCFGHazards' job detect trouble.
2502       if (!I->second.isVisitedTopDown())
2503         continue;
2504       MyStates.InitFromPred(I->second);
2505       while (PI != PE) {
2506         Pred = *PI++;
2507         if (Pred != BB) {
2508           I = BBStates.find(Pred);
2509           assert(I != BBStates.end());
2510           if (I->second.isVisitedTopDown())
2511             MyStates.MergePred(I->second);
2512         }
2513       }
2514       break;
2515     } while (PI != PE);
2516
2517   // Visit all the instructions, top-down.
2518   for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(), E = BB->end(); I != E; ++I) {
2519     Instruction *Inst = I;
2520     InstructionClass Class = GetInstructionClass(Inst);
2521     const Value *Arg = 0;
2522
2523     switch (Class) {
2524     case IC_RetainBlock:
2525     case IC_Retain:
2526     case IC_RetainRV: {
2527       Arg = GetObjCArg(Inst);
2528
2529       PtrState &S = MyStates.getPtrTopDownState(Arg);
2530
2531       // Don't do retain+release tracking for IC_RetainRV, because it's
2532       // better to let it remain as the first instruction after a call.
2533       if (Class != IC_RetainRV) {
2534         // If we see two retains in a row on the same pointer. If so, make
2535         // a note, and we'll cicle back to revisit it after we've
2536         // hopefully eliminated the second retain, which may allow us to
2537         // eliminate the first retain too.
2538         // Theoretically we could implement removal of nested retain+release
2539         // pairs by making PtrState hold a stack of states, but this is
2540         // simple and avoids adding overhead for the non-nested case.
2541         if (S.GetSeq() == S_Retain)
2542           NestingDetected = true;
2543
2544         S.SetSeq(S_Retain);
2545         S.RRI.clear();
2546         S.RRI.IsRetainBlock = Class == IC_RetainBlock;
2547         if (S.RRI.IsRetainBlock)
2548           S.RRI.CopyOnEscape = !!Inst->getMetadata(CopyOnEscapeMDKind);
2549         // Don't check S.IsKnownIncremented() here because it's not
2550         // sufficient.
2551         S.RRI.KnownSafe = S.IsKnownNested();
2552         S.RRI.Calls.insert(Inst);
2553       }
2554
2555       S.SetAtLeastOneRefCount();
2556       S.IncrementRefCount();
2557       S.IncrementNestCount();
2558       continue;
2559     }
2560     case IC_Release: {
2561       Arg = GetObjCArg(Inst);
2562
2563       PtrState &S = MyStates.getPtrTopDownState(Arg);
2564       S.DecrementRefCount();
2565       S.DecrementNestCount();
2566
2567       switch (S.GetSeq()) {
2568       case S_Retain:
2569       case S_CanRelease:
2570         S.RRI.ReverseInsertPts.clear();
2571         // FALL THROUGH
2572       case S_Use:
2573         S.RRI.ReleaseMetadata = Inst->getMetadata(ImpreciseReleaseMDKind);
2574         S.RRI.IsTailCallRelease = cast<CallInst>(Inst)->isTailCall();
2575         Releases[Inst] = S.RRI;
2576         S.ClearSequenceProgress();
2577         break;
2578       case S_None:
2579         break;
2580       case S_Stop:
2581       case S_Release:
2582       case S_MovableRelease:
2583         llvm_unreachable("top-down pointer in release state!");
2584       }
2585       break;
2586     }
2587     case IC_AutoreleasepoolPop:
2588       // Conservatively, clear MyStates for all known pointers.
2589       MyStates.clearTopDownPointers();
2590       continue;
2591     case IC_AutoreleasepoolPush:
2592     case IC_None:
2593       // These are irrelevant.
2594       continue;
2595     default:
2596       break;
2597     }
2598
2599     // Consider any other possible effects of this instruction on each
2600     // pointer being tracked.
2601     for (BBState::ptr_iterator MI = MyStates.top_down_ptr_begin(),
2602          ME = MyStates.top_down_ptr_end(); MI != ME; ++MI) {
2603       const Value *Ptr = MI->first;
2604       if (Ptr == Arg)
2605         continue; // Handled above.
2606       PtrState &S = MI->second;
2607       Sequence Seq = S.GetSeq();
2608
2609       // Check for possible releases.
2610       if (CanAlterRefCount(Inst, Ptr, PA, Class)) {
2611         S.DecrementRefCount();
2612         switch (Seq) {
2613         case S_Retain:
2614           S.SetSeq(S_CanRelease);
2615           assert(S.RRI.ReverseInsertPts.empty());
2616           S.RRI.ReverseInsertPts.insert(Inst);
2617
2618           // One call can't cause a transition from S_Retain to S_CanRelease
2619           // and S_CanRelease to S_Use. If we've made the first transition,
2620           // we're done.
2621           continue;
2622         case S_Use:
2623         case S_CanRelease:
2624         case S_None:
2625           break;
2626         case S_Stop:
2627         case S_Release:
2628         case S_MovableRelease:
2629           llvm_unreachable("top-down pointer in release state!");
2630         }
2631       }
2632
2633       // Check for possible direct uses.
2634       switch (Seq) {
2635       case S_CanRelease:
2636         if (CanUse(Inst, Ptr, PA, Class))
2637           S.SetSeq(S_Use);
2638         break;
2639       case S_Retain:
2640         // A non-copy-on-scape objc_retainBlock call may be responsible for
2641         // copying the block data from the stack to the heap. Model this by
2642         // moving it straight from S_Retain to S_Use.
2643         if (S.RRI.IsRetainBlock &&
2644             !S.RRI.CopyOnEscape &&
2645             CanUse(Inst, Ptr, PA, Class)) {
2646           assert(S.RRI.ReverseInsertPts.empty());
2647           S.RRI.ReverseInsertPts.insert(Inst);
2648           S.SetSeq(S_Use);
2649         }
2650         break;
2651       case S_Use:
2652       case S_None:
2653         break;
2654       case S_Stop:
2655       case S_Release:
2656       case S_MovableRelease:
2657         llvm_unreachable("top-down pointer in release state!");
2658       }
2659     }
2660   }
2661
2662   CheckForCFGHazards(BB, BBStates, MyStates);
2663   return NestingDetected;
2664 }
2665
2666 // Visit - Visit the function both top-down and bottom-up.
2667 bool
2668 ObjCARCOpt::Visit(Function &F,
2669                   DenseMap<const BasicBlock *, BBState> &BBStates,
2670                   MapVector<Value *, RRInfo> &Retains,
2671                   DenseMap<Value *, RRInfo> &Releases) {
2672   // Use reverse-postorder on the reverse CFG for bottom-up, because we
2673   // magically know that loops will be well behaved, i.e. they won't repeatedly
2674   // call retain on a single pointer without doing a release. We can't use
2675   // ReversePostOrderTraversal here because we want to walk up from each
2676   // function exit point.
2677   SmallPtrSet<BasicBlock *, 16> Visited;
2678   SmallVector<std::pair<BasicBlock *, pred_iterator>, 16> Stack;
2679   SmallVector<BasicBlock *, 16> Order;
2680   for (Function::iterator I = F.begin(), E = F.end(); I != E; ++I) {
2681     BasicBlock *BB = I;
2682     if (BB->getTerminator()->getNumSuccessors() == 0)
2683       Stack.push_back(std::make_pair(BB, pred_begin(BB)));
2684   }
2685   while (!Stack.empty()) {
2686     pred_iterator End = pred_end(Stack.back().first);
2687     while (Stack.back().second != End) {
2688       BasicBlock *BB = *Stack.back().second++;
2689       if (Visited.insert(BB))
2690         Stack.push_back(std::make_pair(BB, pred_begin(BB)));
2691     }
2692     Order.push_back(Stack.pop_back_val().first);
2693   }
2694   bool BottomUpNestingDetected = false;
2695   for (SmallVectorImpl<BasicBlock *>::const_reverse_iterator I =
2696          Order.rbegin(), E = Order.rend(); I != E; ++I) {
2697     BasicBlock *BB = *I;
2698     BottomUpNestingDetected |= VisitBottomUp(BB, BBStates, Retains);
2699   }
2700
2701   // Use regular reverse-postorder for top-down.
2702   bool TopDownNestingDetected = false;
2703   typedef ReversePostOrderTraversal<Function *> RPOTType;
2704   RPOTType RPOT(&F);
2705   for (RPOTType::rpo_iterator I = RPOT.begin(), E = RPOT.end(); I != E; ++I) {
2706     BasicBlock *BB = *I;
2707     TopDownNestingDetected |= VisitTopDown(BB, BBStates, Releases);
2708   }
2709
2710   return TopDownNestingDetected && BottomUpNestingDetected;
2711 }
2712
2713 /// MoveCalls - Move the calls in RetainsToMove and ReleasesToMove.
2714 void ObjCARCOpt::MoveCalls(Value *Arg,
2715                            RRInfo &RetainsToMove,
2716                            RRInfo &ReleasesToMove,
2717                            MapVector<Value *, RRInfo> &Retains,
2718                            DenseMap<Value *, RRInfo> &Releases,
2719                            SmallVectorImpl<Instruction *> &DeadInsts,
2720                            Module *M) {
2721   Type *ArgTy = Arg->getType();
2722   Type *ParamTy = PointerType::getUnqual(Type::getInt8Ty(ArgTy->getContext()));
2723
2724   // Insert the new retain and release calls.
2725   for (SmallPtrSet<Instruction *, 2>::const_iterator
2726        PI = ReleasesToMove.ReverseInsertPts.begin(),
2727        PE = ReleasesToMove.ReverseInsertPts.end(); PI != PE; ++PI) {
2728     Instruction *InsertPt = *PI;
2729     Value *MyArg = ArgTy == ParamTy ? Arg :
2730                    new BitCastInst(Arg, ParamTy, "", InsertPt);
2731     CallInst *Call =
2732       CallInst::Create(RetainsToMove.IsRetainBlock ?
2733                          getRetainBlockCallee(M) : getRetainCallee(M),
2734                        MyArg, "", InsertPt);
2735     Call->setDoesNotThrow();
2736     if (RetainsToMove.CopyOnEscape)
2737       Call->setMetadata(CopyOnEscapeMDKind,
2738                         MDNode::get(M->getContext(), ArrayRef<Value *>()));
2739     if (!RetainsToMove.IsRetainBlock)
2740       Call->setTailCall();
2741   }
2742   for (SmallPtrSet<Instruction *, 2>::const_iterator
2743        PI = RetainsToMove.ReverseInsertPts.begin(),
2744        PE = RetainsToMove.ReverseInsertPts.end(); PI != PE; ++PI) {
2745     Instruction *LastUse = *PI;
2746     Instruction *InsertPts[] = { 0, 0, 0 };
2747     if (InvokeInst *II = dyn_cast<InvokeInst>(LastUse)) {
2748       // We can't insert code immediately after an invoke instruction, so
2749       // insert code at the beginning of both successor blocks instead.
2750       // The invoke's return value isn't available in the unwind block,
2751       // but our releases will never depend on it, because they must be
2752       // paired with retains from before the invoke.
2753       InsertPts[0] = II->getNormalDest()->getFirstInsertionPt();
2754       InsertPts[1] = II->getUnwindDest()->getFirstInsertionPt();
2755     } else {
2756       // Insert code immediately after the last use.
2757       InsertPts[0] = llvm::next(BasicBlock::iterator(LastUse));
2758     }
2759
2760     for (Instruction **I = InsertPts; *I; ++I) {
2761       Instruction *InsertPt = *I;
2762       Value *MyArg = ArgTy == ParamTy ? Arg :
2763                      new BitCastInst(Arg, ParamTy, "", InsertPt);
2764       CallInst *Call = CallInst::Create(getReleaseCallee(M), MyArg,
2765                                         "", InsertPt);
2766       // Attach a clang.imprecise_release metadata tag, if appropriate.
2767       if (MDNode *M = ReleasesToMove.ReleaseMetadata)
2768         Call->setMetadata(ImpreciseReleaseMDKind, M);
2769       Call->setDoesNotThrow();
2770       if (ReleasesToMove.IsTailCallRelease)
2771         Call->setTailCall();
2772     }
2773   }
2774
2775   // Delete the original retain and release calls.
2776   for (SmallPtrSet<Instruction *, 2>::const_iterator
2777        AI = RetainsToMove.Calls.begin(),
2778        AE = RetainsToMove.Calls.end(); AI != AE; ++AI) {
2779     Instruction *OrigRetain = *AI;
2780     Retains.blot(OrigRetain);
2781     DeadInsts.push_back(OrigRetain);
2782   }
2783   for (SmallPtrSet<Instruction *, 2>::const_iterator
2784        AI = ReleasesToMove.Calls.begin(),
2785        AE = ReleasesToMove.Calls.end(); AI != AE; ++AI) {
2786     Instruction *OrigRelease = *AI;
2787     Releases.erase(OrigRelease);
2788     DeadInsts.push_back(OrigRelease);
2789   }
2790 }
2791
2792 bool
2793 ObjCARCOpt::PerformCodePlacement(DenseMap<const BasicBlock *, BBState>
2794                                    &BBStates,
2795                                  MapVector<Value *, RRInfo> &Retains,
2796                                  DenseMap<Value *, RRInfo> &Releases,
2797                                  Module *M) {
2798   bool AnyPairsCompletelyEliminated = false;
2799   RRInfo RetainsToMove;
2800   RRInfo ReleasesToMove;
2801   SmallVector<Instruction *, 4> NewRetains;
2802   SmallVector<Instruction *, 4> NewReleases;
2803   SmallVector<Instruction *, 8> DeadInsts;
2804
2805   for (MapVector<Value *, RRInfo>::const_iterator I = Retains.begin(),
2806        E = Retains.end(); I != E; ++I) {
2807     Value *V = I->first;
2808     if (!V) continue; // blotted
2809
2810     Instruction *Retain = cast<Instruction>(V);
2811     Value *Arg = GetObjCArg(Retain);
2812
2813     // If the object being released is in static storage, we know it's
2814     // not being managed by ObjC reference counting, so we can delete pairs
2815     // regardless of what possible decrements or uses lie between them.
2816     bool KnownSafe = isa<Constant>(Arg);
2817    
2818     // Same for stack storage, unless this is a non-copy-on-escape
2819     // objc_retainBlock call, which is responsible for copying the block data
2820     // from the stack to the heap.
2821     if ((!I->second.IsRetainBlock || I->second.CopyOnEscape) &&
2822         isa<AllocaInst>(Arg))
2823       KnownSafe = true;
2824
2825     // A constant pointer can't be pointing to an object on the heap. It may
2826     // be reference-counted, but it won't be deleted.
2827     if (const LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(Arg))
2828       if (const GlobalVariable *GV =
2829             dyn_cast<GlobalVariable>(
2830               StripPointerCastsAndObjCCalls(LI->getPointerOperand())))
2831         if (GV->isConstant())
2832           KnownSafe = true;
2833
2834     // If a pair happens in a region where it is known that the reference count
2835     // is already incremented, we can similarly ignore possible decrements.
2836     bool KnownSafeTD = true, KnownSafeBU = true;
2837
2838     // Connect the dots between the top-down-collected RetainsToMove and
2839     // bottom-up-collected ReleasesToMove to form sets of related calls.
2840     // This is an iterative process so that we connect multiple releases
2841     // to multiple retains if needed.
2842     unsigned OldDelta = 0;
2843     unsigned NewDelta = 0;
2844     unsigned OldCount = 0;
2845     unsigned NewCount = 0;
2846     bool FirstRelease = true;
2847     bool FirstRetain = true;
2848     NewRetains.push_back(Retain);
2849     for (;;) {
2850       for (SmallVectorImpl<Instruction *>::const_iterator
2851            NI = NewRetains.begin(), NE = NewRetains.end(); NI != NE; ++NI) {
2852         Instruction *NewRetain = *NI;
2853         MapVector<Value *, RRInfo>::const_iterator It = Retains.find(NewRetain);
2854         assert(It != Retains.end());
2855         const RRInfo &NewRetainRRI = It->second;
2856         KnownSafeTD &= NewRetainRRI.KnownSafe;
2857         for (SmallPtrSet<Instruction *, 2>::const_iterator
2858              LI = NewRetainRRI.Calls.begin(),
2859              LE = NewRetainRRI.Calls.end(); LI != LE; ++LI) {
2860           Instruction *NewRetainRelease = *LI;
2861           DenseMap<Value *, RRInfo>::const_iterator Jt =
2862             Releases.find(NewRetainRelease);
2863           if (Jt == Releases.end())
2864             goto next_retain;
2865           const RRInfo &NewRetainReleaseRRI = Jt->second;
2866           assert(NewRetainReleaseRRI.Calls.count(NewRetain));
2867           if (ReleasesToMove.Calls.insert(NewRetainRelease)) {
2868             OldDelta -=
2869               BBStates[NewRetainRelease->getParent()].GetAllPathCount();
2870
2871             // Merge the ReleaseMetadata and IsTailCallRelease values.
2872             if (FirstRelease) {
2873               ReleasesToMove.ReleaseMetadata =
2874                 NewRetainReleaseRRI.ReleaseMetadata;
2875               ReleasesToMove.IsTailCallRelease =
2876                 NewRetainReleaseRRI.IsTailCallRelease;
2877               FirstRelease = false;
2878             } else {
2879               if (ReleasesToMove.ReleaseMetadata !=
2880                     NewRetainReleaseRRI.ReleaseMetadata)
2881                 ReleasesToMove.ReleaseMetadata = 0;
2882               if (ReleasesToMove.IsTailCallRelease !=
2883                     NewRetainReleaseRRI.IsTailCallRelease)
2884                 ReleasesToMove.IsTailCallRelease = false;
2885             }
2886
2887             // Collect the optimal insertion points.
2888             if (!KnownSafe)
2889               for (SmallPtrSet<Instruction *, 2>::const_iterator
2890                    RI = NewRetainReleaseRRI.ReverseInsertPts.begin(),
2891                    RE = NewRetainReleaseRRI.ReverseInsertPts.end();
2892                    RI != RE; ++RI) {
2893                 Instruction *RIP = *RI;
2894                 if (ReleasesToMove.ReverseInsertPts.insert(RIP))
2895                   NewDelta -= BBStates[RIP->getParent()].GetAllPathCount();
2896               }
2897             NewReleases.push_back(NewRetainRelease);
2898           }
2899         }
2900       }
2901       NewRetains.clear();
2902       if (NewReleases.empty()) break;
2903
2904       // Back the other way.
2905       for (SmallVectorImpl<Instruction *>::const_iterator
2906            NI = NewReleases.begin(), NE = NewReleases.end(); NI != NE; ++NI) {
2907         Instruction *NewRelease = *NI;
2908         DenseMap<Value *, RRInfo>::const_iterator It =
2909           Releases.find(NewRelease);
2910         assert(It != Releases.end());
2911         const RRInfo &NewReleaseRRI = It->second;
2912         KnownSafeBU &= NewReleaseRRI.KnownSafe;
2913         for (SmallPtrSet<Instruction *, 2>::const_iterator
2914              LI = NewReleaseRRI.Calls.begin(),
2915              LE = NewReleaseRRI.Calls.end(); LI != LE; ++LI) {
2916           Instruction *NewReleaseRetain = *LI;
2917           MapVector<Value *, RRInfo>::const_iterator Jt =
2918             Retains.find(NewReleaseRetain);
2919           if (Jt == Retains.end())
2920             goto next_retain;
2921           const RRInfo &NewReleaseRetainRRI = Jt->second;
2922           assert(NewReleaseRetainRRI.Calls.count(NewRelease));
2923           if (RetainsToMove.Calls.insert(NewReleaseRetain)) {
2924             unsigned PathCount =
2925               BBStates[NewReleaseRetain->getParent()].GetAllPathCount();
2926             OldDelta += PathCount;
2927             OldCount += PathCount;
2928
2929             // Merge the IsRetainBlock values.
2930             if (FirstRetain) {
2931               RetainsToMove.IsRetainBlock = NewReleaseRetainRRI.IsRetainBlock;
2932               RetainsToMove.CopyOnEscape = NewReleaseRetainRRI.CopyOnEscape;
2933               FirstRetain = false;
2934             } else if (ReleasesToMove.IsRetainBlock !=
2935                        NewReleaseRetainRRI.IsRetainBlock)
2936               // It's not possible to merge the sequences if one uses
2937               // objc_retain and the other uses objc_retainBlock.
2938               goto next_retain;
2939
2940             // Merge the CopyOnEscape values.
2941             RetainsToMove.CopyOnEscape &= NewReleaseRetainRRI.CopyOnEscape;
2942
2943             // Collect the optimal insertion points.
2944             if (!KnownSafe)
2945               for (SmallPtrSet<Instruction *, 2>::const_iterator
2946                    RI = NewReleaseRetainRRI.ReverseInsertPts.begin(),
2947                    RE = NewReleaseRetainRRI.ReverseInsertPts.end();
2948                    RI != RE; ++RI) {
2949                 Instruction *RIP = *RI;
2950                 if (RetainsToMove.ReverseInsertPts.insert(RIP)) {
2951                   PathCount = BBStates[RIP->getParent()].GetAllPathCount();
2952                   NewDelta += PathCount;
2953                   NewCount += PathCount;
2954                 }
2955               }
2956             NewRetains.push_back(NewReleaseRetain);
2957           }
2958         }
2959       }
2960       NewReleases.clear();
2961       if (NewRetains.empty()) break;
2962     }
2963
2964     // If the pointer is known incremented or nested, we can safely delete the
2965     // pair regardless of what's between them.
2966     if (KnownSafeTD || KnownSafeBU) {
2967       RetainsToMove.ReverseInsertPts.clear();
2968       ReleasesToMove.ReverseInsertPts.clear();
2969       NewCount = 0;
2970     } else {
2971       // Determine whether the new insertion points we computed preserve the
2972       // balance of retain and release calls through the program.
2973       // TODO: If the fully aggressive solution isn't valid, try to find a
2974       // less aggressive solution which is.
2975       if (NewDelta != 0)
2976         goto next_retain;
2977     }
2978
2979     // Determine whether the original call points are balanced in the retain and
2980     // release calls through the program. If not, conservatively don't touch
2981     // them.
2982     // TODO: It's theoretically possible to do code motion in this case, as
2983     // long as the existing imbalances are maintained.
2984     if (OldDelta != 0)
2985       goto next_retain;
2986
2987     // Ok, everything checks out and we're all set. Let's move some code!
2988     Changed = true;
2989     AnyPairsCompletelyEliminated = NewCount == 0;
2990     NumRRs += OldCount - NewCount;
2991     MoveCalls(Arg, RetainsToMove, ReleasesToMove,
2992               Retains, Releases, DeadInsts, M);
2993
2994   next_retain:
2995     NewReleases.clear();
2996     NewRetains.clear();
2997     RetainsToMove.clear();
2998     ReleasesToMove.clear();
2999   }
3000
3001   // Now that we're done moving everything, we can delete the newly dead
3002   // instructions, as we no longer need them as insert points.
3003   while (!DeadInsts.empty())
3004     EraseInstruction(DeadInsts.pop_back_val());
3005
3006   return AnyPairsCompletelyEliminated;
3007 }
3008
3009 /// OptimizeWeakCalls - Weak pointer optimizations.
3010 void ObjCARCOpt::OptimizeWeakCalls(Function &F) {
3011   // First, do memdep-style RLE and S2L optimizations. We can't use memdep
3012   // itself because it uses AliasAnalysis and we need to do provenance
3013   // queries instead.
3014   for (inst_iterator I = inst_begin(&F), E = inst_end(&F); I != E; ) {
3015     Instruction *Inst = &*I++;
3016     InstructionClass Class = GetBasicInstructionClass(Inst);
3017     if (Class != IC_LoadWeak && Class != IC_LoadWeakRetained)
3018       continue;
3019
3020     // Delete objc_loadWeak calls with no users.
3021     if (Class == IC_LoadWeak && Inst->use_empty()) {
3022       Inst->eraseFromParent();
3023       continue;
3024     }
3025
3026     // TODO: For now, just look for an earlier available version of this value
3027     // within the same block. Theoretically, we could do memdep-style non-local
3028     // analysis too, but that would want caching. A better approach would be to
3029     // use the technique that EarlyCSE uses.
3030     inst_iterator Current = llvm::prior(I);
3031     BasicBlock *CurrentBB = Current.getBasicBlockIterator();
3032     for (BasicBlock::iterator B = CurrentBB->begin(),
3033                               J = Current.getInstructionIterator();
3034          J != B; --J) {
3035       Instruction *EarlierInst = &*llvm::prior(J);
3036       InstructionClass EarlierClass = GetInstructionClass(EarlierInst);
3037       switch (EarlierClass) {
3038       case IC_LoadWeak:
3039       case IC_LoadWeakRetained: {
3040         // If this is loading from the same pointer, replace this load's value
3041         // with that one.
3042         CallInst *Call = cast<CallInst>(Inst);
3043         CallInst *EarlierCall = cast<CallInst>(EarlierInst);
3044         Value *Arg = Call->getArgOperand(0);
3045         Value *EarlierArg = EarlierCall->getArgOperand(0);
3046         switch (PA.getAA()->alias(Arg, EarlierArg)) {
3047         case AliasAnalysis::MustAlias:
3048           Changed = true;
3049           // If the load has a builtin retain, insert a plain retain for it.
3050           if (Class == IC_LoadWeakRetained) {
3051             CallInst *CI =
3052               CallInst::Create(getRetainCallee(F.getParent()), EarlierCall,
3053                                "", Call);
3054             CI->setTailCall();
3055           }
3056           // Zap the fully redundant load.
3057           Call->replaceAllUsesWith(EarlierCall);
3058           Call->eraseFromParent();
3059           goto clobbered;
3060         case AliasAnalysis::MayAlias:
3061         case AliasAnalysis::PartialAlias:
3062           goto clobbered;
3063         case AliasAnalysis::NoAlias:
3064           break;
3065         }
3066         break;
3067       }
3068       case IC_StoreWeak:
3069       case IC_InitWeak: {
3070         // If this is storing to the same pointer and has the same size etc.
3071         // replace this load's value with the stored value.
3072         CallInst *Call = cast<CallInst>(Inst);
3073         CallInst *EarlierCall = cast<CallInst>(EarlierInst);
3074         Value *Arg = Call->getArgOperand(0);
3075         Value *EarlierArg = EarlierCall->getArgOperand(0);
3076         switch (PA.getAA()->alias(Arg, EarlierArg)) {
3077         case AliasAnalysis::MustAlias:
3078           Changed = true;
3079           // If the load has a builtin retain, insert a plain retain for it.
3080           if (Class == IC_LoadWeakRetained) {
3081             CallInst *CI =
3082               CallInst::Create(getRetainCallee(F.getParent()), EarlierCall,
3083                                "", Call);
3084             CI->setTailCall();
3085           }
3086           // Zap the fully redundant load.
3087           Call->replaceAllUsesWith(EarlierCall->getArgOperand(1));
3088           Call->eraseFromParent();
3089           goto clobbered;
3090         case AliasAnalysis::MayAlias:
3091         case AliasAnalysis::PartialAlias:
3092           goto clobbered;
3093         case AliasAnalysis::NoAlias:
3094           break;
3095         }
3096         break;
3097       }
3098       case IC_MoveWeak:
3099       case IC_CopyWeak:
3100         // TOOD: Grab the copied value.
3101         goto clobbered;
3102       case IC_AutoreleasepoolPush:
3103       case IC_None:
3104       case IC_User:
3105         // Weak pointers are only modified through the weak entry points
3106         // (and arbitrary calls, which could call the weak entry points).
3107         break;
3108       default:
3109         // Anything else could modify the weak pointer.
3110         goto clobbered;
3111       }
3112     }
3113   clobbered:;
3114   }
3115
3116   // Then, for each destroyWeak with an alloca operand, check to see if
3117   // the alloca and all its users can be zapped.
3118   for (inst_iterator I = inst_begin(&F), E = inst_end(&F); I != E; ) {
3119     Instruction *Inst = &*I++;
3120     InstructionClass Class = GetBasicInstructionClass(Inst);
3121     if (Class != IC_DestroyWeak)
3122       continue;
3123
3124     CallInst *Call = cast<CallInst>(Inst);
3125     Value *Arg = Call->getArgOperand(0);
3126     if (AllocaInst *Alloca = dyn_cast<AllocaInst>(Arg)) {
3127       for (Value::use_iterator UI = Alloca->use_begin(),
3128            UE = Alloca->use_end(); UI != UE; ++UI) {
3129         Instruction *UserInst = cast<Instruction>(*UI);
3130         switch (GetBasicInstructionClass(UserInst)) {
3131         case IC_InitWeak:
3132         case IC_StoreWeak:
3133         case IC_DestroyWeak:
3134           continue;
3135         default:
3136           goto done;
3137         }
3138       }
3139       Changed = true;
3140       for (Value::use_iterator UI = Alloca->use_begin(),
3141            UE = Alloca->use_end(); UI != UE; ) {
3142         CallInst *UserInst = cast<CallInst>(*UI++);
3143         if (!UserInst->use_empty())
3144           UserInst->replaceAllUsesWith(UserInst->getOperand(1));
3145         UserInst->eraseFromParent();
3146       }
3147       Alloca->eraseFromParent();
3148     done:;
3149     }
3150   }
3151 }
3152
3153 /// OptimizeSequences - Identify program paths which execute sequences of
3154 /// retains and releases which can be eliminated.
3155 bool ObjCARCOpt::OptimizeSequences(Function &F) {
3156   /// Releases, Retains - These are used to store the results of the main flow
3157   /// analysis. These use Value* as the key instead of Instruction* so that the
3158   /// map stays valid when we get around to rewriting code and calls get
3159   /// replaced by arguments.
3160   DenseMap<Value *, RRInfo> Releases;
3161   MapVector<Value *, RRInfo> Retains;
3162
3163   /// BBStates, This is used during the traversal of the function to track the
3164   /// states for each identified object at each block.
3165   DenseMap<const BasicBlock *, BBState> BBStates;
3166
3167   // Analyze the CFG of the function, and all instructions.
3168   bool NestingDetected = Visit(F, BBStates, Retains, Releases);
3169
3170   // Transform.
3171   return PerformCodePlacement(BBStates, Retains, Releases, F.getParent()) &&
3172          NestingDetected;
3173 }
3174
3175 /// OptimizeReturns - Look for this pattern:
3176 ///
3177 ///    %call = call i8* @something(...)
3178 ///    %2 = call i8* @objc_retain(i8* %call)
3179 ///    %3 = call i8* @objc_autorelease(i8* %2)
3180 ///    ret i8* %3
3181 ///
3182 /// And delete the retain and autorelease.
3183 ///
3184 /// Otherwise if it's just this:
3185 ///
3186 ///    %3 = call i8* @objc_autorelease(i8* %2)
3187 ///    ret i8* %3
3188 ///
3189 /// convert the autorelease to autoreleaseRV.
3190 void ObjCARCOpt::OptimizeReturns(Function &F) {
3191   if (!F.getReturnType()->isPointerTy())
3192     return;
3193
3194   SmallPtrSet<Instruction *, 4> DependingInstructions;
3195   SmallPtrSet<const BasicBlock *, 4> Visited;
3196   for (Function::iterator FI = F.begin(), FE = F.end(); FI != FE; ++FI) {
3197     BasicBlock *BB = FI;
3198     ReturnInst *Ret = dyn_cast<ReturnInst>(&BB->back());
3199     if (!Ret) continue;
3200
3201     const Value *Arg = StripPointerCastsAndObjCCalls(Ret->getOperand(0));
3202     FindDependencies(NeedsPositiveRetainCount, Arg,
3203                      BB, Ret, DependingInstructions, Visited, PA);
3204     if (DependingInstructions.size() != 1)
3205       goto next_block;
3206
3207     {
3208       CallInst *Autorelease =
3209         dyn_cast_or_null<CallInst>(*DependingInstructions.begin());
3210       if (!Autorelease)
3211         goto next_block;
3212       InstructionClass AutoreleaseClass =
3213         GetBasicInstructionClass(Autorelease);
3214       if (!IsAutorelease(AutoreleaseClass))
3215         goto next_block;
3216       if (GetObjCArg(Autorelease) != Arg)
3217         goto next_block;
3218
3219       DependingInstructions.clear();
3220       Visited.clear();
3221
3222       // Check that there is nothing that can affect the reference
3223       // count between the autorelease and the retain.
3224       FindDependencies(CanChangeRetainCount, Arg,
3225                        BB, Autorelease, DependingInstructions, Visited, PA);
3226       if (DependingInstructions.size() != 1)
3227         goto next_block;
3228
3229       {
3230         CallInst *Retain =
3231           dyn_cast_or_null<CallInst>(*DependingInstructions.begin());
3232
3233         // Check that we found a retain with the same argument.
3234         if (!Retain ||
3235             !IsRetain(GetBasicInstructionClass(Retain)) ||
3236             GetObjCArg(Retain) != Arg)
3237           goto next_block;
3238
3239         DependingInstructions.clear();
3240         Visited.clear();
3241
3242         // Convert the autorelease to an autoreleaseRV, since it's
3243         // returning the value.
3244         if (AutoreleaseClass == IC_Autorelease) {
3245           Autorelease->setCalledFunction(getAutoreleaseRVCallee(F.getParent()));
3246           AutoreleaseClass = IC_AutoreleaseRV;
3247         }
3248
3249         // Check that there is nothing that can affect the reference
3250         // count between the retain and the call.
3251         // Note that Retain need not be in BB.
3252         FindDependencies(CanChangeRetainCount, Arg, Retain->getParent(), Retain,
3253                          DependingInstructions, Visited, PA);
3254         if (DependingInstructions.size() != 1)
3255           goto next_block;
3256
3257         {
3258           CallInst *Call =
3259             dyn_cast_or_null<CallInst>(*DependingInstructions.begin());
3260
3261           // Check that the pointer is the return value of the call.
3262           if (!Call || Arg != Call)
3263             goto next_block;
3264
3265           // Check that the call is a regular call.
3266           InstructionClass Class = GetBasicInstructionClass(Call);
3267           if (Class != IC_CallOrUser && Class != IC_Call)
3268             goto next_block;
3269
3270           // If so, we can zap the retain and autorelease.
3271           Changed = true;
3272           ++NumRets;
3273           EraseInstruction(Retain);
3274           EraseInstruction(Autorelease);
3275         }
3276       }
3277     }
3278
3279   next_block:
3280     DependingInstructions.clear();
3281     Visited.clear();
3282   }
3283 }
3284
3285 bool ObjCARCOpt::doInitialization(Module &M) {
3286   if (!EnableARCOpts)
3287     return false;
3288
3289   Run = ModuleHasARC(M);
3290   if (!Run)
3291     return false;
3292
3293   // Identify the imprecise release metadata kind.
3294   ImpreciseReleaseMDKind =
3295     M.getContext().getMDKindID("clang.imprecise_release");
3296   CopyOnEscapeMDKind =
3297     M.getContext().getMDKindID("clang.arc.copy_on_escape");
3298
3299   // Intuitively, objc_retain and others are nocapture, however in practice
3300   // they are not, because they return their argument value. And objc_release
3301   // calls finalizers.
3302
3303   // These are initialized lazily.
3304   RetainRVCallee = 0;
3305   AutoreleaseRVCallee = 0;
3306   ReleaseCallee = 0;
3307   RetainCallee = 0;
3308   RetainBlockCallee = 0;
3309   AutoreleaseCallee = 0;
3310
3311   return false;
3312 }
3313
3314 bool ObjCARCOpt::runOnFunction(Function &F) {
3315   if (!EnableARCOpts)
3316     return false;
3317
3318   // If nothing in the Module uses ARC, don't do anything.
3319   if (!Run)
3320     return false;
3321
3322   Changed = false;
3323
3324   PA.setAA(&getAnalysis<AliasAnalysis>());
3325
3326   // This pass performs several distinct transformations. As a compile-time aid
3327   // when compiling code that isn't ObjC, skip these if the relevant ObjC
3328   // library functions aren't declared.
3329
3330   // Preliminary optimizations. This also computs UsedInThisFunction.
3331   OptimizeIndividualCalls(F);
3332
3333   // Optimizations for weak pointers.
3334   if (UsedInThisFunction & ((1 << IC_LoadWeak) |
3335                             (1 << IC_LoadWeakRetained) |
3336                             (1 << IC_StoreWeak) |
3337                             (1 << IC_InitWeak) |
3338                             (1 << IC_CopyWeak) |
3339                             (1 << IC_MoveWeak) |
3340                             (1 << IC_DestroyWeak)))
3341     OptimizeWeakCalls(F);
3342
3343   // Optimizations for retain+release pairs.
3344   if (UsedInThisFunction & ((1 << IC_Retain) |
3345                             (1 << IC_RetainRV) |
3346                             (1 << IC_RetainBlock)))
3347     if (UsedInThisFunction & (1 << IC_Release))
3348       // Run OptimizeSequences until it either stops making changes or
3349       // no retain+release pair nesting is detected.
3350       while (OptimizeSequences(F)) {}
3351
3352   // Optimizations if objc_autorelease is used.
3353   if (UsedInThisFunction &
3354       ((1 << IC_Autorelease) | (1 << IC_AutoreleaseRV)))
3355     OptimizeReturns(F);
3356
3357   return Changed;
3358 }
3359
3360 void ObjCARCOpt::releaseMemory() {
3361   PA.clear();
3362 }
3363
3364 //===----------------------------------------------------------------------===//
3365 // ARC contraction.
3366 //===----------------------------------------------------------------------===//
3367
3368 // TODO: ObjCARCContract could insert PHI nodes when uses aren't
3369 // dominated by single calls.
3370
3371 #include "llvm/Operator.h"
3372 #include "llvm/InlineAsm.h"
3373 #include "llvm/Analysis/Dominators.h"
3374
3375 STATISTIC(NumStoreStrongs, "Number objc_storeStrong calls formed");
3376
3377 namespace {
3378   /// ObjCARCContract - Late ARC optimizations.  These change the IR in a way
3379   /// that makes it difficult to be analyzed by ObjCARCOpt, so it's run late.
3380   class ObjCARCContract : public FunctionPass {
3381     bool Changed;
3382     AliasAnalysis *AA;
3383     DominatorTree *DT;
3384     ProvenanceAnalysis PA;
3385
3386     /// Run - A flag indicating whether this optimization pass should run.
3387     bool Run;
3388
3389     /// StoreStrongCallee, etc. - Declarations for ObjC runtime
3390     /// functions, for use in creating calls to them. These are initialized
3391     /// lazily to avoid cluttering up the Module with unused declarations.
3392     Constant *StoreStrongCallee,
3393              *RetainAutoreleaseCallee, *RetainAutoreleaseRVCallee;
3394
3395     /// RetainRVMarker - The inline asm string to insert between calls and
3396     /// RetainRV calls to make the optimization work on targets which need it.
3397     const MDString *RetainRVMarker;
3398
3399     Constant *getStoreStrongCallee(Module *M);
3400     Constant *getRetainAutoreleaseCallee(Module *M);
3401     Constant *getRetainAutoreleaseRVCallee(Module *M);
3402
3403     bool ContractAutorelease(Function &F, Instruction *Autorelease,
3404                              InstructionClass Class,
3405                              SmallPtrSet<Instruction *, 4>
3406                                &DependingInstructions,
3407                              SmallPtrSet<const BasicBlock *, 4>
3408                                &Visited);
3409
3410     void ContractRelease(Instruction *Release,
3411                          inst_iterator &Iter);
3412
3413     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const;
3414     virtual bool doInitialization(Module &M);
3415     virtual bool runOnFunction(Function &F);
3416
3417   public:
3418     static char ID;
3419     ObjCARCContract() : FunctionPass(ID) {
3420       initializeObjCARCContractPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
3421     }
3422   };
3423 }
3424
3425 char ObjCARCContract::ID = 0;
3426 INITIALIZE_PASS_BEGIN(ObjCARCContract,
3427                       "objc-arc-contract", "ObjC ARC contraction", false, false)
3428 INITIALIZE_AG_DEPENDENCY(AliasAnalysis)
3429 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(DominatorTree)
3430 INITIALIZE_PASS_END(ObjCARCContract,
3431                     "objc-arc-contract", "ObjC ARC contraction", false, false)
3432
3433 Pass *llvm::createObjCARCContractPass() {
3434   return new ObjCARCContract();
3435 }
3436
3437 void ObjCARCContract::getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
3438   AU.addRequired<AliasAnalysis>();
3439   AU.addRequired<DominatorTree>();
3440   AU.setPreservesCFG();
3441 }
3442
3443 Constant *ObjCARCContract::getStoreStrongCallee(Module *M) {
3444   if (!StoreStrongCallee) {
3445     LLVMContext &C = M->getContext();
3446     Type *I8X = PointerType::getUnqual(Type::getInt8Ty(C));
3447     Type *I8XX = PointerType::getUnqual(I8X);
3448     std::vector<Type *> Params;
3449     Params.push_back(I8XX);
3450     Params.push_back(I8X);
3451
3452     AttrListPtr Attributes;
3453     Attributes.addAttr(~0u, Attribute::NoUnwind);
3454     Attributes.addAttr(1, Attribute::NoCapture);
3455
3456     StoreStrongCallee =
3457       M->getOrInsertFunction(
3458         "objc_storeStrong",
3459         FunctionType::get(Type::getVoidTy(C), Params, /*isVarArg=*/false),
3460         Attributes);
3461   }
3462   return StoreStrongCallee;
3463 }
3464
3465 Constant *ObjCARCContract::getRetainAutoreleaseCallee(Module *M) {
3466   if (!RetainAutoreleaseCallee) {
3467     LLVMContext &C = M->getContext();
3468     Type *I8X = PointerType::getUnqual(Type::getInt8Ty(C));
3469     std::vector<Type *> Params;
3470     Params.push_back(I8X);
3471     FunctionType *FTy =
3472       FunctionType::get(I8X, Params, /*isVarArg=*/false);
3473     AttrListPtr Attributes;
3474     Attributes.addAttr(~0u, Attribute::NoUnwind);
3475     RetainAutoreleaseCallee =
3476       M->getOrInsertFunction("objc_retainAutorelease", FTy, Attributes);
3477   }
3478   return RetainAutoreleaseCallee;
3479 }
3480
3481 Constant *ObjCARCContract::getRetainAutoreleaseRVCallee(Module *M) {
3482   if (!RetainAutoreleaseRVCallee) {
3483     LLVMContext &C = M->getContext();
3484     Type *I8X = PointerType::getUnqual(Type::getInt8Ty(C));
3485     std::vector<Type *> Params;
3486     Params.push_back(I8X);
3487     FunctionType *FTy =
3488       FunctionType::get(I8X, Params, /*isVarArg=*/false);
3489     AttrListPtr Attributes;
3490     Attributes.addAttr(~0u, Attribute::NoUnwind);
3491     RetainAutoreleaseRVCallee =
3492       M->getOrInsertFunction("objc_retainAutoreleaseReturnValue", FTy,
3493                              Attributes);
3494   }
3495   return RetainAutoreleaseRVCallee;
3496 }
3497
3498 /// ContractAutorelease - Merge an autorelease with a retain into a fused
3499 /// call.
3500 bool
3501 ObjCARCContract::ContractAutorelease(Function &F, Instruction *Autorelease,
3502                                      InstructionClass Class,
3503                                      SmallPtrSet<Instruction *, 4>
3504                                        &DependingInstructions,
3505                                      SmallPtrSet<const BasicBlock *, 4>
3506                                        &Visited) {
3507   const Value *Arg = GetObjCArg(Autorelease);
3508
3509   // Check that there are no instructions between the retain and the autorelease
3510   // (such as an autorelease_pop) which may change the count.
3511   CallInst *Retain = 0;
3512   if (Class == IC_AutoreleaseRV)
3513     FindDependencies(RetainAutoreleaseRVDep, Arg,
3514                      Autorelease->getParent(), Autorelease,
3515                      DependingInstructions, Visited, PA);
3516   else
3517     FindDependencies(RetainAutoreleaseDep, Arg,
3518                      Autorelease->getParent(), Autorelease,
3519                      DependingInstructions, Visited, PA);
3520
3521   Visited.clear();
3522   if (DependingInstructions.size() != 1) {
3523     DependingInstructions.clear();
3524     return false;
3525   }
3526
3527   Retain = dyn_cast_or_null<CallInst>(*DependingInstructions.begin());
3528   DependingInstructions.clear();
3529
3530   if (!Retain ||
3531       GetBasicInstructionClass(Retain) != IC_Retain ||
3532       GetObjCArg(Retain) != Arg)
3533     return false;
3534
3535   Changed = true;
3536   ++NumPeeps;
3537
3538   if (Class == IC_AutoreleaseRV)
3539     Retain->setCalledFunction(getRetainAutoreleaseRVCallee(F.getParent()));
3540   else
3541     Retain->setCalledFunction(getRetainAutoreleaseCallee(F.getParent()));
3542
3543   EraseInstruction(Autorelease);
3544   return true;
3545 }
3546
3547 /// ContractRelease - Attempt to merge an objc_release with a store, load, and
3548 /// objc_retain to form an objc_storeStrong. This can be a little tricky because
3549 /// the instructions don't always appear in order, and there may be unrelated
3550 /// intervening instructions.
3551 void ObjCARCContract::ContractRelease(Instruction *Release,
3552                                       inst_iterator &Iter) {
3553   LoadInst *Load = dyn_cast<LoadInst>(GetObjCArg(Release));
3554   if (!Load || !Load->isSimple()) return;
3555
3556   // For now, require everything to be in one basic block.
3557   BasicBlock *BB = Release->getParent();
3558   if (Load->getParent() != BB) return;
3559
3560   // Walk down to find the store.
3561   BasicBlock::iterator I = Load, End = BB->end();
3562   ++I;
3563   AliasAnalysis::Location Loc = AA->getLocation(Load);
3564   while (I != End &&
3565          (&*I == Release ||
3566           IsRetain(GetBasicInstructionClass(I)) ||
3567           !(AA->getModRefInfo(I, Loc) & AliasAnalysis::Mod)))
3568     ++I;
3569   StoreInst *Store = dyn_cast<StoreInst>(I);
3570   if (!Store || !Store->isSimple()) return;
3571   if (Store->getPointerOperand() != Loc.Ptr) return;
3572
3573   Value *New = StripPointerCastsAndObjCCalls(Store->getValueOperand());
3574
3575   // Walk up to find the retain.
3576   I = Store;
3577   BasicBlock::iterator Begin = BB->begin();
3578   while (I != Begin && GetBasicInstructionClass(I) != IC_Retain)
3579     --I;
3580   Instruction *Retain = I;
3581   if (GetBasicInstructionClass(Retain) != IC_Retain) return;
3582   if (GetObjCArg(Retain) != New) return;
3583
3584   Changed = true;
3585   ++NumStoreStrongs;
3586
3587   LLVMContext &C = Release->getContext();
3588   Type *I8X = PointerType::getUnqual(Type::getInt8Ty(C));
3589   Type *I8XX = PointerType::getUnqual(I8X);
3590
3591   Value *Args[] = { Load->getPointerOperand(), New };
3592   if (Args[0]->getType() != I8XX)
3593     Args[0] = new BitCastInst(Args[0], I8XX, "", Store);
3594   if (Args[1]->getType() != I8X)
3595     Args[1] = new BitCastInst(Args[1], I8X, "", Store);
3596   CallInst *StoreStrong =
3597     CallInst::Create(getStoreStrongCallee(BB->getParent()->getParent()),
3598                      Args, "", Store);
3599   StoreStrong->setDoesNotThrow();
3600   StoreStrong->setDebugLoc(Store->getDebugLoc());
3601
3602   if (&*Iter == Store) ++Iter;
3603   Store->eraseFromParent();
3604   Release->eraseFromParent();
3605   EraseInstruction(Retain);
3606   if (Load->use_empty())
3607     Load->eraseFromParent();
3608 }
3609
3610 bool ObjCARCContract::doInitialization(Module &M) {
3611   Run = ModuleHasARC(M);
3612   if (!Run)
3613     return false;
3614
3615   // These are initialized lazily.
3616   StoreStrongCallee = 0;
3617   RetainAutoreleaseCallee = 0;
3618   RetainAutoreleaseRVCallee = 0;
3619
3620   // Initialize RetainRVMarker.
3621   RetainRVMarker = 0;
3622   if (NamedMDNode *NMD =
3623         M.getNamedMetadata("clang.arc.retainAutoreleasedReturnValueMarker"))
3624     if (NMD->getNumOperands() == 1) {
3625       const MDNode *N = NMD->getOperand(0);
3626       if (N->getNumOperands() == 1)
3627         if (const MDString *S = dyn_cast<MDString>(N->getOperand(0)))
3628           RetainRVMarker = S;
3629     }
3630
3631   return false;
3632 }
3633
3634 bool ObjCARCContract::runOnFunction(Function &F) {
3635   if (!EnableARCOpts)
3636     return false;
3637
3638   // If nothing in the Module uses ARC, don't do anything.
3639   if (!Run)
3640     return false;
3641
3642   Changed = false;
3643   AA = &getAnalysis<AliasAnalysis>();
3644   DT = &getAnalysis<DominatorTree>();
3645
3646   PA.setAA(&getAnalysis<AliasAnalysis>());
3647
3648   // For ObjC library calls which return their argument, replace uses of the
3649   // argument with uses of the call return value, if it dominates the use. This
3650   // reduces register pressure.
3651   SmallPtrSet<Instruction *, 4> DependingInstructions;
3652   SmallPtrSet<const BasicBlock *, 4> Visited;
3653   for (inst_iterator I = inst_begin(&F), E = inst_end(&F); I != E; ) {
3654     Instruction *Inst = &*I++;
3655
3656     // Only these library routines return their argument. In particular,
3657     // objc_retainBlock does not necessarily return its argument.
3658     InstructionClass Class = GetBasicInstructionClass(Inst);
3659     switch (Class) {
3660     case IC_Retain:
3661     case IC_FusedRetainAutorelease:
3662     case IC_FusedRetainAutoreleaseRV:
3663       break;
3664     case IC_Autorelease:
3665     case IC_AutoreleaseRV:
3666       if (ContractAutorelease(F, Inst, Class, DependingInstructions, Visited))
3667         continue;
3668       break;
3669     case IC_RetainRV: {
3670       // If we're compiling for a target which needs a special inline-asm
3671       // marker to do the retainAutoreleasedReturnValue optimization,
3672       // insert it now.
3673       if (!RetainRVMarker)
3674         break;
3675       BasicBlock::iterator BBI = Inst;
3676       --BBI;
3677       while (isNoopInstruction(BBI)) --BBI;
3678       if (&*BBI == GetObjCArg(Inst)) {
3679         InlineAsm *IA =
3680           InlineAsm::get(FunctionType::get(Type::getVoidTy(Inst->getContext()),
3681                                            /*isVarArg=*/false),
3682                          RetainRVMarker->getString(),
3683                          /*Constraints=*/"", /*hasSideEffects=*/true);
3684         CallInst::Create(IA, "", Inst);
3685       }
3686       break;
3687     }
3688     case IC_InitWeak: {
3689       // objc_initWeak(p, null) => *p = null
3690       CallInst *CI = cast<CallInst>(Inst);
3691       if (isNullOrUndef(CI->getArgOperand(1))) {
3692         Value *Null =
3693           ConstantPointerNull::get(cast<PointerType>(CI->getType()));
3694         Changed = true;
3695         new StoreInst(Null, CI->getArgOperand(0), CI);
3696         CI->replaceAllUsesWith(Null);
3697         CI->eraseFromParent();
3698       }
3699       continue;
3700     }
3701     case IC_Release:
3702       ContractRelease(Inst, I);
3703       continue;
3704     default:
3705       continue;
3706     }
3707
3708     // Don't use GetObjCArg because we don't want to look through bitcasts
3709     // and such; to do the replacement, the argument must have type i8*.
3710     const Value *Arg = cast<CallInst>(Inst)->getArgOperand(0);
3711     for (;;) {
3712       // If we're compiling bugpointed code, don't get in trouble.
3713       if (!isa<Instruction>(Arg) && !isa<Argument>(Arg))
3714         break;
3715       // Look through the uses of the pointer.
3716       for (Value::const_use_iterator UI = Arg->use_begin(), UE = Arg->use_end();
3717            UI != UE; ) {
3718         Use &U = UI.getUse();
3719         unsigned OperandNo = UI.getOperandNo();
3720         ++UI; // Increment UI now, because we may unlink its element.
3721         if (Instruction *UserInst = dyn_cast<Instruction>(U.getUser()))
3722           if (Inst != UserInst && DT->dominates(Inst, UserInst)) {
3723             Changed = true;
3724             Instruction *Replacement = Inst;
3725             Type *UseTy = U.get()->getType();
3726             if (PHINode *PHI = dyn_cast<PHINode>(UserInst)) {
3727               // For PHI nodes, insert the bitcast in the predecessor block.
3728               unsigned ValNo =
3729                 PHINode::getIncomingValueNumForOperand(OperandNo);
3730               BasicBlock *BB =
3731                 PHI->getIncomingBlock(ValNo);
3732               if (Replacement->getType() != UseTy)
3733                 Replacement = new BitCastInst(Replacement, UseTy, "",
3734                                               &BB->back());
3735               for (unsigned i = 0, e = PHI->getNumIncomingValues();
3736                    i != e; ++i)
3737                 if (PHI->getIncomingBlock(i) == BB) {
3738                   // Keep the UI iterator valid.
3739                   if (&PHI->getOperandUse(
3740                         PHINode::getOperandNumForIncomingValue(i)) ==
3741                         &UI.getUse())
3742                     ++UI;
3743                   PHI->setIncomingValue(i, Replacement);
3744                 }
3745             } else {
3746               if (Replacement->getType() != UseTy)
3747                 Replacement = new BitCastInst(Replacement, UseTy, "", UserInst);
3748               U.set(Replacement);
3749             }
3750           }
3751       }
3752
3753       // If Arg is a no-op casted pointer, strip one level of casts and
3754       // iterate.
3755       if (const BitCastInst *BI = dyn_cast<BitCastInst>(Arg))
3756         Arg = BI->getOperand(0);
3757       else if (isa<GEPOperator>(Arg) &&
3758                cast<GEPOperator>(Arg)->hasAllZeroIndices())
3759         Arg = cast<GEPOperator>(Arg)->getPointerOperand();
3760       else if (isa<GlobalAlias>(Arg) &&
3761                !cast<GlobalAlias>(Arg)->mayBeOverridden())
3762         Arg = cast<GlobalAlias>(Arg)->getAliasee();
3763       else
3764         break;
3765     }
3766   }
3767
3768   return Changed;
3769 }