Add a depth limit to avoid runaway recursion.
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / Scalar / ObjCARC.cpp
1 //===- ObjCARC.cpp - ObjC ARC Optimization --------------------------------===//
2 //
3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
4 //
5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
6 // License. See LICENSE.TXT for details.
7 //
8 //===----------------------------------------------------------------------===//
9 //
10 // This file defines ObjC ARC optimizations. ARC stands for
11 // Automatic Reference Counting and is a system for managing reference counts
12 // for objects in Objective C.
13 //
14 // The optimizations performed include elimination of redundant, partially
15 // redundant, and inconsequential reference count operations, elimination of
16 // redundant weak pointer operations, pattern-matching and replacement of
17 // low-level operations into higher-level operations, and numerous minor
18 // simplifications.
19 //
20 // This file also defines a simple ARC-aware AliasAnalysis.
21 //
22 // WARNING: This file knows about certain library functions. It recognizes them
23 // by name, and hardwires knowedge of their semantics.
24 //
25 // WARNING: This file knows about how certain Objective-C library functions are
26 // used. Naive LLVM IR transformations which would otherwise be
27 // behavior-preserving may break these assumptions.
28 //
29 //===----------------------------------------------------------------------===//
30
31 #define DEBUG_TYPE "objc-arc"
32 #include "llvm/Function.h"
33 #include "llvm/Intrinsics.h"
34 #include "llvm/GlobalVariable.h"
35 #include "llvm/DerivedTypes.h"
36 #include "llvm/Module.h"
37 #include "llvm/Analysis/ValueTracking.h"
38 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
39 #include "llvm/Support/CallSite.h"
40 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
41 #include "llvm/ADT/StringSwitch.h"
42 #include "llvm/ADT/DenseMap.h"
43 #include "llvm/ADT/STLExtras.h"
44 using namespace llvm;
45
46 // A handy option to enable/disable all optimizations in this file.
47 static cl::opt<bool> EnableARCOpts("enable-objc-arc-opts", cl::init(true));
48
49 //===----------------------------------------------------------------------===//
50 // Misc. Utilities
51 //===----------------------------------------------------------------------===//
52
53 namespace {
54   /// MapVector - An associative container with fast insertion-order
55   /// (deterministic) iteration over its elements. Plus the special
56   /// blot operation.
57   template<class KeyT, class ValueT>
58   class MapVector {
59     /// Map - Map keys to indices in Vector.
60     typedef DenseMap<KeyT, size_t> MapTy;
61     MapTy Map;
62
63     /// Vector - Keys and values.
64     typedef std::vector<std::pair<KeyT, ValueT> > VectorTy;
65     VectorTy Vector;
66
67   public:
68     typedef typename VectorTy::iterator iterator;
69     typedef typename VectorTy::const_iterator const_iterator;
70     iterator begin() { return Vector.begin(); }
71     iterator end() { return Vector.end(); }
72     const_iterator begin() const { return Vector.begin(); }
73     const_iterator end() const { return Vector.end(); }
74
75 #ifdef XDEBUG
76     ~MapVector() {
77       assert(Vector.size() >= Map.size()); // May differ due to blotting.
78       for (typename MapTy::const_iterator I = Map.begin(), E = Map.end();
79            I != E; ++I) {
80         assert(I->second < Vector.size());
81         assert(Vector[I->second].first == I->first);
82       }
83       for (typename VectorTy::const_iterator I = Vector.begin(),
84            E = Vector.end(); I != E; ++I)
85         assert(!I->first ||
86                (Map.count(I->first) &&
87                 Map[I->first] == size_t(I - Vector.begin())));
88     }
89 #endif
90
91     ValueT &operator[](KeyT Arg) {
92       std::pair<typename MapTy::iterator, bool> Pair =
93         Map.insert(std::make_pair(Arg, size_t(0)));
94       if (Pair.second) {
95         Pair.first->second = Vector.size();
96         Vector.push_back(std::make_pair(Arg, ValueT()));
97         return Vector.back().second;
98       }
99       return Vector[Pair.first->second].second;
100     }
101
102     std::pair<iterator, bool>
103     insert(const std::pair<KeyT, ValueT> &InsertPair) {
104       std::pair<typename MapTy::iterator, bool> Pair =
105         Map.insert(std::make_pair(InsertPair.first, size_t(0)));
106       if (Pair.second) {
107         Pair.first->second = Vector.size();
108         Vector.push_back(InsertPair);
109         return std::make_pair(llvm::prior(Vector.end()), true);
110       }
111       return std::make_pair(Vector.begin() + Pair.first->second, false);
112     }
113
114     const_iterator find(KeyT Key) const {
115       typename MapTy::const_iterator It = Map.find(Key);
116       if (It == Map.end()) return Vector.end();
117       return Vector.begin() + It->second;
118     }
119
120     /// blot - This is similar to erase, but instead of removing the element
121     /// from the vector, it just zeros out the key in the vector. This leaves
122     /// iterators intact, but clients must be prepared for zeroed-out keys when
123     /// iterating.
124     void blot(KeyT Key) {
125       typename MapTy::iterator It = Map.find(Key);
126       if (It == Map.end()) return;
127       Vector[It->second].first = KeyT();
128       Map.erase(It);
129     }
130
131     void clear() {
132       Map.clear();
133       Vector.clear();
134     }
135   };
136 }
137
138 //===----------------------------------------------------------------------===//
139 // ARC Utilities.
140 //===----------------------------------------------------------------------===//
141
142 namespace {
143   /// InstructionClass - A simple classification for instructions.
144   enum InstructionClass {
145     IC_Retain,              ///< objc_retain
146     IC_RetainRV,            ///< objc_retainAutoreleasedReturnValue
147     IC_RetainBlock,         ///< objc_retainBlock
148     IC_Release,             ///< objc_release
149     IC_Autorelease,         ///< objc_autorelease
150     IC_AutoreleaseRV,       ///< objc_autoreleaseReturnValue
151     IC_AutoreleasepoolPush, ///< objc_autoreleasePoolPush
152     IC_AutoreleasepoolPop,  ///< objc_autoreleasePoolPop
153     IC_NoopCast,            ///< objc_retainedObject, etc.
154     IC_FusedRetainAutorelease, ///< objc_retainAutorelease
155     IC_FusedRetainAutoreleaseRV, ///< objc_retainAutoreleaseReturnValue
156     IC_LoadWeakRetained,    ///< objc_loadWeakRetained (primitive)
157     IC_StoreWeak,           ///< objc_storeWeak (primitive)
158     IC_InitWeak,            ///< objc_initWeak (derived)
159     IC_LoadWeak,            ///< objc_loadWeak (derived)
160     IC_MoveWeak,            ///< objc_moveWeak (derived)
161     IC_CopyWeak,            ///< objc_copyWeak (derived)
162     IC_DestroyWeak,         ///< objc_destroyWeak (derived)
163     IC_CallOrUser,          ///< could call objc_release and/or "use" pointers
164     IC_Call,                ///< could call objc_release
165     IC_User,                ///< could "use" a pointer
166     IC_None                 ///< anything else
167   };
168 }
169
170 /// IsPotentialUse - Test whether the given value is possible a
171 /// reference-counted pointer.
172 static bool IsPotentialUse(const Value *Op) {
173   // Pointers to static or stack storage are not reference-counted pointers.
174   if (isa<Constant>(Op) || isa<AllocaInst>(Op))
175     return false;
176   // Special arguments are not reference-counted.
177   if (const Argument *Arg = dyn_cast<Argument>(Op))
178     if (Arg->hasByValAttr() ||
179         Arg->hasNestAttr() ||
180         Arg->hasStructRetAttr())
181       return false;
182   // Only consider values with pointer types.
183   // It seemes intuitive to exclude function pointer types as well, since
184   // functions are never reference-counted, however clang occasionally
185   // bitcasts reference-counted pointers to function-pointer type
186   // temporarily.
187   PointerType *Ty = dyn_cast<PointerType>(Op->getType());
188   if (!Ty)
189     return false;
190   // Conservatively assume anything else is a potential use.
191   return true;
192 }
193
194 /// GetCallSiteClass - Helper for GetInstructionClass. Determines what kind
195 /// of construct CS is.
196 static InstructionClass GetCallSiteClass(ImmutableCallSite CS) {
197   for (ImmutableCallSite::arg_iterator I = CS.arg_begin(), E = CS.arg_end();
198        I != E; ++I)
199     if (IsPotentialUse(*I))
200       return CS.onlyReadsMemory() ? IC_User : IC_CallOrUser;
201
202   return CS.onlyReadsMemory() ? IC_None : IC_Call;
203 }
204
205 /// GetFunctionClass - Determine if F is one of the special known Functions.
206 /// If it isn't, return IC_CallOrUser.
207 static InstructionClass GetFunctionClass(const Function *F) {
208   Function::const_arg_iterator AI = F->arg_begin(), AE = F->arg_end();
209
210   // No arguments.
211   if (AI == AE)
212     return StringSwitch<InstructionClass>(F->getName())
213       .Case("objc_autoreleasePoolPush",  IC_AutoreleasepoolPush)
214       .Default(IC_CallOrUser);
215
216   // One argument.
217   const Argument *A0 = AI++;
218   if (AI == AE)
219     // Argument is a pointer.
220     if (PointerType *PTy = dyn_cast<PointerType>(A0->getType())) {
221       Type *ETy = PTy->getElementType();
222       // Argument is i8*.
223       if (ETy->isIntegerTy(8))
224         return StringSwitch<InstructionClass>(F->getName())
225           .Case("objc_retain",                IC_Retain)
226           .Case("objc_retainAutoreleasedReturnValue", IC_RetainRV)
227           .Case("objc_retainBlock",           IC_RetainBlock)
228           .Case("objc_release",               IC_Release)
229           .Case("objc_autorelease",           IC_Autorelease)
230           .Case("objc_autoreleaseReturnValue", IC_AutoreleaseRV)
231           .Case("objc_autoreleasePoolPop",    IC_AutoreleasepoolPop)
232           .Case("objc_retainedObject",        IC_NoopCast)
233           .Case("objc_unretainedObject",      IC_NoopCast)
234           .Case("objc_unretainedPointer",     IC_NoopCast)
235           .Case("objc_retain_autorelease",    IC_FusedRetainAutorelease)
236           .Case("objc_retainAutorelease",     IC_FusedRetainAutorelease)
237           .Case("objc_retainAutoreleaseReturnValue",IC_FusedRetainAutoreleaseRV)
238           .Default(IC_CallOrUser);
239
240       // Argument is i8**
241       if (PointerType *Pte = dyn_cast<PointerType>(ETy))
242         if (Pte->getElementType()->isIntegerTy(8))
243           return StringSwitch<InstructionClass>(F->getName())
244             .Case("objc_loadWeakRetained",      IC_LoadWeakRetained)
245             .Case("objc_loadWeak",              IC_LoadWeak)
246             .Case("objc_destroyWeak",           IC_DestroyWeak)
247             .Default(IC_CallOrUser);
248     }
249
250   // Two arguments, first is i8**.
251   const Argument *A1 = AI++;
252   if (AI == AE)
253     if (PointerType *PTy = dyn_cast<PointerType>(A0->getType()))
254       if (PointerType *Pte = dyn_cast<PointerType>(PTy->getElementType()))
255         if (Pte->getElementType()->isIntegerTy(8))
256           if (PointerType *PTy1 = dyn_cast<PointerType>(A1->getType())) {
257             Type *ETy1 = PTy1->getElementType();
258             // Second argument is i8*
259             if (ETy1->isIntegerTy(8))
260               return StringSwitch<InstructionClass>(F->getName())
261                      .Case("objc_storeWeak",             IC_StoreWeak)
262                      .Case("objc_initWeak",              IC_InitWeak)
263                      .Default(IC_CallOrUser);
264             // Second argument is i8**.
265             if (PointerType *Pte1 = dyn_cast<PointerType>(ETy1))
266               if (Pte1->getElementType()->isIntegerTy(8))
267                 return StringSwitch<InstructionClass>(F->getName())
268                        .Case("objc_moveWeak",              IC_MoveWeak)
269                        .Case("objc_copyWeak",              IC_CopyWeak)
270                        .Default(IC_CallOrUser);
271           }
272
273   // Anything else.
274   return IC_CallOrUser;
275 }
276
277 /// GetInstructionClass - Determine what kind of construct V is.
278 static InstructionClass GetInstructionClass(const Value *V) {
279   if (const Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V)) {
280     // Any instruction other than bitcast and gep with a pointer operand have a
281     // use of an objc pointer. Bitcasts, GEPs, Selects, PHIs transfer a pointer
282     // to a subsequent use, rather than using it themselves, in this sense.
283     // As a short cut, several other opcodes are known to have no pointer
284     // operands of interest. And ret is never followed by a release, so it's
285     // not interesting to examine.
286     switch (I->getOpcode()) {
287     case Instruction::Call: {
288       const CallInst *CI = cast<CallInst>(I);
289       // Check for calls to special functions.
290       if (const Function *F = CI->getCalledFunction()) {
291         InstructionClass Class = GetFunctionClass(F);
292         if (Class != IC_CallOrUser)
293           return Class;
294
295         // None of the intrinsic functions do objc_release. For intrinsics, the
296         // only question is whether or not they may be users.
297         switch (F->getIntrinsicID()) {
298         case 0: break;
299         case Intrinsic::bswap: case Intrinsic::ctpop:
300         case Intrinsic::ctlz: case Intrinsic::cttz:
301         case Intrinsic::returnaddress: case Intrinsic::frameaddress:
302         case Intrinsic::stacksave: case Intrinsic::stackrestore:
303         case Intrinsic::vastart: case Intrinsic::vacopy: case Intrinsic::vaend:
304         // Don't let dbg info affect our results.
305         case Intrinsic::dbg_declare: case Intrinsic::dbg_value:
306           // Short cut: Some intrinsics obviously don't use ObjC pointers.
307           return IC_None;
308         default:
309           for (Function::const_arg_iterator AI = F->arg_begin(),
310                AE = F->arg_end(); AI != AE; ++AI)
311             if (IsPotentialUse(AI))
312               return IC_User;
313           return IC_None;
314         }
315       }
316       return GetCallSiteClass(CI);
317     }
318     case Instruction::Invoke:
319       return GetCallSiteClass(cast<InvokeInst>(I));
320     case Instruction::BitCast:
321     case Instruction::GetElementPtr:
322     case Instruction::Select: case Instruction::PHI:
323     case Instruction::Ret: case Instruction::Br:
324     case Instruction::Switch: case Instruction::IndirectBr:
325     case Instruction::Alloca: case Instruction::VAArg:
326     case Instruction::Add: case Instruction::FAdd:
327     case Instruction::Sub: case Instruction::FSub:
328     case Instruction::Mul: case Instruction::FMul:
329     case Instruction::SDiv: case Instruction::UDiv: case Instruction::FDiv:
330     case Instruction::SRem: case Instruction::URem: case Instruction::FRem:
331     case Instruction::Shl: case Instruction::LShr: case Instruction::AShr:
332     case Instruction::And: case Instruction::Or: case Instruction::Xor:
333     case Instruction::SExt: case Instruction::ZExt: case Instruction::Trunc:
334     case Instruction::IntToPtr: case Instruction::FCmp:
335     case Instruction::FPTrunc: case Instruction::FPExt:
336     case Instruction::FPToUI: case Instruction::FPToSI:
337     case Instruction::UIToFP: case Instruction::SIToFP:
338     case Instruction::InsertElement: case Instruction::ExtractElement:
339     case Instruction::ShuffleVector:
340     case Instruction::ExtractValue:
341       break;
342     case Instruction::ICmp:
343       // Comparing a pointer with null, or any other constant, isn't an
344       // interesting use, because we don't care what the pointer points to, or
345       // about the values of any other dynamic reference-counted pointers.
346       if (IsPotentialUse(I->getOperand(1)))
347         return IC_User;
348       break;
349     default:
350       // For anything else, check all the operands.
351       // Note that this includes both operands of a Store: while the first
352       // operand isn't actually being dereferenced, it is being stored to
353       // memory where we can no longer track who might read it and dereference
354       // it, so we have to consider it potentially used.
355       for (User::const_op_iterator OI = I->op_begin(), OE = I->op_end();
356            OI != OE; ++OI)
357         if (IsPotentialUse(*OI))
358           return IC_User;
359     }
360   }
361
362   // Otherwise, it's totally inert for ARC purposes.
363   return IC_None;
364 }
365
366 /// GetBasicInstructionClass - Determine what kind of construct V is. This is
367 /// similar to GetInstructionClass except that it only detects objc runtine
368 /// calls. This allows it to be faster.
369 static InstructionClass GetBasicInstructionClass(const Value *V) {
370   if (const CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(V)) {
371     if (const Function *F = CI->getCalledFunction())
372       return GetFunctionClass(F);
373     // Otherwise, be conservative.
374     return IC_CallOrUser;
375   }
376
377   // Otherwise, be conservative.
378   return isa<InvokeInst>(V) ? IC_CallOrUser : IC_User;
379 }
380
381 /// IsRetain - Test if the the given class is objc_retain or
382 /// equivalent.
383 static bool IsRetain(InstructionClass Class) {
384   return Class == IC_Retain ||
385          Class == IC_RetainRV;
386 }
387
388 /// IsAutorelease - Test if the the given class is objc_autorelease or
389 /// equivalent.
390 static bool IsAutorelease(InstructionClass Class) {
391   return Class == IC_Autorelease ||
392          Class == IC_AutoreleaseRV;
393 }
394
395 /// IsForwarding - Test if the given class represents instructions which return
396 /// their argument verbatim.
397 static bool IsForwarding(InstructionClass Class) {
398   // objc_retainBlock technically doesn't always return its argument
399   // verbatim, but it doesn't matter for our purposes here.
400   return Class == IC_Retain ||
401          Class == IC_RetainRV ||
402          Class == IC_Autorelease ||
403          Class == IC_AutoreleaseRV ||
404          Class == IC_RetainBlock ||
405          Class == IC_NoopCast;
406 }
407
408 /// IsNoopOnNull - Test if the given class represents instructions which do
409 /// nothing if passed a null pointer.
410 static bool IsNoopOnNull(InstructionClass Class) {
411   return Class == IC_Retain ||
412          Class == IC_RetainRV ||
413          Class == IC_Release ||
414          Class == IC_Autorelease ||
415          Class == IC_AutoreleaseRV ||
416          Class == IC_RetainBlock;
417 }
418
419 /// IsAlwaysTail - Test if the given class represents instructions which are
420 /// always safe to mark with the "tail" keyword.
421 static bool IsAlwaysTail(InstructionClass Class) {
422   // IC_RetainBlock may be given a stack argument.
423   return Class == IC_Retain ||
424          Class == IC_RetainRV ||
425          Class == IC_Autorelease ||
426          Class == IC_AutoreleaseRV;
427 }
428
429 /// IsNoThrow - Test if the given class represents instructions which are always
430 /// safe to mark with the nounwind attribute..
431 static bool IsNoThrow(InstructionClass Class) {
432   // objc_retainBlock is not nounwind because it calls user copy constructors
433   // which could theoretically throw.
434   return Class == IC_Retain ||
435          Class == IC_RetainRV ||
436          Class == IC_Release ||
437          Class == IC_Autorelease ||
438          Class == IC_AutoreleaseRV ||
439          Class == IC_AutoreleasepoolPush ||
440          Class == IC_AutoreleasepoolPop;
441 }
442
443 /// EraseInstruction - Erase the given instruction. ObjC calls return their
444 /// argument verbatim, so if it's such a call and the return value has users,
445 /// replace them with the argument value.
446 static void EraseInstruction(Instruction *CI) {
447   Value *OldArg = cast<CallInst>(CI)->getArgOperand(0);
448
449   bool Unused = CI->use_empty();
450
451   if (!Unused) {
452     // Replace the return value with the argument.
453     assert(IsForwarding(GetBasicInstructionClass(CI)) &&
454            "Can't delete non-forwarding instruction with users!");
455     CI->replaceAllUsesWith(OldArg);
456   }
457
458   CI->eraseFromParent();
459
460   if (Unused)
461     RecursivelyDeleteTriviallyDeadInstructions(OldArg);
462 }
463
464 /// GetUnderlyingObjCPtr - This is a wrapper around getUnderlyingObject which
465 /// also knows how to look through objc_retain and objc_autorelease calls, which
466 /// we know to return their argument verbatim.
467 static const Value *GetUnderlyingObjCPtr(const Value *V) {
468   for (;;) {
469     V = GetUnderlyingObject(V);
470     if (!IsForwarding(GetBasicInstructionClass(V)))
471       break;
472     V = cast<CallInst>(V)->getArgOperand(0);
473   }
474
475   return V;
476 }
477
478 /// StripPointerCastsAndObjCCalls - This is a wrapper around
479 /// Value::stripPointerCasts which also knows how to look through objc_retain
480 /// and objc_autorelease calls, which we know to return their argument verbatim.
481 static const Value *StripPointerCastsAndObjCCalls(const Value *V) {
482   for (;;) {
483     V = V->stripPointerCasts();
484     if (!IsForwarding(GetBasicInstructionClass(V)))
485       break;
486     V = cast<CallInst>(V)->getArgOperand(0);
487   }
488   return V;
489 }
490
491 /// StripPointerCastsAndObjCCalls - This is a wrapper around
492 /// Value::stripPointerCasts which also knows how to look through objc_retain
493 /// and objc_autorelease calls, which we know to return their argument verbatim.
494 static Value *StripPointerCastsAndObjCCalls(Value *V) {
495   for (;;) {
496     V = V->stripPointerCasts();
497     if (!IsForwarding(GetBasicInstructionClass(V)))
498       break;
499     V = cast<CallInst>(V)->getArgOperand(0);
500   }
501   return V;
502 }
503
504 /// GetObjCArg - Assuming the given instruction is one of the special calls such
505 /// as objc_retain or objc_release, return the argument value, stripped of no-op
506 /// casts and forwarding calls.
507 static Value *GetObjCArg(Value *Inst) {
508   return StripPointerCastsAndObjCCalls(cast<CallInst>(Inst)->getArgOperand(0));
509 }
510
511 /// IsObjCIdentifiedObject - This is similar to AliasAnalysis'
512 /// isObjCIdentifiedObject, except that it uses special knowledge of
513 /// ObjC conventions...
514 static bool IsObjCIdentifiedObject(const Value *V) {
515   // Assume that call results and arguments have their own "provenance".
516   // Constants (including GlobalVariables) and Allocas are never
517   // reference-counted.
518   if (isa<CallInst>(V) || isa<InvokeInst>(V) ||
519       isa<Argument>(V) || isa<Constant>(V) ||
520       isa<AllocaInst>(V))
521     return true;
522
523   if (const LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(V)) {
524     const Value *Pointer =
525       StripPointerCastsAndObjCCalls(LI->getPointerOperand());
526     if (const GlobalVariable *GV = dyn_cast<GlobalVariable>(Pointer)) {
527       // A constant pointer can't be pointing to an object on the heap. It may
528       // be reference-counted, but it won't be deleted.
529       if (GV->isConstant())
530         return true;
531       StringRef Name = GV->getName();
532       // These special variables are known to hold values which are not
533       // reference-counted pointers.
534       if (Name.startswith("\01L_OBJC_SELECTOR_REFERENCES_") ||
535           Name.startswith("\01L_OBJC_CLASSLIST_REFERENCES_") ||
536           Name.startswith("\01L_OBJC_CLASSLIST_SUP_REFS_$_") ||
537           Name.startswith("\01L_OBJC_METH_VAR_NAME_") ||
538           Name.startswith("\01l_objc_msgSend_fixup_"))
539         return true;
540     }
541   }
542
543   return false;
544 }
545
546 /// FindSingleUseIdentifiedObject - This is similar to
547 /// StripPointerCastsAndObjCCalls but it stops as soon as it finds a value
548 /// with multiple uses.
549 static const Value *FindSingleUseIdentifiedObject(const Value *Arg) {
550   if (Arg->hasOneUse()) {
551     if (const BitCastInst *BC = dyn_cast<BitCastInst>(Arg))
552       return FindSingleUseIdentifiedObject(BC->getOperand(0));
553     if (const GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(Arg))
554       if (GEP->hasAllZeroIndices())
555         return FindSingleUseIdentifiedObject(GEP->getPointerOperand());
556     if (IsForwarding(GetBasicInstructionClass(Arg)))
557       return FindSingleUseIdentifiedObject(
558                cast<CallInst>(Arg)->getArgOperand(0));
559     if (!IsObjCIdentifiedObject(Arg))
560       return 0;
561     return Arg;
562   }
563
564   // If we found an identifiable object but it has multiple uses, but they
565   // are trivial uses, we can still consider this to be a single-use
566   // value.
567   if (IsObjCIdentifiedObject(Arg)) {
568     for (Value::const_use_iterator UI = Arg->use_begin(), UE = Arg->use_end();
569          UI != UE; ++UI) {
570       const User *U = *UI;
571       if (!U->use_empty() || StripPointerCastsAndObjCCalls(U) != Arg)
572          return 0;
573     }
574
575     return Arg;
576   }
577
578   return 0;
579 }
580
581 /// ModuleHasARC - Test if the given module looks interesting to run ARC
582 /// optimization on.
583 static bool ModuleHasARC(const Module &M) {
584   return
585     M.getNamedValue("objc_retain") ||
586     M.getNamedValue("objc_release") ||
587     M.getNamedValue("objc_autorelease") ||
588     M.getNamedValue("objc_retainAutoreleasedReturnValue") ||
589     M.getNamedValue("objc_retainBlock") ||
590     M.getNamedValue("objc_autoreleaseReturnValue") ||
591     M.getNamedValue("objc_autoreleasePoolPush") ||
592     M.getNamedValue("objc_loadWeakRetained") ||
593     M.getNamedValue("objc_loadWeak") ||
594     M.getNamedValue("objc_destroyWeak") ||
595     M.getNamedValue("objc_storeWeak") ||
596     M.getNamedValue("objc_initWeak") ||
597     M.getNamedValue("objc_moveWeak") ||
598     M.getNamedValue("objc_copyWeak") ||
599     M.getNamedValue("objc_retainedObject") ||
600     M.getNamedValue("objc_unretainedObject") ||
601     M.getNamedValue("objc_unretainedPointer");
602 }
603
604 /// DoesObjCBlockEscape - Test whether the given pointer, which is an
605 /// Objective C block pointer, does not "escape". This differs from regular
606 /// escape analysis in that a use as an argument to a call is not considered
607 /// an escape.
608 static bool DoesObjCBlockEscape(const Value *BlockPtr) {
609   // Walk the def-use chains.
610   SmallVector<const Value *, 4> Worklist;
611   Worklist.push_back(BlockPtr);
612   do {
613     const Value *V = Worklist.pop_back_val();
614     for (Value::const_use_iterator UI = V->use_begin(), UE = V->use_end();
615          UI != UE; ++UI) {
616       const User *UUser = *UI;
617       // Special - Use by a call (callee or argument) is not considered
618       // to be an escape.
619       if (isa<CallInst>(UUser) || isa<InvokeInst>(UUser))
620         continue;
621       if (isa<BitCastInst>(UUser) || isa<GetElementPtrInst>(UUser) ||
622           isa<PHINode>(UUser) || isa<SelectInst>(UUser)) {
623         Worklist.push_back(UUser);
624         continue;
625       }
626       return true;
627     }
628   } while (!Worklist.empty());
629
630   // No escapes found.
631   return false;
632 }
633
634 //===----------------------------------------------------------------------===//
635 // ARC AliasAnalysis.
636 //===----------------------------------------------------------------------===//
637
638 #include "llvm/Pass.h"
639 #include "llvm/Analysis/AliasAnalysis.h"
640 #include "llvm/Analysis/Passes.h"
641
642 namespace {
643   /// ObjCARCAliasAnalysis - This is a simple alias analysis
644   /// implementation that uses knowledge of ARC constructs to answer queries.
645   ///
646   /// TODO: This class could be generalized to know about other ObjC-specific
647   /// tricks. Such as knowing that ivars in the non-fragile ABI are non-aliasing
648   /// even though their offsets are dynamic.
649   class ObjCARCAliasAnalysis : public ImmutablePass,
650                                public AliasAnalysis {
651   public:
652     static char ID; // Class identification, replacement for typeinfo
653     ObjCARCAliasAnalysis() : ImmutablePass(ID) {
654       initializeObjCARCAliasAnalysisPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
655     }
656
657   private:
658     virtual void initializePass() {
659       InitializeAliasAnalysis(this);
660     }
661
662     /// getAdjustedAnalysisPointer - This method is used when a pass implements
663     /// an analysis interface through multiple inheritance.  If needed, it
664     /// should override this to adjust the this pointer as needed for the
665     /// specified pass info.
666     virtual void *getAdjustedAnalysisPointer(const void *PI) {
667       if (PI == &AliasAnalysis::ID)
668         return (AliasAnalysis*)this;
669       return this;
670     }
671
672     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const;
673     virtual AliasResult alias(const Location &LocA, const Location &LocB);
674     virtual bool pointsToConstantMemory(const Location &Loc, bool OrLocal);
675     virtual ModRefBehavior getModRefBehavior(ImmutableCallSite CS);
676     virtual ModRefBehavior getModRefBehavior(const Function *F);
677     virtual ModRefResult getModRefInfo(ImmutableCallSite CS,
678                                        const Location &Loc);
679     virtual ModRefResult getModRefInfo(ImmutableCallSite CS1,
680                                        ImmutableCallSite CS2);
681   };
682 }  // End of anonymous namespace
683
684 // Register this pass...
685 char ObjCARCAliasAnalysis::ID = 0;
686 INITIALIZE_AG_PASS(ObjCARCAliasAnalysis, AliasAnalysis, "objc-arc-aa",
687                    "ObjC-ARC-Based Alias Analysis", false, true, false)
688
689 ImmutablePass *llvm::createObjCARCAliasAnalysisPass() {
690   return new ObjCARCAliasAnalysis();
691 }
692
693 void
694 ObjCARCAliasAnalysis::getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
695   AU.setPreservesAll();
696   AliasAnalysis::getAnalysisUsage(AU);
697 }
698
699 AliasAnalysis::AliasResult
700 ObjCARCAliasAnalysis::alias(const Location &LocA, const Location &LocB) {
701   if (!EnableARCOpts)
702     return AliasAnalysis::alias(LocA, LocB);
703
704   // First, strip off no-ops, including ObjC-specific no-ops, and try making a
705   // precise alias query.
706   const Value *SA = StripPointerCastsAndObjCCalls(LocA.Ptr);
707   const Value *SB = StripPointerCastsAndObjCCalls(LocB.Ptr);
708   AliasResult Result =
709     AliasAnalysis::alias(Location(SA, LocA.Size, LocA.TBAATag),
710                          Location(SB, LocB.Size, LocB.TBAATag));
711   if (Result != MayAlias)
712     return Result;
713
714   // If that failed, climb to the underlying object, including climbing through
715   // ObjC-specific no-ops, and try making an imprecise alias query.
716   const Value *UA = GetUnderlyingObjCPtr(SA);
717   const Value *UB = GetUnderlyingObjCPtr(SB);
718   if (UA != SA || UB != SB) {
719     Result = AliasAnalysis::alias(Location(UA), Location(UB));
720     // We can't use MustAlias or PartialAlias results here because
721     // GetUnderlyingObjCPtr may return an offsetted pointer value.
722     if (Result == NoAlias)
723       return NoAlias;
724   }
725
726   // If that failed, fail. We don't need to chain here, since that's covered
727   // by the earlier precise query.
728   return MayAlias;
729 }
730
731 bool
732 ObjCARCAliasAnalysis::pointsToConstantMemory(const Location &Loc,
733                                              bool OrLocal) {
734   if (!EnableARCOpts)
735     return AliasAnalysis::pointsToConstantMemory(Loc, OrLocal);
736
737   // First, strip off no-ops, including ObjC-specific no-ops, and try making
738   // a precise alias query.
739   const Value *S = StripPointerCastsAndObjCCalls(Loc.Ptr);
740   if (AliasAnalysis::pointsToConstantMemory(Location(S, Loc.Size, Loc.TBAATag),
741                                             OrLocal))
742     return true;
743
744   // If that failed, climb to the underlying object, including climbing through
745   // ObjC-specific no-ops, and try making an imprecise alias query.
746   const Value *U = GetUnderlyingObjCPtr(S);
747   if (U != S)
748     return AliasAnalysis::pointsToConstantMemory(Location(U), OrLocal);
749
750   // If that failed, fail. We don't need to chain here, since that's covered
751   // by the earlier precise query.
752   return false;
753 }
754
755 AliasAnalysis::ModRefBehavior
756 ObjCARCAliasAnalysis::getModRefBehavior(ImmutableCallSite CS) {
757   // We have nothing to do. Just chain to the next AliasAnalysis.
758   return AliasAnalysis::getModRefBehavior(CS);
759 }
760
761 AliasAnalysis::ModRefBehavior
762 ObjCARCAliasAnalysis::getModRefBehavior(const Function *F) {
763   if (!EnableARCOpts)
764     return AliasAnalysis::getModRefBehavior(F);
765
766   switch (GetFunctionClass(F)) {
767   case IC_NoopCast:
768     return DoesNotAccessMemory;
769   default:
770     break;
771   }
772
773   return AliasAnalysis::getModRefBehavior(F);
774 }
775
776 AliasAnalysis::ModRefResult
777 ObjCARCAliasAnalysis::getModRefInfo(ImmutableCallSite CS, const Location &Loc) {
778   if (!EnableARCOpts)
779     return AliasAnalysis::getModRefInfo(CS, Loc);
780
781   switch (GetBasicInstructionClass(CS.getInstruction())) {
782   case IC_Retain:
783   case IC_RetainRV:
784   case IC_Autorelease:
785   case IC_AutoreleaseRV:
786   case IC_NoopCast:
787   case IC_AutoreleasepoolPush:
788   case IC_FusedRetainAutorelease:
789   case IC_FusedRetainAutoreleaseRV:
790     // These functions don't access any memory visible to the compiler.
791     // Note that this doesn't include objc_retainBlock, becuase it updates
792     // pointers when it copies block data.
793     return NoModRef;
794   default:
795     break;
796   }
797
798   return AliasAnalysis::getModRefInfo(CS, Loc);
799 }
800
801 AliasAnalysis::ModRefResult
802 ObjCARCAliasAnalysis::getModRefInfo(ImmutableCallSite CS1,
803                                     ImmutableCallSite CS2) {
804   // TODO: Theoretically we could check for dependencies between objc_* calls
805   // and OnlyAccessesArgumentPointees calls or other well-behaved calls.
806   return AliasAnalysis::getModRefInfo(CS1, CS2);
807 }
808
809 //===----------------------------------------------------------------------===//
810 // ARC expansion.
811 //===----------------------------------------------------------------------===//
812
813 #include "llvm/Support/InstIterator.h"
814 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
815
816 namespace {
817   /// ObjCARCExpand - Early ARC transformations.
818   class ObjCARCExpand : public FunctionPass {
819     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const;
820     virtual bool doInitialization(Module &M);
821     virtual bool runOnFunction(Function &F);
822
823     /// Run - A flag indicating whether this optimization pass should run.
824     bool Run;
825
826   public:
827     static char ID;
828     ObjCARCExpand() : FunctionPass(ID) {
829       initializeObjCARCExpandPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
830     }
831   };
832 }
833
834 char ObjCARCExpand::ID = 0;
835 INITIALIZE_PASS(ObjCARCExpand,
836                 "objc-arc-expand", "ObjC ARC expansion", false, false)
837
838 Pass *llvm::createObjCARCExpandPass() {
839   return new ObjCARCExpand();
840 }
841
842 void ObjCARCExpand::getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
843   AU.setPreservesCFG();
844 }
845
846 bool ObjCARCExpand::doInitialization(Module &M) {
847   Run = ModuleHasARC(M);
848   return false;
849 }
850
851 bool ObjCARCExpand::runOnFunction(Function &F) {
852   if (!EnableARCOpts)
853     return false;
854
855   // If nothing in the Module uses ARC, don't do anything.
856   if (!Run)
857     return false;
858
859   bool Changed = false;
860
861   for (inst_iterator I = inst_begin(&F), E = inst_end(&F); I != E; ++I) {
862     Instruction *Inst = &*I;
863
864     switch (GetBasicInstructionClass(Inst)) {
865     case IC_Retain:
866     case IC_RetainRV:
867     case IC_Autorelease:
868     case IC_AutoreleaseRV:
869     case IC_FusedRetainAutorelease:
870     case IC_FusedRetainAutoreleaseRV:
871       // These calls return their argument verbatim, as a low-level
872       // optimization. However, this makes high-level optimizations
873       // harder. Undo any uses of this optimization that the front-end
874       // emitted here. We'll redo them in a later pass.
875       Changed = true;
876       Inst->replaceAllUsesWith(cast<CallInst>(Inst)->getArgOperand(0));
877       break;
878     default:
879       break;
880     }
881   }
882
883   return Changed;
884 }
885
886 //===----------------------------------------------------------------------===//
887 // ARC autorelease pool elimination.
888 //===----------------------------------------------------------------------===//
889
890 #include "llvm/Constants.h"
891
892 namespace {
893   /// ObjCARCAPElim - Autorelease pool elimination.
894   class ObjCARCAPElim : public ModulePass {
895     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const;
896     virtual bool runOnModule(Module &M);
897
898     bool MayAutorelease(CallSite CS, unsigned Depth = 0);
899     bool OptimizeBB(BasicBlock *BB);
900
901   public:
902     static char ID;
903     ObjCARCAPElim() : ModulePass(ID) {
904       initializeObjCARCAPElimPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
905     }
906   };
907 }
908
909 char ObjCARCAPElim::ID = 0;
910 INITIALIZE_PASS(ObjCARCAPElim,
911                 "objc-arc-apelim",
912                 "ObjC ARC autorelease pool elimination",
913                 false, false)
914
915 Pass *llvm::createObjCARCAPElimPass() {
916   return new ObjCARCAPElim();
917 }
918
919 void ObjCARCAPElim::getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
920   AU.setPreservesCFG();
921 }
922
923 /// MayAutorelease - Interprocedurally determine if calls made by the
924 /// given call site can possibly produce autoreleases.
925 bool ObjCARCAPElim::MayAutorelease(CallSite CS, unsigned Depth) {
926   if (Function *Callee = CS.getCalledFunction()) {
927     if (Callee->isDeclaration() || Callee->mayBeOverridden())
928       return true;
929     for (Function::iterator I = Callee->begin(), E = Callee->end();
930          I != E; ++I) {
931       BasicBlock *BB = I;
932       for (BasicBlock::iterator J = BB->begin(), F = BB->end(); J != F; ++J)
933         if (CallSite JCS = CallSite(J))
934           // This recursion depth limit is arbitrary. It's just great
935           // enough to cover known interesting testcases.
936           if (Depth < 3 &&
937               !JCS.onlyReadsMemory() &&
938               MayAutorelease(JCS, Depth + 1))
939             return true;
940     }
941     return false;
942   }
943
944   return true;
945 }
946
947 bool ObjCARCAPElim::OptimizeBB(BasicBlock *BB) {
948   bool Changed = false;
949
950   Instruction *Push = 0;
951   for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(), E = BB->end(); I != E; ) {
952     Instruction *Inst = I++;
953     switch (GetBasicInstructionClass(Inst)) {
954     case IC_AutoreleasepoolPush:
955       Push = Inst;
956       break;
957     case IC_AutoreleasepoolPop:
958       // If this pop matches a push and nothing in between can autorelease,
959       // zap the pair.
960       if (Push && cast<CallInst>(Inst)->getArgOperand(0) == Push) {
961         Changed = true;
962         Inst->eraseFromParent();
963         Push->eraseFromParent();
964       }
965       Push = 0;
966       break;
967     case IC_CallOrUser:
968       if (MayAutorelease(CallSite(Inst)))
969         Push = 0;
970       break;
971     default:
972       break;
973     }
974   }
975
976   return Changed;
977 }
978
979 bool ObjCARCAPElim::runOnModule(Module &M) {
980   if (!EnableARCOpts)
981     return false;
982
983   // If nothing in the Module uses ARC, don't do anything.
984   if (!ModuleHasARC(M))
985     return false;
986
987   // Find the llvm.global_ctors variable, as the first step in
988   // identifying the global constructors.
989   GlobalVariable *GV = M.getGlobalVariable("llvm.global_ctors");
990   if (!GV)
991     return false;
992
993   assert(GV->hasDefinitiveInitializer() &&
994          "llvm.global_ctors is uncooperative!");
995
996   bool Changed = false;
997
998   // Dig the constructor functions out of GV's initializer.
999   ConstantArray *Init = cast<ConstantArray>(GV->getInitializer());
1000   for (User::op_iterator OI = Init->op_begin(), OE = Init->op_end();
1001        OI != OE; ++OI) {
1002     Value *Op = *OI;
1003     // llvm.global_ctors is an array of pairs where the second members
1004     // are constructor functions.
1005     Function *F = cast<Function>(cast<ConstantStruct>(Op)->getOperand(1));
1006     // Only look at function definitions.
1007     if (F->isDeclaration())
1008       continue;
1009     // Only look at functions with one basic block.
1010     if (llvm::next(F->begin()) != F->end())
1011       continue;
1012     // Ok, a single-block constructor function definition. Try to optimize it.
1013     Changed |= OptimizeBB(F->begin());
1014   }
1015
1016   return Changed;
1017 }
1018
1019 //===----------------------------------------------------------------------===//
1020 // ARC optimization.
1021 //===----------------------------------------------------------------------===//
1022
1023 // TODO: On code like this:
1024 //
1025 // objc_retain(%x)
1026 // stuff_that_cannot_release()
1027 // objc_autorelease(%x)
1028 // stuff_that_cannot_release()
1029 // objc_retain(%x)
1030 // stuff_that_cannot_release()
1031 // objc_autorelease(%x)
1032 //
1033 // The second retain and autorelease can be deleted.
1034
1035 // TODO: It should be possible to delete
1036 // objc_autoreleasePoolPush and objc_autoreleasePoolPop
1037 // pairs if nothing is actually autoreleased between them. Also, autorelease
1038 // calls followed by objc_autoreleasePoolPop calls (perhaps in ObjC++ code
1039 // after inlining) can be turned into plain release calls.
1040
1041 // TODO: Critical-edge splitting. If the optimial insertion point is
1042 // a critical edge, the current algorithm has to fail, because it doesn't
1043 // know how to split edges. It should be possible to make the optimizer
1044 // think in terms of edges, rather than blocks, and then split critical
1045 // edges on demand.
1046
1047 // TODO: OptimizeSequences could generalized to be Interprocedural.
1048
1049 // TODO: Recognize that a bunch of other objc runtime calls have
1050 // non-escaping arguments and non-releasing arguments, and may be
1051 // non-autoreleasing.
1052
1053 // TODO: Sink autorelease calls as far as possible. Unfortunately we
1054 // usually can't sink them past other calls, which would be the main
1055 // case where it would be useful.
1056
1057 // TODO: The pointer returned from objc_loadWeakRetained is retained.
1058
1059 // TODO: Delete release+retain pairs (rare).
1060
1061 #include "llvm/GlobalAlias.h"
1062 #include "llvm/Constants.h"
1063 #include "llvm/LLVMContext.h"
1064 #include "llvm/Support/ErrorHandling.h"
1065 #include "llvm/Support/CFG.h"
1066 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
1067 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
1068 #include "llvm/ADT/DenseSet.h"
1069
1070 STATISTIC(NumNoops,       "Number of no-op objc calls eliminated");
1071 STATISTIC(NumPartialNoops, "Number of partially no-op objc calls eliminated");
1072 STATISTIC(NumAutoreleases,"Number of autoreleases converted to releases");
1073 STATISTIC(NumRets,        "Number of return value forwarding "
1074                           "retain+autoreleaes eliminated");
1075 STATISTIC(NumRRs,         "Number of retain+release paths eliminated");
1076 STATISTIC(NumPeeps,       "Number of calls peephole-optimized");
1077
1078 namespace {
1079   /// ProvenanceAnalysis - This is similar to BasicAliasAnalysis, and it
1080   /// uses many of the same techniques, except it uses special ObjC-specific
1081   /// reasoning about pointer relationships.
1082   class ProvenanceAnalysis {
1083     AliasAnalysis *AA;
1084
1085     typedef std::pair<const Value *, const Value *> ValuePairTy;
1086     typedef DenseMap<ValuePairTy, bool> CachedResultsTy;
1087     CachedResultsTy CachedResults;
1088
1089     bool relatedCheck(const Value *A, const Value *B);
1090     bool relatedSelect(const SelectInst *A, const Value *B);
1091     bool relatedPHI(const PHINode *A, const Value *B);
1092
1093     // Do not implement.
1094     void operator=(const ProvenanceAnalysis &);
1095     ProvenanceAnalysis(const ProvenanceAnalysis &);
1096
1097   public:
1098     ProvenanceAnalysis() {}
1099
1100     void setAA(AliasAnalysis *aa) { AA = aa; }
1101
1102     AliasAnalysis *getAA() const { return AA; }
1103
1104     bool related(const Value *A, const Value *B);
1105
1106     void clear() {
1107       CachedResults.clear();
1108     }
1109   };
1110 }
1111
1112 bool ProvenanceAnalysis::relatedSelect(const SelectInst *A, const Value *B) {
1113   // If the values are Selects with the same condition, we can do a more precise
1114   // check: just check for relations between the values on corresponding arms.
1115   if (const SelectInst *SB = dyn_cast<SelectInst>(B))
1116     if (A->getCondition() == SB->getCondition()) {
1117       if (related(A->getTrueValue(), SB->getTrueValue()))
1118         return true;
1119       if (related(A->getFalseValue(), SB->getFalseValue()))
1120         return true;
1121       return false;
1122     }
1123
1124   // Check both arms of the Select node individually.
1125   if (related(A->getTrueValue(), B))
1126     return true;
1127   if (related(A->getFalseValue(), B))
1128     return true;
1129
1130   // The arms both checked out.
1131   return false;
1132 }
1133
1134 bool ProvenanceAnalysis::relatedPHI(const PHINode *A, const Value *B) {
1135   // If the values are PHIs in the same block, we can do a more precise as well
1136   // as efficient check: just check for relations between the values on
1137   // corresponding edges.
1138   if (const PHINode *PNB = dyn_cast<PHINode>(B))
1139     if (PNB->getParent() == A->getParent()) {
1140       for (unsigned i = 0, e = A->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
1141         if (related(A->getIncomingValue(i),
1142                     PNB->getIncomingValueForBlock(A->getIncomingBlock(i))))
1143           return true;
1144       return false;
1145     }
1146
1147   // Check each unique source of the PHI node against B.
1148   SmallPtrSet<const Value *, 4> UniqueSrc;
1149   for (unsigned i = 0, e = A->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
1150     const Value *PV1 = A->getIncomingValue(i);
1151     if (UniqueSrc.insert(PV1) && related(PV1, B))
1152       return true;
1153   }
1154
1155   // All of the arms checked out.
1156   return false;
1157 }
1158
1159 /// isStoredObjCPointer - Test if the value of P, or any value covered by its
1160 /// provenance, is ever stored within the function (not counting callees).
1161 static bool isStoredObjCPointer(const Value *P) {
1162   SmallPtrSet<const Value *, 8> Visited;
1163   SmallVector<const Value *, 8> Worklist;
1164   Worklist.push_back(P);
1165   Visited.insert(P);
1166   do {
1167     P = Worklist.pop_back_val();
1168     for (Value::const_use_iterator UI = P->use_begin(), UE = P->use_end();
1169          UI != UE; ++UI) {
1170       const User *Ur = *UI;
1171       if (isa<StoreInst>(Ur)) {
1172         if (UI.getOperandNo() == 0)
1173           // The pointer is stored.
1174           return true;
1175         // The pointed is stored through.
1176         continue;
1177       }
1178       if (isa<CallInst>(Ur))
1179         // The pointer is passed as an argument, ignore this.
1180         continue;
1181       if (isa<PtrToIntInst>(P))
1182         // Assume the worst.
1183         return true;
1184       if (Visited.insert(Ur))
1185         Worklist.push_back(Ur);
1186     }
1187   } while (!Worklist.empty());
1188
1189   // Everything checked out.
1190   return false;
1191 }
1192
1193 bool ProvenanceAnalysis::relatedCheck(const Value *A, const Value *B) {
1194   // Skip past provenance pass-throughs.
1195   A = GetUnderlyingObjCPtr(A);
1196   B = GetUnderlyingObjCPtr(B);
1197
1198   // Quick check.
1199   if (A == B)
1200     return true;
1201
1202   // Ask regular AliasAnalysis, for a first approximation.
1203   switch (AA->alias(A, B)) {
1204   case AliasAnalysis::NoAlias:
1205     return false;
1206   case AliasAnalysis::MustAlias:
1207   case AliasAnalysis::PartialAlias:
1208     return true;
1209   case AliasAnalysis::MayAlias:
1210     break;
1211   }
1212
1213   bool AIsIdentified = IsObjCIdentifiedObject(A);
1214   bool BIsIdentified = IsObjCIdentifiedObject(B);
1215
1216   // An ObjC-Identified object can't alias a load if it is never locally stored.
1217   if (AIsIdentified) {
1218     if (BIsIdentified) {
1219       // If both pointers have provenance, they can be directly compared.
1220       if (A != B)
1221         return false;
1222     } else {
1223       if (isa<LoadInst>(B))
1224         return isStoredObjCPointer(A);
1225     }
1226   } else {
1227     if (BIsIdentified && isa<LoadInst>(A))
1228       return isStoredObjCPointer(B);
1229   }
1230
1231    // Special handling for PHI and Select.
1232   if (const PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(A))
1233     return relatedPHI(PN, B);
1234   if (const PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(B))
1235     return relatedPHI(PN, A);
1236   if (const SelectInst *S = dyn_cast<SelectInst>(A))
1237     return relatedSelect(S, B);
1238   if (const SelectInst *S = dyn_cast<SelectInst>(B))
1239     return relatedSelect(S, A);
1240
1241   // Conservative.
1242   return true;
1243 }
1244
1245 bool ProvenanceAnalysis::related(const Value *A, const Value *B) {
1246   // Begin by inserting a conservative value into the map. If the insertion
1247   // fails, we have the answer already. If it succeeds, leave it there until we
1248   // compute the real answer to guard against recursive queries.
1249   if (A > B) std::swap(A, B);
1250   std::pair<CachedResultsTy::iterator, bool> Pair =
1251     CachedResults.insert(std::make_pair(ValuePairTy(A, B), true));
1252   if (!Pair.second)
1253     return Pair.first->second;
1254
1255   bool Result = relatedCheck(A, B);
1256   CachedResults[ValuePairTy(A, B)] = Result;
1257   return Result;
1258 }
1259
1260 namespace {
1261   // Sequence - A sequence of states that a pointer may go through in which an
1262   // objc_retain and objc_release are actually needed.
1263   enum Sequence {
1264     S_None,
1265     S_Retain,         ///< objc_retain(x)
1266     S_CanRelease,     ///< foo(x) -- x could possibly see a ref count decrement
1267     S_Use,            ///< any use of x
1268     S_Stop,           ///< like S_Release, but code motion is stopped
1269     S_Release,        ///< objc_release(x)
1270     S_MovableRelease  ///< objc_release(x), !clang.imprecise_release
1271   };
1272 }
1273
1274 static Sequence MergeSeqs(Sequence A, Sequence B, bool TopDown) {
1275   // The easy cases.
1276   if (A == B)
1277     return A;
1278   if (A == S_None || B == S_None)
1279     return S_None;
1280
1281   if (A > B) std::swap(A, B);
1282   if (TopDown) {
1283     // Choose the side which is further along in the sequence.
1284     if ((A == S_Retain || A == S_CanRelease) &&
1285         (B == S_CanRelease || B == S_Use))
1286       return B;
1287   } else {
1288     // Choose the side which is further along in the sequence.
1289     if ((A == S_Use || A == S_CanRelease) &&
1290         (B == S_Use || B == S_Release || B == S_Stop || B == S_MovableRelease))
1291       return A;
1292     // If both sides are releases, choose the more conservative one.
1293     if (A == S_Stop && (B == S_Release || B == S_MovableRelease))
1294       return A;
1295     if (A == S_Release && B == S_MovableRelease)
1296       return A;
1297   }
1298
1299   return S_None;
1300 }
1301
1302 namespace {
1303   /// RRInfo - Unidirectional information about either a
1304   /// retain-decrement-use-release sequence or release-use-decrement-retain
1305   /// reverese sequence.
1306   struct RRInfo {
1307     /// KnownSafe - After an objc_retain, the reference count of the referenced
1308     /// object is known to be positive. Similarly, before an objc_release, the
1309     /// reference count of the referenced object is known to be positive. If
1310     /// there are retain-release pairs in code regions where the retain count
1311     /// is known to be positive, they can be eliminated, regardless of any side
1312     /// effects between them.
1313     ///
1314     /// Also, a retain+release pair nested within another retain+release
1315     /// pair all on the known same pointer value can be eliminated, regardless
1316     /// of any intervening side effects.
1317     ///
1318     /// KnownSafe is true when either of these conditions is satisfied.
1319     bool KnownSafe;
1320
1321     /// IsRetainBlock - True if the Calls are objc_retainBlock calls (as
1322     /// opposed to objc_retain calls).
1323     bool IsRetainBlock;
1324
1325     /// IsTailCallRelease - True of the objc_release calls are all marked
1326     /// with the "tail" keyword.
1327     bool IsTailCallRelease;
1328
1329     /// Partial - True of we've seen an opportunity for partial RR elimination,
1330     /// such as pushing calls into a CFG triangle or into one side of a
1331     /// CFG diamond.
1332     /// TODO: Consider moving this to PtrState.
1333     bool Partial;
1334
1335     /// ReleaseMetadata - If the Calls are objc_release calls and they all have
1336     /// a clang.imprecise_release tag, this is the metadata tag.
1337     MDNode *ReleaseMetadata;
1338
1339     /// Calls - For a top-down sequence, the set of objc_retains or
1340     /// objc_retainBlocks. For bottom-up, the set of objc_releases.
1341     SmallPtrSet<Instruction *, 2> Calls;
1342
1343     /// ReverseInsertPts - The set of optimal insert positions for
1344     /// moving calls in the opposite sequence.
1345     SmallPtrSet<Instruction *, 2> ReverseInsertPts;
1346
1347     RRInfo() :
1348       KnownSafe(false), IsRetainBlock(false),
1349       IsTailCallRelease(false), Partial(false),
1350       ReleaseMetadata(0) {}
1351
1352     void clear();
1353   };
1354 }
1355
1356 void RRInfo::clear() {
1357   KnownSafe = false;
1358   IsRetainBlock = false;
1359   IsTailCallRelease = false;
1360   Partial = false;
1361   ReleaseMetadata = 0;
1362   Calls.clear();
1363   ReverseInsertPts.clear();
1364 }
1365
1366 namespace {
1367   /// PtrState - This class summarizes several per-pointer runtime properties
1368   /// which are propogated through the flow graph.
1369   class PtrState {
1370     /// RefCount - The known minimum number of reference count increments.
1371     unsigned RefCount;
1372
1373     /// NestCount - The known minimum level of retain+release nesting.
1374     unsigned NestCount;
1375
1376     /// Seq - The current position in the sequence.
1377     Sequence Seq;
1378
1379   public:
1380     /// RRI - Unidirectional information about the current sequence.
1381     /// TODO: Encapsulate this better.
1382     RRInfo RRI;
1383
1384     PtrState() : RefCount(0), NestCount(0), Seq(S_None) {}
1385
1386     void SetAtLeastOneRefCount()  {
1387       if (RefCount == 0) RefCount = 1;
1388     }
1389
1390     void IncrementRefCount() {
1391       if (RefCount != UINT_MAX) ++RefCount;
1392     }
1393
1394     void DecrementRefCount() {
1395       if (RefCount != 0) --RefCount;
1396     }
1397
1398     bool IsKnownIncremented() const {
1399       return RefCount > 0;
1400     }
1401
1402     void IncrementNestCount() {
1403       if (NestCount != UINT_MAX) ++NestCount;
1404     }
1405
1406     void DecrementNestCount() {
1407       if (NestCount != 0) --NestCount;
1408     }
1409
1410     bool IsKnownNested() const {
1411       return NestCount > 0;
1412     }
1413
1414     void SetSeq(Sequence NewSeq) {
1415       Seq = NewSeq;
1416     }
1417
1418     Sequence GetSeq() const {
1419       return Seq;
1420     }
1421
1422     void ClearSequenceProgress() {
1423       Seq = S_None;
1424       RRI.clear();
1425     }
1426
1427     void Merge(const PtrState &Other, bool TopDown);
1428   };
1429 }
1430
1431 void
1432 PtrState::Merge(const PtrState &Other, bool TopDown) {
1433   Seq = MergeSeqs(Seq, Other.Seq, TopDown);
1434   RefCount = std::min(RefCount, Other.RefCount);
1435   NestCount = std::min(NestCount, Other.NestCount);
1436
1437   // We can't merge a plain objc_retain with an objc_retainBlock.
1438   if (RRI.IsRetainBlock != Other.RRI.IsRetainBlock)
1439     Seq = S_None;
1440
1441   // If we're not in a sequence (anymore), drop all associated state.
1442   if (Seq == S_None) {
1443     RRI.clear();
1444   } else if (RRI.Partial || Other.RRI.Partial) {
1445     // If we're doing a merge on a path that's previously seen a partial
1446     // merge, conservatively drop the sequence, to avoid doing partial
1447     // RR elimination. If the branch predicates for the two merge differ,
1448     // mixing them is unsafe.
1449     Seq = S_None;
1450     RRI.clear();
1451   } else {
1452     // Conservatively merge the ReleaseMetadata information.
1453     if (RRI.ReleaseMetadata != Other.RRI.ReleaseMetadata)
1454       RRI.ReleaseMetadata = 0;
1455
1456     RRI.KnownSafe = RRI.KnownSafe && Other.RRI.KnownSafe;
1457     RRI.IsTailCallRelease = RRI.IsTailCallRelease && Other.RRI.IsTailCallRelease;
1458     RRI.Calls.insert(Other.RRI.Calls.begin(), Other.RRI.Calls.end());
1459
1460     // Merge the insert point sets. If there are any differences,
1461     // that makes this a partial merge.
1462     RRI.Partial = RRI.ReverseInsertPts.size() !=
1463                   Other.RRI.ReverseInsertPts.size();
1464     for (SmallPtrSet<Instruction *, 2>::const_iterator
1465          I = Other.RRI.ReverseInsertPts.begin(),
1466          E = Other.RRI.ReverseInsertPts.end(); I != E; ++I)
1467       RRI.Partial |= RRI.ReverseInsertPts.insert(*I);
1468   }
1469 }
1470
1471 namespace {
1472   /// BBState - Per-BasicBlock state.
1473   class BBState {
1474     /// TopDownPathCount - The number of unique control paths from the entry
1475     /// which can reach this block.
1476     unsigned TopDownPathCount;
1477
1478     /// BottomUpPathCount - The number of unique control paths to exits
1479     /// from this block.
1480     unsigned BottomUpPathCount;
1481
1482     /// MapTy - A type for PerPtrTopDown and PerPtrBottomUp.
1483     typedef MapVector<const Value *, PtrState> MapTy;
1484
1485     /// PerPtrTopDown - The top-down traversal uses this to record information
1486     /// known about a pointer at the bottom of each block.
1487     MapTy PerPtrTopDown;
1488
1489     /// PerPtrBottomUp - The bottom-up traversal uses this to record information
1490     /// known about a pointer at the top of each block.
1491     MapTy PerPtrBottomUp;
1492
1493   public:
1494     BBState() : TopDownPathCount(0), BottomUpPathCount(0) {}
1495
1496     typedef MapTy::iterator ptr_iterator;
1497     typedef MapTy::const_iterator ptr_const_iterator;
1498
1499     ptr_iterator top_down_ptr_begin() { return PerPtrTopDown.begin(); }
1500     ptr_iterator top_down_ptr_end() { return PerPtrTopDown.end(); }
1501     ptr_const_iterator top_down_ptr_begin() const {
1502       return PerPtrTopDown.begin();
1503     }
1504     ptr_const_iterator top_down_ptr_end() const {
1505       return PerPtrTopDown.end();
1506     }
1507
1508     ptr_iterator bottom_up_ptr_begin() { return PerPtrBottomUp.begin(); }
1509     ptr_iterator bottom_up_ptr_end() { return PerPtrBottomUp.end(); }
1510     ptr_const_iterator bottom_up_ptr_begin() const {
1511       return PerPtrBottomUp.begin();
1512     }
1513     ptr_const_iterator bottom_up_ptr_end() const {
1514       return PerPtrBottomUp.end();
1515     }
1516
1517     /// SetAsEntry - Mark this block as being an entry block, which has one
1518     /// path from the entry by definition.
1519     void SetAsEntry() { TopDownPathCount = 1; }
1520
1521     /// SetAsExit - Mark this block as being an exit block, which has one
1522     /// path to an exit by definition.
1523     void SetAsExit()  { BottomUpPathCount = 1; }
1524
1525     PtrState &getPtrTopDownState(const Value *Arg) {
1526       return PerPtrTopDown[Arg];
1527     }
1528
1529     PtrState &getPtrBottomUpState(const Value *Arg) {
1530       return PerPtrBottomUp[Arg];
1531     }
1532
1533     void clearBottomUpPointers() {
1534       PerPtrBottomUp.clear();
1535     }
1536
1537     void clearTopDownPointers() {
1538       PerPtrTopDown.clear();
1539     }
1540
1541     void InitFromPred(const BBState &Other);
1542     void InitFromSucc(const BBState &Other);
1543     void MergePred(const BBState &Other);
1544     void MergeSucc(const BBState &Other);
1545
1546     /// GetAllPathCount - Return the number of possible unique paths from an
1547     /// entry to an exit which pass through this block. This is only valid
1548     /// after both the top-down and bottom-up traversals are complete.
1549     unsigned GetAllPathCount() const {
1550       return TopDownPathCount * BottomUpPathCount;
1551     }
1552
1553     /// IsVisitedTopDown - Test whether the block for this BBState has been
1554     /// visited by the top-down portion of the algorithm.
1555     bool isVisitedTopDown() const {
1556       return TopDownPathCount != 0;
1557     }
1558   };
1559 }
1560
1561 void BBState::InitFromPred(const BBState &Other) {
1562   PerPtrTopDown = Other.PerPtrTopDown;
1563   TopDownPathCount = Other.TopDownPathCount;
1564 }
1565
1566 void BBState::InitFromSucc(const BBState &Other) {
1567   PerPtrBottomUp = Other.PerPtrBottomUp;
1568   BottomUpPathCount = Other.BottomUpPathCount;
1569 }
1570
1571 /// MergePred - The top-down traversal uses this to merge information about
1572 /// predecessors to form the initial state for a new block.
1573 void BBState::MergePred(const BBState &Other) {
1574   // Other.TopDownPathCount can be 0, in which case it is either dead or a
1575   // loop backedge. Loop backedges are special.
1576   TopDownPathCount += Other.TopDownPathCount;
1577
1578   // For each entry in the other set, if our set has an entry with the same key,
1579   // merge the entries. Otherwise, copy the entry and merge it with an empty
1580   // entry.
1581   for (ptr_const_iterator MI = Other.top_down_ptr_begin(),
1582        ME = Other.top_down_ptr_end(); MI != ME; ++MI) {
1583     std::pair<ptr_iterator, bool> Pair = PerPtrTopDown.insert(*MI);
1584     Pair.first->second.Merge(Pair.second ? PtrState() : MI->second,
1585                              /*TopDown=*/true);
1586   }
1587
1588   // For each entry in our set, if the other set doesn't have an entry with the
1589   // same key, force it to merge with an empty entry.
1590   for (ptr_iterator MI = top_down_ptr_begin(),
1591        ME = top_down_ptr_end(); MI != ME; ++MI)
1592     if (Other.PerPtrTopDown.find(MI->first) == Other.PerPtrTopDown.end())
1593       MI->second.Merge(PtrState(), /*TopDown=*/true);
1594 }
1595
1596 /// MergeSucc - The bottom-up traversal uses this to merge information about
1597 /// successors to form the initial state for a new block.
1598 void BBState::MergeSucc(const BBState &Other) {
1599   // Other.BottomUpPathCount can be 0, in which case it is either dead or a
1600   // loop backedge. Loop backedges are special.
1601   BottomUpPathCount += Other.BottomUpPathCount;
1602
1603   // For each entry in the other set, if our set has an entry with the
1604   // same key, merge the entries. Otherwise, copy the entry and merge
1605   // it with an empty entry.
1606   for (ptr_const_iterator MI = Other.bottom_up_ptr_begin(),
1607        ME = Other.bottom_up_ptr_end(); MI != ME; ++MI) {
1608     std::pair<ptr_iterator, bool> Pair = PerPtrBottomUp.insert(*MI);
1609     Pair.first->second.Merge(Pair.second ? PtrState() : MI->second,
1610                              /*TopDown=*/false);
1611   }
1612
1613   // For each entry in our set, if the other set doesn't have an entry
1614   // with the same key, force it to merge with an empty entry.
1615   for (ptr_iterator MI = bottom_up_ptr_begin(),
1616        ME = bottom_up_ptr_end(); MI != ME; ++MI)
1617     if (Other.PerPtrBottomUp.find(MI->first) == Other.PerPtrBottomUp.end())
1618       MI->second.Merge(PtrState(), /*TopDown=*/false);
1619 }
1620
1621 namespace {
1622   /// ObjCARCOpt - The main ARC optimization pass.
1623   class ObjCARCOpt : public FunctionPass {
1624     bool Changed;
1625     ProvenanceAnalysis PA;
1626
1627     /// Run - A flag indicating whether this optimization pass should run.
1628     bool Run;
1629
1630     /// RetainRVCallee, etc. - Declarations for ObjC runtime
1631     /// functions, for use in creating calls to them. These are initialized
1632     /// lazily to avoid cluttering up the Module with unused declarations.
1633     Constant *RetainRVCallee, *AutoreleaseRVCallee, *ReleaseCallee,
1634              *RetainCallee, *RetainBlockCallee, *AutoreleaseCallee;
1635
1636     /// UsedInThisFunciton - Flags which determine whether each of the
1637     /// interesting runtine functions is in fact used in the current function.
1638     unsigned UsedInThisFunction;
1639
1640     /// ImpreciseReleaseMDKind - The Metadata Kind for clang.imprecise_release
1641     /// metadata.
1642     unsigned ImpreciseReleaseMDKind;
1643
1644     /// CopyOnEscapeMDKind - The Metadata Kind for clang.arc.copy_on_escape
1645     /// metadata.
1646     unsigned CopyOnEscapeMDKind;
1647
1648     Constant *getRetainRVCallee(Module *M);
1649     Constant *getAutoreleaseRVCallee(Module *M);
1650     Constant *getReleaseCallee(Module *M);
1651     Constant *getRetainCallee(Module *M);
1652     Constant *getRetainBlockCallee(Module *M);
1653     Constant *getAutoreleaseCallee(Module *M);
1654
1655     bool IsRetainBlockOptimizable(const Instruction *Inst);
1656
1657     void OptimizeRetainCall(Function &F, Instruction *Retain);
1658     bool OptimizeRetainRVCall(Function &F, Instruction *RetainRV);
1659     void OptimizeAutoreleaseRVCall(Function &F, Instruction *AutoreleaseRV);
1660     void OptimizeIndividualCalls(Function &F);
1661
1662     void CheckForCFGHazards(const BasicBlock *BB,
1663                             DenseMap<const BasicBlock *, BBState> &BBStates,
1664                             BBState &MyStates) const;
1665     bool VisitBottomUp(BasicBlock *BB,
1666                        DenseMap<const BasicBlock *, BBState> &BBStates,
1667                        MapVector<Value *, RRInfo> &Retains);
1668     bool VisitTopDown(BasicBlock *BB,
1669                       DenseMap<const BasicBlock *, BBState> &BBStates,
1670                       DenseMap<Value *, RRInfo> &Releases);
1671     bool Visit(Function &F,
1672                DenseMap<const BasicBlock *, BBState> &BBStates,
1673                MapVector<Value *, RRInfo> &Retains,
1674                DenseMap<Value *, RRInfo> &Releases);
1675
1676     void MoveCalls(Value *Arg, RRInfo &RetainsToMove, RRInfo &ReleasesToMove,
1677                    MapVector<Value *, RRInfo> &Retains,
1678                    DenseMap<Value *, RRInfo> &Releases,
1679                    SmallVectorImpl<Instruction *> &DeadInsts,
1680                    Module *M);
1681
1682     bool PerformCodePlacement(DenseMap<const BasicBlock *, BBState> &BBStates,
1683                               MapVector<Value *, RRInfo> &Retains,
1684                               DenseMap<Value *, RRInfo> &Releases,
1685                               Module *M);
1686
1687     void OptimizeWeakCalls(Function &F);
1688
1689     bool OptimizeSequences(Function &F);
1690
1691     void OptimizeReturns(Function &F);
1692
1693     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const;
1694     virtual bool doInitialization(Module &M);
1695     virtual bool runOnFunction(Function &F);
1696     virtual void releaseMemory();
1697
1698   public:
1699     static char ID;
1700     ObjCARCOpt() : FunctionPass(ID) {
1701       initializeObjCARCOptPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
1702     }
1703   };
1704 }
1705
1706 char ObjCARCOpt::ID = 0;
1707 INITIALIZE_PASS_BEGIN(ObjCARCOpt,
1708                       "objc-arc", "ObjC ARC optimization", false, false)
1709 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(ObjCARCAliasAnalysis)
1710 INITIALIZE_PASS_END(ObjCARCOpt,
1711                     "objc-arc", "ObjC ARC optimization", false, false)
1712
1713 Pass *llvm::createObjCARCOptPass() {
1714   return new ObjCARCOpt();
1715 }
1716
1717 void ObjCARCOpt::getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
1718   AU.addRequired<ObjCARCAliasAnalysis>();
1719   AU.addRequired<AliasAnalysis>();
1720   // ARC optimization doesn't currently split critical edges.
1721   AU.setPreservesCFG();
1722 }
1723
1724 bool ObjCARCOpt::IsRetainBlockOptimizable(const Instruction *Inst) {
1725   // Without the magic metadata tag, we have to assume this might be an
1726   // objc_retainBlock call inserted to convert a block pointer to an id,
1727   // in which case it really is needed.
1728   if (!Inst->getMetadata(CopyOnEscapeMDKind))
1729     return false;
1730
1731   // If the pointer "escapes" (not including being used in a call),
1732   // the copy may be needed.
1733   if (DoesObjCBlockEscape(Inst))
1734     return false;
1735
1736   // Otherwise, it's not needed.
1737   return true;
1738 }
1739
1740 Constant *ObjCARCOpt::getRetainRVCallee(Module *M) {
1741   if (!RetainRVCallee) {
1742     LLVMContext &C = M->getContext();
1743     Type *I8X = PointerType::getUnqual(Type::getInt8Ty(C));
1744     std::vector<Type *> Params;
1745     Params.push_back(I8X);
1746     FunctionType *FTy =
1747       FunctionType::get(I8X, Params, /*isVarArg=*/false);
1748     AttrListPtr Attributes;
1749     Attributes.addAttr(~0u, Attribute::NoUnwind);
1750     RetainRVCallee =
1751       M->getOrInsertFunction("objc_retainAutoreleasedReturnValue", FTy,
1752                              Attributes);
1753   }
1754   return RetainRVCallee;
1755 }
1756
1757 Constant *ObjCARCOpt::getAutoreleaseRVCallee(Module *M) {
1758   if (!AutoreleaseRVCallee) {
1759     LLVMContext &C = M->getContext();
1760     Type *I8X = PointerType::getUnqual(Type::getInt8Ty(C));
1761     std::vector<Type *> Params;
1762     Params.push_back(I8X);
1763     FunctionType *FTy =
1764       FunctionType::get(I8X, Params, /*isVarArg=*/false);
1765     AttrListPtr Attributes;
1766     Attributes.addAttr(~0u, Attribute::NoUnwind);
1767     AutoreleaseRVCallee =
1768       M->getOrInsertFunction("objc_autoreleaseReturnValue", FTy,
1769                              Attributes);
1770   }
1771   return AutoreleaseRVCallee;
1772 }
1773
1774 Constant *ObjCARCOpt::getReleaseCallee(Module *M) {
1775   if (!ReleaseCallee) {
1776     LLVMContext &C = M->getContext();
1777     std::vector<Type *> Params;
1778     Params.push_back(PointerType::getUnqual(Type::getInt8Ty(C)));
1779     AttrListPtr Attributes;
1780     Attributes.addAttr(~0u, Attribute::NoUnwind);
1781     ReleaseCallee =
1782       M->getOrInsertFunction(
1783         "objc_release",
1784         FunctionType::get(Type::getVoidTy(C), Params, /*isVarArg=*/false),
1785         Attributes);
1786   }
1787   return ReleaseCallee;
1788 }
1789
1790 Constant *ObjCARCOpt::getRetainCallee(Module *M) {
1791   if (!RetainCallee) {
1792     LLVMContext &C = M->getContext();
1793     std::vector<Type *> Params;
1794     Params.push_back(PointerType::getUnqual(Type::getInt8Ty(C)));
1795     AttrListPtr Attributes;
1796     Attributes.addAttr(~0u, Attribute::NoUnwind);
1797     RetainCallee =
1798       M->getOrInsertFunction(
1799         "objc_retain",
1800         FunctionType::get(Params[0], Params, /*isVarArg=*/false),
1801         Attributes);
1802   }
1803   return RetainCallee;
1804 }
1805
1806 Constant *ObjCARCOpt::getRetainBlockCallee(Module *M) {
1807   if (!RetainBlockCallee) {
1808     LLVMContext &C = M->getContext();
1809     std::vector<Type *> Params;
1810     Params.push_back(PointerType::getUnqual(Type::getInt8Ty(C)));
1811     AttrListPtr Attributes;
1812     // objc_retainBlock is not nounwind because it calls user copy constructors
1813     // which could theoretically throw.
1814     RetainBlockCallee =
1815       M->getOrInsertFunction(
1816         "objc_retainBlock",
1817         FunctionType::get(Params[0], Params, /*isVarArg=*/false),
1818         Attributes);
1819   }
1820   return RetainBlockCallee;
1821 }
1822
1823 Constant *ObjCARCOpt::getAutoreleaseCallee(Module *M) {
1824   if (!AutoreleaseCallee) {
1825     LLVMContext &C = M->getContext();
1826     std::vector<Type *> Params;
1827     Params.push_back(PointerType::getUnqual(Type::getInt8Ty(C)));
1828     AttrListPtr Attributes;
1829     Attributes.addAttr(~0u, Attribute::NoUnwind);
1830     AutoreleaseCallee =
1831       M->getOrInsertFunction(
1832         "objc_autorelease",
1833         FunctionType::get(Params[0], Params, /*isVarArg=*/false),
1834         Attributes);
1835   }
1836   return AutoreleaseCallee;
1837 }
1838
1839 /// CanAlterRefCount - Test whether the given instruction can result in a
1840 /// reference count modification (positive or negative) for the pointer's
1841 /// object.
1842 static bool
1843 CanAlterRefCount(const Instruction *Inst, const Value *Ptr,
1844                  ProvenanceAnalysis &PA, InstructionClass Class) {
1845   switch (Class) {
1846   case IC_Autorelease:
1847   case IC_AutoreleaseRV:
1848   case IC_User:
1849     // These operations never directly modify a reference count.
1850     return false;
1851   default: break;
1852   }
1853
1854   ImmutableCallSite CS = static_cast<const Value *>(Inst);
1855   assert(CS && "Only calls can alter reference counts!");
1856
1857   // See if AliasAnalysis can help us with the call.
1858   AliasAnalysis::ModRefBehavior MRB = PA.getAA()->getModRefBehavior(CS);
1859   if (AliasAnalysis::onlyReadsMemory(MRB))
1860     return false;
1861   if (AliasAnalysis::onlyAccessesArgPointees(MRB)) {
1862     for (ImmutableCallSite::arg_iterator I = CS.arg_begin(), E = CS.arg_end();
1863          I != E; ++I) {
1864       const Value *Op = *I;
1865       if (IsPotentialUse(Op) && PA.related(Ptr, Op))
1866         return true;
1867     }
1868     return false;
1869   }
1870
1871   // Assume the worst.
1872   return true;
1873 }
1874
1875 /// CanUse - Test whether the given instruction can "use" the given pointer's
1876 /// object in a way that requires the reference count to be positive.
1877 static bool
1878 CanUse(const Instruction *Inst, const Value *Ptr, ProvenanceAnalysis &PA,
1879        InstructionClass Class) {
1880   // IC_Call operations (as opposed to IC_CallOrUser) never "use" objc pointers.
1881   if (Class == IC_Call)
1882     return false;
1883
1884   // Consider various instructions which may have pointer arguments which are
1885   // not "uses".
1886   if (const ICmpInst *ICI = dyn_cast<ICmpInst>(Inst)) {
1887     // Comparing a pointer with null, or any other constant, isn't really a use,
1888     // because we don't care what the pointer points to, or about the values
1889     // of any other dynamic reference-counted pointers.
1890     if (!IsPotentialUse(ICI->getOperand(1)))
1891       return false;
1892   } else if (ImmutableCallSite CS = static_cast<const Value *>(Inst)) {
1893     // For calls, just check the arguments (and not the callee operand).
1894     for (ImmutableCallSite::arg_iterator OI = CS.arg_begin(),
1895          OE = CS.arg_end(); OI != OE; ++OI) {
1896       const Value *Op = *OI;
1897       if (IsPotentialUse(Op) && PA.related(Ptr, Op))
1898         return true;
1899     }
1900     return false;
1901   } else if (const StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Inst)) {
1902     // Special-case stores, because we don't care about the stored value, just
1903     // the store address.
1904     const Value *Op = GetUnderlyingObjCPtr(SI->getPointerOperand());
1905     // If we can't tell what the underlying object was, assume there is a
1906     // dependence.
1907     return IsPotentialUse(Op) && PA.related(Op, Ptr);
1908   }
1909
1910   // Check each operand for a match.
1911   for (User::const_op_iterator OI = Inst->op_begin(), OE = Inst->op_end();
1912        OI != OE; ++OI) {
1913     const Value *Op = *OI;
1914     if (IsPotentialUse(Op) && PA.related(Ptr, Op))
1915       return true;
1916   }
1917   return false;
1918 }
1919
1920 /// CanInterruptRV - Test whether the given instruction can autorelease
1921 /// any pointer or cause an autoreleasepool pop.
1922 static bool
1923 CanInterruptRV(InstructionClass Class) {
1924   switch (Class) {
1925   case IC_AutoreleasepoolPop:
1926   case IC_CallOrUser:
1927   case IC_Call:
1928   case IC_Autorelease:
1929   case IC_AutoreleaseRV:
1930   case IC_FusedRetainAutorelease:
1931   case IC_FusedRetainAutoreleaseRV:
1932     return true;
1933   default:
1934     return false;
1935   }
1936 }
1937
1938 namespace {
1939   /// DependenceKind - There are several kinds of dependence-like concepts in
1940   /// use here.
1941   enum DependenceKind {
1942     NeedsPositiveRetainCount,
1943     CanChangeRetainCount,
1944     RetainAutoreleaseDep,       ///< Blocks objc_retainAutorelease.
1945     RetainAutoreleaseRVDep,     ///< Blocks objc_retainAutoreleaseReturnValue.
1946     RetainRVDep                 ///< Blocks objc_retainAutoreleasedReturnValue.
1947   };
1948 }
1949
1950 /// Depends - Test if there can be dependencies on Inst through Arg. This
1951 /// function only tests dependencies relevant for removing pairs of calls.
1952 static bool
1953 Depends(DependenceKind Flavor, Instruction *Inst, const Value *Arg,
1954         ProvenanceAnalysis &PA) {
1955   // If we've reached the definition of Arg, stop.
1956   if (Inst == Arg)
1957     return true;
1958
1959   switch (Flavor) {
1960   case NeedsPositiveRetainCount: {
1961     InstructionClass Class = GetInstructionClass(Inst);
1962     switch (Class) {
1963     case IC_AutoreleasepoolPop:
1964     case IC_AutoreleasepoolPush:
1965     case IC_None:
1966       return false;
1967     default:
1968       return CanUse(Inst, Arg, PA, Class);
1969     }
1970   }
1971
1972   case CanChangeRetainCount: {
1973     InstructionClass Class = GetInstructionClass(Inst);
1974     switch (Class) {
1975     case IC_AutoreleasepoolPop:
1976       // Conservatively assume this can decrement any count.
1977       return true;
1978     case IC_AutoreleasepoolPush:
1979     case IC_None:
1980       return false;
1981     default:
1982       return CanAlterRefCount(Inst, Arg, PA, Class);
1983     }
1984   }
1985
1986   case RetainAutoreleaseDep:
1987     switch (GetBasicInstructionClass(Inst)) {
1988     case IC_AutoreleasepoolPop:
1989       // Don't merge an objc_autorelease with an objc_retain inside a different
1990       // autoreleasepool scope.
1991       return true;
1992     case IC_Retain:
1993     case IC_RetainRV:
1994       // Check for a retain of the same pointer for merging.
1995       return GetObjCArg(Inst) == Arg;
1996     default:
1997       // Nothing else matters for objc_retainAutorelease formation.
1998       return false;
1999     }
2000     break;
2001
2002   case RetainAutoreleaseRVDep: {
2003     InstructionClass Class = GetBasicInstructionClass(Inst);
2004     switch (Class) {
2005     case IC_Retain:
2006     case IC_RetainRV:
2007       // Check for a retain of the same pointer for merging.
2008       return GetObjCArg(Inst) == Arg;
2009     default:
2010       // Anything that can autorelease interrupts
2011       // retainAutoreleaseReturnValue formation.
2012       return CanInterruptRV(Class);
2013     }
2014     break;
2015   }
2016
2017   case RetainRVDep:
2018     return CanInterruptRV(GetBasicInstructionClass(Inst));
2019   }
2020
2021   llvm_unreachable("Invalid dependence flavor");
2022 }
2023
2024 /// FindDependencies - Walk up the CFG from StartPos (which is in StartBB) and
2025 /// find local and non-local dependencies on Arg.
2026 /// TODO: Cache results?
2027 static void
2028 FindDependencies(DependenceKind Flavor,
2029                  const Value *Arg,
2030                  BasicBlock *StartBB, Instruction *StartInst,
2031                  SmallPtrSet<Instruction *, 4> &DependingInstructions,
2032                  SmallPtrSet<const BasicBlock *, 4> &Visited,
2033                  ProvenanceAnalysis &PA) {
2034   BasicBlock::iterator StartPos = StartInst;
2035
2036   SmallVector<std::pair<BasicBlock *, BasicBlock::iterator>, 4> Worklist;
2037   Worklist.push_back(std::make_pair(StartBB, StartPos));
2038   do {
2039     std::pair<BasicBlock *, BasicBlock::iterator> Pair =
2040       Worklist.pop_back_val();
2041     BasicBlock *LocalStartBB = Pair.first;
2042     BasicBlock::iterator LocalStartPos = Pair.second;
2043     BasicBlock::iterator StartBBBegin = LocalStartBB->begin();
2044     for (;;) {
2045       if (LocalStartPos == StartBBBegin) {
2046         pred_iterator PI(LocalStartBB), PE(LocalStartBB, false);
2047         if (PI == PE)
2048           // If we've reached the function entry, produce a null dependence.
2049           DependingInstructions.insert(0);
2050         else
2051           // Add the predecessors to the worklist.
2052           do {
2053             BasicBlock *PredBB = *PI;
2054             if (Visited.insert(PredBB))
2055               Worklist.push_back(std::make_pair(PredBB, PredBB->end()));
2056           } while (++PI != PE);
2057         break;
2058       }
2059
2060       Instruction *Inst = --LocalStartPos;
2061       if (Depends(Flavor, Inst, Arg, PA)) {
2062         DependingInstructions.insert(Inst);
2063         break;
2064       }
2065     }
2066   } while (!Worklist.empty());
2067
2068   // Determine whether the original StartBB post-dominates all of the blocks we
2069   // visited. If not, insert a sentinal indicating that most optimizations are
2070   // not safe.
2071   for (SmallPtrSet<const BasicBlock *, 4>::const_iterator I = Visited.begin(),
2072        E = Visited.end(); I != E; ++I) {
2073     const BasicBlock *BB = *I;
2074     if (BB == StartBB)
2075       continue;
2076     const TerminatorInst *TI = cast<TerminatorInst>(&BB->back());
2077     for (succ_const_iterator SI(TI), SE(TI, false); SI != SE; ++SI) {
2078       const BasicBlock *Succ = *SI;
2079       if (Succ != StartBB && !Visited.count(Succ)) {
2080         DependingInstructions.insert(reinterpret_cast<Instruction *>(-1));
2081         return;
2082       }
2083     }
2084   }
2085 }
2086
2087 static bool isNullOrUndef(const Value *V) {
2088   return isa<ConstantPointerNull>(V) || isa<UndefValue>(V);
2089 }
2090
2091 static bool isNoopInstruction(const Instruction *I) {
2092   return isa<BitCastInst>(I) ||
2093          (isa<GetElementPtrInst>(I) &&
2094           cast<GetElementPtrInst>(I)->hasAllZeroIndices());
2095 }
2096
2097 /// OptimizeRetainCall - Turn objc_retain into
2098 /// objc_retainAutoreleasedReturnValue if the operand is a return value.
2099 void
2100 ObjCARCOpt::OptimizeRetainCall(Function &F, Instruction *Retain) {
2101   CallSite CS(GetObjCArg(Retain));
2102   Instruction *Call = CS.getInstruction();
2103   if (!Call) return;
2104   if (Call->getParent() != Retain->getParent()) return;
2105
2106   // Check that the call is next to the retain.
2107   BasicBlock::iterator I = Call;
2108   ++I;
2109   while (isNoopInstruction(I)) ++I;
2110   if (&*I != Retain)
2111     return;
2112
2113   // Turn it to an objc_retainAutoreleasedReturnValue..
2114   Changed = true;
2115   ++NumPeeps;
2116   cast<CallInst>(Retain)->setCalledFunction(getRetainRVCallee(F.getParent()));
2117 }
2118
2119 /// OptimizeRetainRVCall - Turn objc_retainAutoreleasedReturnValue into
2120 /// objc_retain if the operand is not a return value.  Or, if it can be
2121 /// paired with an objc_autoreleaseReturnValue, delete the pair and
2122 /// return true.
2123 bool
2124 ObjCARCOpt::OptimizeRetainRVCall(Function &F, Instruction *RetainRV) {
2125   // Check for the argument being from an immediately preceding call.
2126   Value *Arg = GetObjCArg(RetainRV);
2127   CallSite CS(Arg);
2128   if (Instruction *Call = CS.getInstruction())
2129     if (Call->getParent() == RetainRV->getParent()) {
2130       BasicBlock::iterator I = Call;
2131       ++I;
2132       while (isNoopInstruction(I)) ++I;
2133       if (&*I == RetainRV)
2134         return false;
2135     }
2136
2137   // Check for being preceded by an objc_autoreleaseReturnValue on the same
2138   // pointer. In this case, we can delete the pair.
2139   BasicBlock::iterator I = RetainRV, Begin = RetainRV->getParent()->begin();
2140   if (I != Begin) {
2141     do --I; while (I != Begin && isNoopInstruction(I));
2142     if (GetBasicInstructionClass(I) == IC_AutoreleaseRV &&
2143         GetObjCArg(I) == Arg) {
2144       Changed = true;
2145       ++NumPeeps;
2146       EraseInstruction(I);
2147       EraseInstruction(RetainRV);
2148       return true;
2149     }
2150   }
2151
2152   // Turn it to a plain objc_retain.
2153   Changed = true;
2154   ++NumPeeps;
2155   cast<CallInst>(RetainRV)->setCalledFunction(getRetainCallee(F.getParent()));
2156   return false;
2157 }
2158
2159 /// OptimizeAutoreleaseRVCall - Turn objc_autoreleaseReturnValue into
2160 /// objc_autorelease if the result is not used as a return value.
2161 void
2162 ObjCARCOpt::OptimizeAutoreleaseRVCall(Function &F, Instruction *AutoreleaseRV) {
2163   // Check for a return of the pointer value.
2164   const Value *Ptr = GetObjCArg(AutoreleaseRV);
2165   SmallVector<const Value *, 2> Users;
2166   Users.push_back(Ptr);
2167   do {
2168     Ptr = Users.pop_back_val();
2169     for (Value::const_use_iterator UI = Ptr->use_begin(), UE = Ptr->use_end();
2170          UI != UE; ++UI) {
2171       const User *I = *UI;
2172       if (isa<ReturnInst>(I) || GetBasicInstructionClass(I) == IC_RetainRV)
2173         return;
2174       if (isa<BitCastInst>(I))
2175         Users.push_back(I);
2176     }
2177   } while (!Users.empty());
2178
2179   Changed = true;
2180   ++NumPeeps;
2181   cast<CallInst>(AutoreleaseRV)->
2182     setCalledFunction(getAutoreleaseCallee(F.getParent()));
2183 }
2184
2185 /// OptimizeIndividualCalls - Visit each call, one at a time, and make
2186 /// simplifications without doing any additional analysis.
2187 void ObjCARCOpt::OptimizeIndividualCalls(Function &F) {
2188   // Reset all the flags in preparation for recomputing them.
2189   UsedInThisFunction = 0;
2190
2191   // Visit all objc_* calls in F.
2192   for (inst_iterator I = inst_begin(&F), E = inst_end(&F); I != E; ) {
2193     Instruction *Inst = &*I++;
2194     InstructionClass Class = GetBasicInstructionClass(Inst);
2195
2196     switch (Class) {
2197     default: break;
2198
2199     // Delete no-op casts. These function calls have special semantics, but
2200     // the semantics are entirely implemented via lowering in the front-end,
2201     // so by the time they reach the optimizer, they are just no-op calls
2202     // which return their argument.
2203     //
2204     // There are gray areas here, as the ability to cast reference-counted
2205     // pointers to raw void* and back allows code to break ARC assumptions,
2206     // however these are currently considered to be unimportant.
2207     case IC_NoopCast:
2208       Changed = true;
2209       ++NumNoops;
2210       EraseInstruction(Inst);
2211       continue;
2212
2213     // If the pointer-to-weak-pointer is null, it's undefined behavior.
2214     case IC_StoreWeak:
2215     case IC_LoadWeak:
2216     case IC_LoadWeakRetained:
2217     case IC_InitWeak:
2218     case IC_DestroyWeak: {
2219       CallInst *CI = cast<CallInst>(Inst);
2220       if (isNullOrUndef(CI->getArgOperand(0))) {
2221         Type *Ty = CI->getArgOperand(0)->getType();
2222         new StoreInst(UndefValue::get(cast<PointerType>(Ty)->getElementType()),
2223                       Constant::getNullValue(Ty),
2224                       CI);
2225         CI->replaceAllUsesWith(UndefValue::get(CI->getType()));
2226         CI->eraseFromParent();
2227         continue;
2228       }
2229       break;
2230     }
2231     case IC_CopyWeak:
2232     case IC_MoveWeak: {
2233       CallInst *CI = cast<CallInst>(Inst);
2234       if (isNullOrUndef(CI->getArgOperand(0)) ||
2235           isNullOrUndef(CI->getArgOperand(1))) {
2236         Type *Ty = CI->getArgOperand(0)->getType();
2237         new StoreInst(UndefValue::get(cast<PointerType>(Ty)->getElementType()),
2238                       Constant::getNullValue(Ty),
2239                       CI);
2240         CI->replaceAllUsesWith(UndefValue::get(CI->getType()));
2241         CI->eraseFromParent();
2242         continue;
2243       }
2244       break;
2245     }
2246     case IC_Retain:
2247       OptimizeRetainCall(F, Inst);
2248       break;
2249     case IC_RetainRV:
2250       if (OptimizeRetainRVCall(F, Inst))
2251         continue;
2252       break;
2253     case IC_AutoreleaseRV:
2254       OptimizeAutoreleaseRVCall(F, Inst);
2255       break;
2256     }
2257
2258     // objc_autorelease(x) -> objc_release(x) if x is otherwise unused.
2259     if (IsAutorelease(Class) && Inst->use_empty()) {
2260       CallInst *Call = cast<CallInst>(Inst);
2261       const Value *Arg = Call->getArgOperand(0);
2262       Arg = FindSingleUseIdentifiedObject(Arg);
2263       if (Arg) {
2264         Changed = true;
2265         ++NumAutoreleases;
2266
2267         // Create the declaration lazily.
2268         LLVMContext &C = Inst->getContext();
2269         CallInst *NewCall =
2270           CallInst::Create(getReleaseCallee(F.getParent()),
2271                            Call->getArgOperand(0), "", Call);
2272         NewCall->setMetadata(ImpreciseReleaseMDKind,
2273                              MDNode::get(C, ArrayRef<Value *>()));
2274         EraseInstruction(Call);
2275         Inst = NewCall;
2276         Class = IC_Release;
2277       }
2278     }
2279
2280     // For functions which can never be passed stack arguments, add
2281     // a tail keyword.
2282     if (IsAlwaysTail(Class)) {
2283       Changed = true;
2284       cast<CallInst>(Inst)->setTailCall();
2285     }
2286
2287     // Set nounwind as needed.
2288     if (IsNoThrow(Class)) {
2289       Changed = true;
2290       cast<CallInst>(Inst)->setDoesNotThrow();
2291     }
2292
2293     if (!IsNoopOnNull(Class)) {
2294       UsedInThisFunction |= 1 << Class;
2295       continue;
2296     }
2297
2298     const Value *Arg = GetObjCArg(Inst);
2299
2300     // ARC calls with null are no-ops. Delete them.
2301     if (isNullOrUndef(Arg)) {
2302       Changed = true;
2303       ++NumNoops;
2304       EraseInstruction(Inst);
2305       continue;
2306     }
2307
2308     // Keep track of which of retain, release, autorelease, and retain_block
2309     // are actually present in this function.
2310     UsedInThisFunction |= 1 << Class;
2311
2312     // If Arg is a PHI, and one or more incoming values to the
2313     // PHI are null, and the call is control-equivalent to the PHI, and there
2314     // are no relevant side effects between the PHI and the call, the call
2315     // could be pushed up to just those paths with non-null incoming values.
2316     // For now, don't bother splitting critical edges for this.
2317     SmallVector<std::pair<Instruction *, const Value *>, 4> Worklist;
2318     Worklist.push_back(std::make_pair(Inst, Arg));
2319     do {
2320       std::pair<Instruction *, const Value *> Pair = Worklist.pop_back_val();
2321       Inst = Pair.first;
2322       Arg = Pair.second;
2323
2324       const PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(Arg);
2325       if (!PN) continue;
2326
2327       // Determine if the PHI has any null operands, or any incoming
2328       // critical edges.
2329       bool HasNull = false;
2330       bool HasCriticalEdges = false;
2331       for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
2332         Value *Incoming =
2333           StripPointerCastsAndObjCCalls(PN->getIncomingValue(i));
2334         if (isNullOrUndef(Incoming))
2335           HasNull = true;
2336         else if (cast<TerminatorInst>(PN->getIncomingBlock(i)->back())
2337                    .getNumSuccessors() != 1) {
2338           HasCriticalEdges = true;
2339           break;
2340         }
2341       }
2342       // If we have null operands and no critical edges, optimize.
2343       if (!HasCriticalEdges && HasNull) {
2344         SmallPtrSet<Instruction *, 4> DependingInstructions;
2345         SmallPtrSet<const BasicBlock *, 4> Visited;
2346
2347         // Check that there is nothing that cares about the reference
2348         // count between the call and the phi.
2349         FindDependencies(NeedsPositiveRetainCount, Arg,
2350                          Inst->getParent(), Inst,
2351                          DependingInstructions, Visited, PA);
2352         if (DependingInstructions.size() == 1 &&
2353             *DependingInstructions.begin() == PN) {
2354           Changed = true;
2355           ++NumPartialNoops;
2356           // Clone the call into each predecessor that has a non-null value.
2357           CallInst *CInst = cast<CallInst>(Inst);
2358           Type *ParamTy = CInst->getArgOperand(0)->getType();
2359           for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
2360             Value *Incoming =
2361               StripPointerCastsAndObjCCalls(PN->getIncomingValue(i));
2362             if (!isNullOrUndef(Incoming)) {
2363               CallInst *Clone = cast<CallInst>(CInst->clone());
2364               Value *Op = PN->getIncomingValue(i);
2365               Instruction *InsertPos = &PN->getIncomingBlock(i)->back();
2366               if (Op->getType() != ParamTy)
2367                 Op = new BitCastInst(Op, ParamTy, "", InsertPos);
2368               Clone->setArgOperand(0, Op);
2369               Clone->insertBefore(InsertPos);
2370               Worklist.push_back(std::make_pair(Clone, Incoming));
2371             }
2372           }
2373           // Erase the original call.
2374           EraseInstruction(CInst);
2375           continue;
2376         }
2377       }
2378     } while (!Worklist.empty());
2379   }
2380 }
2381
2382 /// CheckForCFGHazards - Check for critical edges, loop boundaries, irreducible
2383 /// control flow, or other CFG structures where moving code across the edge
2384 /// would result in it being executed more.
2385 void
2386 ObjCARCOpt::CheckForCFGHazards(const BasicBlock *BB,
2387                                DenseMap<const BasicBlock *, BBState> &BBStates,
2388                                BBState &MyStates) const {
2389   // If any top-down local-use or possible-dec has a succ which is earlier in
2390   // the sequence, forget it.
2391   for (BBState::ptr_const_iterator I = MyStates.top_down_ptr_begin(),
2392        E = MyStates.top_down_ptr_end(); I != E; ++I)
2393     switch (I->second.GetSeq()) {
2394     default: break;
2395     case S_Use: {
2396       const Value *Arg = I->first;
2397       const TerminatorInst *TI = cast<TerminatorInst>(&BB->back());
2398       bool SomeSuccHasSame = false;
2399       bool AllSuccsHaveSame = true;
2400       PtrState &S = MyStates.getPtrTopDownState(Arg);
2401       for (succ_const_iterator SI(TI), SE(TI, false); SI != SE; ++SI) {
2402         PtrState &SuccS = BBStates[*SI].getPtrBottomUpState(Arg);
2403         switch (SuccS.GetSeq()) {
2404         case S_None:
2405         case S_CanRelease: {
2406           if (!S.RRI.KnownSafe && !SuccS.RRI.KnownSafe)
2407             S.ClearSequenceProgress();
2408           continue;
2409         }
2410         case S_Use:
2411           SomeSuccHasSame = true;
2412           break;
2413         case S_Stop:
2414         case S_Release:
2415         case S_MovableRelease:
2416           if (!S.RRI.KnownSafe && !SuccS.RRI.KnownSafe)
2417             AllSuccsHaveSame = false;
2418           break;
2419         case S_Retain:
2420           llvm_unreachable("bottom-up pointer in retain state!");
2421         }
2422       }
2423       // If the state at the other end of any of the successor edges
2424       // matches the current state, require all edges to match. This
2425       // guards against loops in the middle of a sequence.
2426       if (SomeSuccHasSame && !AllSuccsHaveSame)
2427         S.ClearSequenceProgress();
2428       break;
2429     }
2430     case S_CanRelease: {
2431       const Value *Arg = I->first;
2432       const TerminatorInst *TI = cast<TerminatorInst>(&BB->back());
2433       bool SomeSuccHasSame = false;
2434       bool AllSuccsHaveSame = true;
2435       PtrState &S = MyStates.getPtrTopDownState(Arg);
2436       for (succ_const_iterator SI(TI), SE(TI, false); SI != SE; ++SI) {
2437         PtrState &SuccS = BBStates[*SI].getPtrBottomUpState(Arg);
2438         switch (SuccS.GetSeq()) {
2439         case S_None: {
2440           if (!S.RRI.KnownSafe && !SuccS.RRI.KnownSafe)
2441             S.ClearSequenceProgress();
2442           continue;
2443         }
2444         case S_CanRelease:
2445           SomeSuccHasSame = true;
2446           break;
2447         case S_Stop:
2448         case S_Release:
2449         case S_MovableRelease:
2450         case S_Use:
2451           if (!S.RRI.KnownSafe && !SuccS.RRI.KnownSafe)
2452             AllSuccsHaveSame = false;
2453           break;
2454         case S_Retain:
2455           llvm_unreachable("bottom-up pointer in retain state!");
2456         }
2457       }
2458       // If the state at the other end of any of the successor edges
2459       // matches the current state, require all edges to match. This
2460       // guards against loops in the middle of a sequence.
2461       if (SomeSuccHasSame && !AllSuccsHaveSame)
2462         S.ClearSequenceProgress();
2463       break;
2464     }
2465     }
2466 }
2467
2468 bool
2469 ObjCARCOpt::VisitBottomUp(BasicBlock *BB,
2470                           DenseMap<const BasicBlock *, BBState> &BBStates,
2471                           MapVector<Value *, RRInfo> &Retains) {
2472   bool NestingDetected = false;
2473   BBState &MyStates = BBStates[BB];
2474
2475   // Merge the states from each successor to compute the initial state
2476   // for the current block.
2477   const TerminatorInst *TI = cast<TerminatorInst>(&BB->back());
2478   succ_const_iterator SI(TI), SE(TI, false);
2479   if (SI == SE)
2480     MyStates.SetAsExit();
2481   else
2482     do {
2483       const BasicBlock *Succ = *SI++;
2484       if (Succ == BB)
2485         continue;
2486       DenseMap<const BasicBlock *, BBState>::iterator I = BBStates.find(Succ);
2487       // If we haven't seen this node yet, then we've found a CFG cycle.
2488       // Be optimistic here; it's CheckForCFGHazards' job detect trouble.
2489       if (I == BBStates.end())
2490         continue;
2491       MyStates.InitFromSucc(I->second);
2492       while (SI != SE) {
2493         Succ = *SI++;
2494         if (Succ != BB) {
2495           I = BBStates.find(Succ);
2496           if (I != BBStates.end())
2497             MyStates.MergeSucc(I->second);
2498         }
2499       }
2500       break;
2501     } while (SI != SE);
2502
2503   // Visit all the instructions, bottom-up.
2504   for (BasicBlock::iterator I = BB->end(), E = BB->begin(); I != E; --I) {
2505     Instruction *Inst = llvm::prior(I);
2506     InstructionClass Class = GetInstructionClass(Inst);
2507     const Value *Arg = 0;
2508
2509     switch (Class) {
2510     case IC_Release: {
2511       Arg = GetObjCArg(Inst);
2512
2513       PtrState &S = MyStates.getPtrBottomUpState(Arg);
2514
2515       // If we see two releases in a row on the same pointer. If so, make
2516       // a note, and we'll cicle back to revisit it after we've
2517       // hopefully eliminated the second release, which may allow us to
2518       // eliminate the first release too.
2519       // Theoretically we could implement removal of nested retain+release
2520       // pairs by making PtrState hold a stack of states, but this is
2521       // simple and avoids adding overhead for the non-nested case.
2522       if (S.GetSeq() == S_Release || S.GetSeq() == S_MovableRelease)
2523         NestingDetected = true;
2524
2525       S.RRI.clear();
2526
2527       MDNode *ReleaseMetadata = Inst->getMetadata(ImpreciseReleaseMDKind);
2528       S.SetSeq(ReleaseMetadata ? S_MovableRelease : S_Release);
2529       S.RRI.ReleaseMetadata = ReleaseMetadata;
2530       S.RRI.KnownSafe = S.IsKnownNested() || S.IsKnownIncremented();
2531       S.RRI.IsTailCallRelease = cast<CallInst>(Inst)->isTailCall();
2532       S.RRI.Calls.insert(Inst);
2533
2534       S.IncrementRefCount();
2535       S.IncrementNestCount();
2536       break;
2537     }
2538     case IC_RetainBlock:
2539       // An objc_retainBlock call with just a use may need to be kept,
2540       // because it may be copying a block from the stack to the heap.
2541       if (!IsRetainBlockOptimizable(Inst))
2542         break;
2543       // FALLTHROUGH
2544     case IC_Retain:
2545     case IC_RetainRV: {
2546       Arg = GetObjCArg(Inst);
2547
2548       PtrState &S = MyStates.getPtrBottomUpState(Arg);
2549       S.DecrementRefCount();
2550       S.SetAtLeastOneRefCount();
2551       S.DecrementNestCount();
2552
2553       switch (S.GetSeq()) {
2554       case S_Stop:
2555       case S_Release:
2556       case S_MovableRelease:
2557       case S_Use:
2558         S.RRI.ReverseInsertPts.clear();
2559         // FALL THROUGH
2560       case S_CanRelease:
2561         // Don't do retain+release tracking for IC_RetainRV, because it's
2562         // better to let it remain as the first instruction after a call.
2563         if (Class != IC_RetainRV) {
2564           S.RRI.IsRetainBlock = Class == IC_RetainBlock;
2565           Retains[Inst] = S.RRI;
2566         }
2567         S.ClearSequenceProgress();
2568         break;
2569       case S_None:
2570         break;
2571       case S_Retain:
2572         llvm_unreachable("bottom-up pointer in retain state!");
2573       }
2574       continue;
2575     }
2576     case IC_AutoreleasepoolPop:
2577       // Conservatively, clear MyStates for all known pointers.
2578       MyStates.clearBottomUpPointers();
2579       continue;
2580     case IC_AutoreleasepoolPush:
2581     case IC_None:
2582       // These are irrelevant.
2583       continue;
2584     default:
2585       break;
2586     }
2587
2588     // Consider any other possible effects of this instruction on each
2589     // pointer being tracked.
2590     for (BBState::ptr_iterator MI = MyStates.bottom_up_ptr_begin(),
2591          ME = MyStates.bottom_up_ptr_end(); MI != ME; ++MI) {
2592       const Value *Ptr = MI->first;
2593       if (Ptr == Arg)
2594         continue; // Handled above.
2595       PtrState &S = MI->second;
2596       Sequence Seq = S.GetSeq();
2597
2598       // Check for possible releases.
2599       if (CanAlterRefCount(Inst, Ptr, PA, Class)) {
2600         S.DecrementRefCount();
2601         switch (Seq) {
2602         case S_Use:
2603           S.SetSeq(S_CanRelease);
2604           continue;
2605         case S_CanRelease:
2606         case S_Release:
2607         case S_MovableRelease:
2608         case S_Stop:
2609         case S_None:
2610           break;
2611         case S_Retain:
2612           llvm_unreachable("bottom-up pointer in retain state!");
2613         }
2614       }
2615
2616       // Check for possible direct uses.
2617       switch (Seq) {
2618       case S_Release:
2619       case S_MovableRelease:
2620         if (CanUse(Inst, Ptr, PA, Class)) {
2621           assert(S.RRI.ReverseInsertPts.empty());
2622           S.RRI.ReverseInsertPts.insert(Inst);
2623           S.SetSeq(S_Use);
2624         } else if (Seq == S_Release &&
2625                    (Class == IC_User || Class == IC_CallOrUser)) {
2626           // Non-movable releases depend on any possible objc pointer use.
2627           S.SetSeq(S_Stop);
2628           assert(S.RRI.ReverseInsertPts.empty());
2629           S.RRI.ReverseInsertPts.insert(Inst);
2630         }
2631         break;
2632       case S_Stop:
2633         if (CanUse(Inst, Ptr, PA, Class))
2634           S.SetSeq(S_Use);
2635         break;
2636       case S_CanRelease:
2637       case S_Use:
2638       case S_None:
2639         break;
2640       case S_Retain:
2641         llvm_unreachable("bottom-up pointer in retain state!");
2642       }
2643     }
2644   }
2645
2646   return NestingDetected;
2647 }
2648
2649 bool
2650 ObjCARCOpt::VisitTopDown(BasicBlock *BB,
2651                          DenseMap<const BasicBlock *, BBState> &BBStates,
2652                          DenseMap<Value *, RRInfo> &Releases) {
2653   bool NestingDetected = false;
2654   BBState &MyStates = BBStates[BB];
2655
2656   // Merge the states from each predecessor to compute the initial state
2657   // for the current block.
2658   const_pred_iterator PI(BB), PE(BB, false);
2659   if (PI == PE)
2660     MyStates.SetAsEntry();
2661   else
2662     do {
2663       const BasicBlock *Pred = *PI++;
2664       if (Pred == BB)
2665         continue;
2666       DenseMap<const BasicBlock *, BBState>::iterator I = BBStates.find(Pred);
2667       // If we haven't seen this node yet, then we've found a CFG cycle.
2668       // Be optimistic here; it's CheckForCFGHazards' job detect trouble.
2669       if (I == BBStates.end() || !I->second.isVisitedTopDown())
2670         continue;
2671       MyStates.InitFromPred(I->second);
2672       while (PI != PE) {
2673         Pred = *PI++;
2674         if (Pred != BB) {
2675           I = BBStates.find(Pred);
2676           if (I != BBStates.end() && I->second.isVisitedTopDown())
2677             MyStates.MergePred(I->second);
2678         }
2679       }
2680       break;
2681     } while (PI != PE);
2682
2683   // Visit all the instructions, top-down.
2684   for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(), E = BB->end(); I != E; ++I) {
2685     Instruction *Inst = I;
2686     InstructionClass Class = GetInstructionClass(Inst);
2687     const Value *Arg = 0;
2688
2689     switch (Class) {
2690     case IC_RetainBlock:
2691       // An objc_retainBlock call with just a use may need to be kept,
2692       // because it may be copying a block from the stack to the heap.
2693       if (!IsRetainBlockOptimizable(Inst))
2694         break;
2695       // FALLTHROUGH
2696     case IC_Retain:
2697     case IC_RetainRV: {
2698       Arg = GetObjCArg(Inst);
2699
2700       PtrState &S = MyStates.getPtrTopDownState(Arg);
2701
2702       // Don't do retain+release tracking for IC_RetainRV, because it's
2703       // better to let it remain as the first instruction after a call.
2704       if (Class != IC_RetainRV) {
2705         // If we see two retains in a row on the same pointer. If so, make
2706         // a note, and we'll cicle back to revisit it after we've
2707         // hopefully eliminated the second retain, which may allow us to
2708         // eliminate the first retain too.
2709         // Theoretically we could implement removal of nested retain+release
2710         // pairs by making PtrState hold a stack of states, but this is
2711         // simple and avoids adding overhead for the non-nested case.
2712         if (S.GetSeq() == S_Retain)
2713           NestingDetected = true;
2714
2715         S.SetSeq(S_Retain);
2716         S.RRI.clear();
2717         S.RRI.IsRetainBlock = Class == IC_RetainBlock;
2718         // Don't check S.IsKnownIncremented() here because it's not
2719         // sufficient.
2720         S.RRI.KnownSafe = S.IsKnownNested();
2721         S.RRI.Calls.insert(Inst);
2722       }
2723
2724       S.SetAtLeastOneRefCount();
2725       S.IncrementRefCount();
2726       S.IncrementNestCount();
2727       continue;
2728     }
2729     case IC_Release: {
2730       Arg = GetObjCArg(Inst);
2731
2732       PtrState &S = MyStates.getPtrTopDownState(Arg);
2733       S.DecrementRefCount();
2734       S.DecrementNestCount();
2735
2736       switch (S.GetSeq()) {
2737       case S_Retain:
2738       case S_CanRelease:
2739         S.RRI.ReverseInsertPts.clear();
2740         // FALL THROUGH
2741       case S_Use:
2742         S.RRI.ReleaseMetadata = Inst->getMetadata(ImpreciseReleaseMDKind);
2743         S.RRI.IsTailCallRelease = cast<CallInst>(Inst)->isTailCall();
2744         Releases[Inst] = S.RRI;
2745         S.ClearSequenceProgress();
2746         break;
2747       case S_None:
2748         break;
2749       case S_Stop:
2750       case S_Release:
2751       case S_MovableRelease:
2752         llvm_unreachable("top-down pointer in release state!");
2753       }
2754       break;
2755     }
2756     case IC_AutoreleasepoolPop:
2757       // Conservatively, clear MyStates for all known pointers.
2758       MyStates.clearTopDownPointers();
2759       continue;
2760     case IC_AutoreleasepoolPush:
2761     case IC_None:
2762       // These are irrelevant.
2763       continue;
2764     default:
2765       break;
2766     }
2767
2768     // Consider any other possible effects of this instruction on each
2769     // pointer being tracked.
2770     for (BBState::ptr_iterator MI = MyStates.top_down_ptr_begin(),
2771          ME = MyStates.top_down_ptr_end(); MI != ME; ++MI) {
2772       const Value *Ptr = MI->first;
2773       if (Ptr == Arg)
2774         continue; // Handled above.
2775       PtrState &S = MI->second;
2776       Sequence Seq = S.GetSeq();
2777
2778       // Check for possible releases.
2779       if (CanAlterRefCount(Inst, Ptr, PA, Class)) {
2780         S.DecrementRefCount();
2781         switch (Seq) {
2782         case S_Retain:
2783           S.SetSeq(S_CanRelease);
2784           assert(S.RRI.ReverseInsertPts.empty());
2785           S.RRI.ReverseInsertPts.insert(Inst);
2786
2787           // One call can't cause a transition from S_Retain to S_CanRelease
2788           // and S_CanRelease to S_Use. If we've made the first transition,
2789           // we're done.
2790           continue;
2791         case S_Use:
2792         case S_CanRelease:
2793         case S_None:
2794           break;
2795         case S_Stop:
2796         case S_Release:
2797         case S_MovableRelease:
2798           llvm_unreachable("top-down pointer in release state!");
2799         }
2800       }
2801
2802       // Check for possible direct uses.
2803       switch (Seq) {
2804       case S_CanRelease:
2805         if (CanUse(Inst, Ptr, PA, Class))
2806           S.SetSeq(S_Use);
2807         break;
2808       case S_Retain:
2809       case S_Use:
2810       case S_None:
2811         break;
2812       case S_Stop:
2813       case S_Release:
2814       case S_MovableRelease:
2815         llvm_unreachable("top-down pointer in release state!");
2816       }
2817     }
2818   }
2819
2820   CheckForCFGHazards(BB, BBStates, MyStates);
2821   return NestingDetected;
2822 }
2823
2824 static void
2825 ComputePostOrders(Function &F,
2826                   SmallVectorImpl<BasicBlock *> &PostOrder,
2827                   SmallVectorImpl<BasicBlock *> &ReverseCFGPostOrder) {
2828   /// Backedges - Backedges detected in the DFS. These edges will be
2829   /// ignored in the reverse-CFG DFS, so that loops with multiple exits will be
2830   /// traversed in the desired order.
2831   DenseSet<std::pair<BasicBlock *, BasicBlock *> > Backedges;
2832
2833   /// Visited - The visited set, for doing DFS walks.
2834   SmallPtrSet<BasicBlock *, 16> Visited;
2835
2836   // Do DFS, computing the PostOrder.
2837   SmallPtrSet<BasicBlock *, 16> OnStack;
2838   SmallVector<std::pair<BasicBlock *, succ_iterator>, 16> SuccStack;
2839   BasicBlock *EntryBB = &F.getEntryBlock();
2840   SuccStack.push_back(std::make_pair(EntryBB, succ_begin(EntryBB)));
2841   Visited.insert(EntryBB);
2842   OnStack.insert(EntryBB);
2843   do {
2844   dfs_next_succ:
2845     succ_iterator End = succ_end(SuccStack.back().first);
2846     while (SuccStack.back().second != End) {
2847       BasicBlock *BB = *SuccStack.back().second++;
2848       if (Visited.insert(BB)) {
2849         SuccStack.push_back(std::make_pair(BB, succ_begin(BB)));
2850         OnStack.insert(BB);
2851         goto dfs_next_succ;
2852       }
2853       if (OnStack.count(BB))
2854         Backedges.insert(std::make_pair(SuccStack.back().first, BB));
2855     }
2856     OnStack.erase(SuccStack.back().first);
2857     PostOrder.push_back(SuccStack.pop_back_val().first);
2858   } while (!SuccStack.empty());
2859
2860   Visited.clear();
2861
2862   // Compute the exits, which are the starting points for reverse-CFG DFS.
2863   SmallVector<BasicBlock *, 4> Exits;
2864   for (Function::iterator I = F.begin(), E = F.end(); I != E; ++I) {
2865     BasicBlock *BB = I;
2866     if (BB->getTerminator()->getNumSuccessors() == 0)
2867       Exits.push_back(BB);
2868   }
2869
2870   // Do reverse-CFG DFS, computing the reverse-CFG PostOrder.
2871   SmallVector<std::pair<BasicBlock *, pred_iterator>, 16> PredStack;
2872   for (SmallVectorImpl<BasicBlock *>::iterator I = Exits.begin(), E = Exits.end();
2873        I != E; ++I) {
2874     BasicBlock *ExitBB = *I;
2875     PredStack.push_back(std::make_pair(ExitBB, pred_begin(ExitBB)));
2876     Visited.insert(ExitBB);
2877     while (!PredStack.empty()) {
2878     reverse_dfs_next_succ:
2879       pred_iterator End = pred_end(PredStack.back().first);
2880       while (PredStack.back().second != End) {
2881         BasicBlock *BB = *PredStack.back().second++;
2882         // Skip backedges detected in the forward-CFG DFS.
2883         if (Backedges.count(std::make_pair(BB, PredStack.back().first)))
2884           continue;
2885         if (Visited.insert(BB)) {
2886           PredStack.push_back(std::make_pair(BB, pred_begin(BB)));
2887           goto reverse_dfs_next_succ;
2888         }
2889       }
2890       ReverseCFGPostOrder.push_back(PredStack.pop_back_val().first);
2891     }
2892   }
2893 }
2894
2895 // Visit - Visit the function both top-down and bottom-up.
2896 bool
2897 ObjCARCOpt::Visit(Function &F,
2898                   DenseMap<const BasicBlock *, BBState> &BBStates,
2899                   MapVector<Value *, RRInfo> &Retains,
2900                   DenseMap<Value *, RRInfo> &Releases) {
2901
2902   // Use reverse-postorder traversals, because we magically know that loops
2903   // will be well behaved, i.e. they won't repeatedly call retain on a single
2904   // pointer without doing a release. We can't use the ReversePostOrderTraversal
2905   // class here because we want the reverse-CFG postorder to consider each
2906   // function exit point, and we want to ignore selected cycle edges.
2907   SmallVector<BasicBlock *, 16> PostOrder;
2908   SmallVector<BasicBlock *, 16> ReverseCFGPostOrder;
2909   ComputePostOrders(F, PostOrder, ReverseCFGPostOrder);
2910
2911   // Use reverse-postorder on the reverse CFG for bottom-up.
2912   bool BottomUpNestingDetected = false;
2913   for (SmallVectorImpl<BasicBlock *>::const_reverse_iterator I =
2914        ReverseCFGPostOrder.rbegin(), E = ReverseCFGPostOrder.rend();
2915        I != E; ++I)
2916     BottomUpNestingDetected |= VisitBottomUp(*I, BBStates, Retains);
2917
2918   // Use reverse-postorder for top-down.
2919   bool TopDownNestingDetected = false;
2920   for (SmallVectorImpl<BasicBlock *>::const_reverse_iterator I =
2921        PostOrder.rbegin(), E = PostOrder.rend();
2922        I != E; ++I)
2923     TopDownNestingDetected |= VisitTopDown(*I, BBStates, Releases);
2924
2925   return TopDownNestingDetected && BottomUpNestingDetected;
2926 }
2927
2928 /// MoveCalls - Move the calls in RetainsToMove and ReleasesToMove.
2929 void ObjCARCOpt::MoveCalls(Value *Arg,
2930                            RRInfo &RetainsToMove,
2931                            RRInfo &ReleasesToMove,
2932                            MapVector<Value *, RRInfo> &Retains,
2933                            DenseMap<Value *, RRInfo> &Releases,
2934                            SmallVectorImpl<Instruction *> &DeadInsts,
2935                            Module *M) {
2936   Type *ArgTy = Arg->getType();
2937   Type *ParamTy = PointerType::getUnqual(Type::getInt8Ty(ArgTy->getContext()));
2938
2939   // Insert the new retain and release calls.
2940   for (SmallPtrSet<Instruction *, 2>::const_iterator
2941        PI = ReleasesToMove.ReverseInsertPts.begin(),
2942        PE = ReleasesToMove.ReverseInsertPts.end(); PI != PE; ++PI) {
2943     Instruction *InsertPt = *PI;
2944     Value *MyArg = ArgTy == ParamTy ? Arg :
2945                    new BitCastInst(Arg, ParamTy, "", InsertPt);
2946     CallInst *Call =
2947       CallInst::Create(RetainsToMove.IsRetainBlock ?
2948                          getRetainBlockCallee(M) : getRetainCallee(M),
2949                        MyArg, "", InsertPt);
2950     Call->setDoesNotThrow();
2951     if (RetainsToMove.IsRetainBlock)
2952       Call->setMetadata(CopyOnEscapeMDKind,
2953                         MDNode::get(M->getContext(), ArrayRef<Value *>()));
2954     else
2955       Call->setTailCall();
2956   }
2957   for (SmallPtrSet<Instruction *, 2>::const_iterator
2958        PI = RetainsToMove.ReverseInsertPts.begin(),
2959        PE = RetainsToMove.ReverseInsertPts.end(); PI != PE; ++PI) {
2960     Instruction *LastUse = *PI;
2961     Instruction *InsertPts[] = { 0, 0, 0 };
2962     if (InvokeInst *II = dyn_cast<InvokeInst>(LastUse)) {
2963       // We can't insert code immediately after an invoke instruction, so
2964       // insert code at the beginning of both successor blocks instead.
2965       // The invoke's return value isn't available in the unwind block,
2966       // but our releases will never depend on it, because they must be
2967       // paired with retains from before the invoke.
2968       InsertPts[0] = II->getNormalDest()->getFirstInsertionPt();
2969       InsertPts[1] = II->getUnwindDest()->getFirstInsertionPt();
2970     } else {
2971       // Insert code immediately after the last use.
2972       InsertPts[0] = llvm::next(BasicBlock::iterator(LastUse));
2973     }
2974
2975     for (Instruction **I = InsertPts; *I; ++I) {
2976       Instruction *InsertPt = *I;
2977       Value *MyArg = ArgTy == ParamTy ? Arg :
2978                      new BitCastInst(Arg, ParamTy, "", InsertPt);
2979       CallInst *Call = CallInst::Create(getReleaseCallee(M), MyArg,
2980                                         "", InsertPt);
2981       // Attach a clang.imprecise_release metadata tag, if appropriate.
2982       if (MDNode *M = ReleasesToMove.ReleaseMetadata)
2983         Call->setMetadata(ImpreciseReleaseMDKind, M);
2984       Call->setDoesNotThrow();
2985       if (ReleasesToMove.IsTailCallRelease)
2986         Call->setTailCall();
2987     }
2988   }
2989
2990   // Delete the original retain and release calls.
2991   for (SmallPtrSet<Instruction *, 2>::const_iterator
2992        AI = RetainsToMove.Calls.begin(),
2993        AE = RetainsToMove.Calls.end(); AI != AE; ++AI) {
2994     Instruction *OrigRetain = *AI;
2995     Retains.blot(OrigRetain);
2996     DeadInsts.push_back(OrigRetain);
2997   }
2998   for (SmallPtrSet<Instruction *, 2>::const_iterator
2999        AI = ReleasesToMove.Calls.begin(),
3000        AE = ReleasesToMove.Calls.end(); AI != AE; ++AI) {
3001     Instruction *OrigRelease = *AI;
3002     Releases.erase(OrigRelease);
3003     DeadInsts.push_back(OrigRelease);
3004   }
3005 }
3006
3007 bool
3008 ObjCARCOpt::PerformCodePlacement(DenseMap<const BasicBlock *, BBState>
3009                                    &BBStates,
3010                                  MapVector<Value *, RRInfo> &Retains,
3011                                  DenseMap<Value *, RRInfo> &Releases,
3012                                  Module *M) {
3013   bool AnyPairsCompletelyEliminated = false;
3014   RRInfo RetainsToMove;
3015   RRInfo ReleasesToMove;
3016   SmallVector<Instruction *, 4> NewRetains;
3017   SmallVector<Instruction *, 4> NewReleases;
3018   SmallVector<Instruction *, 8> DeadInsts;
3019
3020   for (MapVector<Value *, RRInfo>::const_iterator I = Retains.begin(),
3021        E = Retains.end(); I != E; ++I) {
3022     Value *V = I->first;
3023     if (!V) continue; // blotted
3024
3025     Instruction *Retain = cast<Instruction>(V);
3026     Value *Arg = GetObjCArg(Retain);
3027
3028     // If the object being released is in static or stack storage, we know it's
3029     // not being managed by ObjC reference counting, so we can delete pairs
3030     // regardless of what possible decrements or uses lie between them.
3031     bool KnownSafe = isa<Constant>(Arg) || isa<AllocaInst>(Arg);
3032    
3033     // A constant pointer can't be pointing to an object on the heap. It may
3034     // be reference-counted, but it won't be deleted.
3035     if (const LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(Arg))
3036       if (const GlobalVariable *GV =
3037             dyn_cast<GlobalVariable>(
3038               StripPointerCastsAndObjCCalls(LI->getPointerOperand())))
3039         if (GV->isConstant())
3040           KnownSafe = true;
3041
3042     // If a pair happens in a region where it is known that the reference count
3043     // is already incremented, we can similarly ignore possible decrements.
3044     bool KnownSafeTD = true, KnownSafeBU = true;
3045
3046     // Connect the dots between the top-down-collected RetainsToMove and
3047     // bottom-up-collected ReleasesToMove to form sets of related calls.
3048     // This is an iterative process so that we connect multiple releases
3049     // to multiple retains if needed.
3050     unsigned OldDelta = 0;
3051     unsigned NewDelta = 0;
3052     unsigned OldCount = 0;
3053     unsigned NewCount = 0;
3054     bool FirstRelease = true;
3055     bool FirstRetain = true;
3056     NewRetains.push_back(Retain);
3057     for (;;) {
3058       for (SmallVectorImpl<Instruction *>::const_iterator
3059            NI = NewRetains.begin(), NE = NewRetains.end(); NI != NE; ++NI) {
3060         Instruction *NewRetain = *NI;
3061         MapVector<Value *, RRInfo>::const_iterator It = Retains.find(NewRetain);
3062         assert(It != Retains.end());
3063         const RRInfo &NewRetainRRI = It->second;
3064         KnownSafeTD &= NewRetainRRI.KnownSafe;
3065         for (SmallPtrSet<Instruction *, 2>::const_iterator
3066              LI = NewRetainRRI.Calls.begin(),
3067              LE = NewRetainRRI.Calls.end(); LI != LE; ++LI) {
3068           Instruction *NewRetainRelease = *LI;
3069           DenseMap<Value *, RRInfo>::const_iterator Jt =
3070             Releases.find(NewRetainRelease);
3071           if (Jt == Releases.end())
3072             goto next_retain;
3073           const RRInfo &NewRetainReleaseRRI = Jt->second;
3074           assert(NewRetainReleaseRRI.Calls.count(NewRetain));
3075           if (ReleasesToMove.Calls.insert(NewRetainRelease)) {
3076             OldDelta -=
3077               BBStates[NewRetainRelease->getParent()].GetAllPathCount();
3078
3079             // Merge the ReleaseMetadata and IsTailCallRelease values.
3080             if (FirstRelease) {
3081               ReleasesToMove.ReleaseMetadata =
3082                 NewRetainReleaseRRI.ReleaseMetadata;
3083               ReleasesToMove.IsTailCallRelease =
3084                 NewRetainReleaseRRI.IsTailCallRelease;
3085               FirstRelease = false;
3086             } else {
3087               if (ReleasesToMove.ReleaseMetadata !=
3088                     NewRetainReleaseRRI.ReleaseMetadata)
3089                 ReleasesToMove.ReleaseMetadata = 0;
3090               if (ReleasesToMove.IsTailCallRelease !=
3091                     NewRetainReleaseRRI.IsTailCallRelease)
3092                 ReleasesToMove.IsTailCallRelease = false;
3093             }
3094
3095             // Collect the optimal insertion points.
3096             if (!KnownSafe)
3097               for (SmallPtrSet<Instruction *, 2>::const_iterator
3098                    RI = NewRetainReleaseRRI.ReverseInsertPts.begin(),
3099                    RE = NewRetainReleaseRRI.ReverseInsertPts.end();
3100                    RI != RE; ++RI) {
3101                 Instruction *RIP = *RI;
3102                 if (ReleasesToMove.ReverseInsertPts.insert(RIP))
3103                   NewDelta -= BBStates[RIP->getParent()].GetAllPathCount();
3104               }
3105             NewReleases.push_back(NewRetainRelease);
3106           }
3107         }
3108       }
3109       NewRetains.clear();
3110       if (NewReleases.empty()) break;
3111
3112       // Back the other way.
3113       for (SmallVectorImpl<Instruction *>::const_iterator
3114            NI = NewReleases.begin(), NE = NewReleases.end(); NI != NE; ++NI) {
3115         Instruction *NewRelease = *NI;
3116         DenseMap<Value *, RRInfo>::const_iterator It =
3117           Releases.find(NewRelease);
3118         assert(It != Releases.end());
3119         const RRInfo &NewReleaseRRI = It->second;
3120         KnownSafeBU &= NewReleaseRRI.KnownSafe;
3121         for (SmallPtrSet<Instruction *, 2>::const_iterator
3122              LI = NewReleaseRRI.Calls.begin(),
3123              LE = NewReleaseRRI.Calls.end(); LI != LE; ++LI) {
3124           Instruction *NewReleaseRetain = *LI;
3125           MapVector<Value *, RRInfo>::const_iterator Jt =
3126             Retains.find(NewReleaseRetain);
3127           if (Jt == Retains.end())
3128             goto next_retain;
3129           const RRInfo &NewReleaseRetainRRI = Jt->second;
3130           assert(NewReleaseRetainRRI.Calls.count(NewRelease));
3131           if (RetainsToMove.Calls.insert(NewReleaseRetain)) {
3132             unsigned PathCount =
3133               BBStates[NewReleaseRetain->getParent()].GetAllPathCount();
3134             OldDelta += PathCount;
3135             OldCount += PathCount;
3136
3137             // Merge the IsRetainBlock values.
3138             if (FirstRetain) {
3139               RetainsToMove.IsRetainBlock = NewReleaseRetainRRI.IsRetainBlock;
3140               FirstRetain = false;
3141             } else if (ReleasesToMove.IsRetainBlock !=
3142                        NewReleaseRetainRRI.IsRetainBlock)
3143               // It's not possible to merge the sequences if one uses
3144               // objc_retain and the other uses objc_retainBlock.
3145               goto next_retain;
3146
3147             // Collect the optimal insertion points.
3148             if (!KnownSafe)
3149               for (SmallPtrSet<Instruction *, 2>::const_iterator
3150                    RI = NewReleaseRetainRRI.ReverseInsertPts.begin(),
3151                    RE = NewReleaseRetainRRI.ReverseInsertPts.end();
3152                    RI != RE; ++RI) {
3153                 Instruction *RIP = *RI;
3154                 if (RetainsToMove.ReverseInsertPts.insert(RIP)) {
3155                   PathCount = BBStates[RIP->getParent()].GetAllPathCount();
3156                   NewDelta += PathCount;
3157                   NewCount += PathCount;
3158                 }
3159               }
3160             NewRetains.push_back(NewReleaseRetain);
3161           }
3162         }
3163       }
3164       NewReleases.clear();
3165       if (NewRetains.empty()) break;
3166     }
3167
3168     // If the pointer is known incremented or nested, we can safely delete the
3169     // pair regardless of what's between them.
3170     if (KnownSafeTD || KnownSafeBU) {
3171       RetainsToMove.ReverseInsertPts.clear();
3172       ReleasesToMove.ReverseInsertPts.clear();
3173       NewCount = 0;
3174     } else {
3175       // Determine whether the new insertion points we computed preserve the
3176       // balance of retain and release calls through the program.
3177       // TODO: If the fully aggressive solution isn't valid, try to find a
3178       // less aggressive solution which is.
3179       if (NewDelta != 0)
3180         goto next_retain;
3181     }
3182
3183     // Determine whether the original call points are balanced in the retain and
3184     // release calls through the program. If not, conservatively don't touch
3185     // them.
3186     // TODO: It's theoretically possible to do code motion in this case, as
3187     // long as the existing imbalances are maintained.
3188     if (OldDelta != 0)
3189       goto next_retain;
3190
3191     // Ok, everything checks out and we're all set. Let's move some code!
3192     Changed = true;
3193     AnyPairsCompletelyEliminated = NewCount == 0;
3194     NumRRs += OldCount - NewCount;
3195     MoveCalls(Arg, RetainsToMove, ReleasesToMove,
3196               Retains, Releases, DeadInsts, M);
3197
3198   next_retain:
3199     NewReleases.clear();
3200     NewRetains.clear();
3201     RetainsToMove.clear();
3202     ReleasesToMove.clear();
3203   }
3204
3205   // Now that we're done moving everything, we can delete the newly dead
3206   // instructions, as we no longer need them as insert points.
3207   while (!DeadInsts.empty())
3208     EraseInstruction(DeadInsts.pop_back_val());
3209
3210   return AnyPairsCompletelyEliminated;
3211 }
3212
3213 /// OptimizeWeakCalls - Weak pointer optimizations.
3214 void ObjCARCOpt::OptimizeWeakCalls(Function &F) {
3215   // First, do memdep-style RLE and S2L optimizations. We can't use memdep
3216   // itself because it uses AliasAnalysis and we need to do provenance
3217   // queries instead.
3218   for (inst_iterator I = inst_begin(&F), E = inst_end(&F); I != E; ) {
3219     Instruction *Inst = &*I++;
3220     InstructionClass Class = GetBasicInstructionClass(Inst);
3221     if (Class != IC_LoadWeak && Class != IC_LoadWeakRetained)
3222       continue;
3223
3224     // Delete objc_loadWeak calls with no users.
3225     if (Class == IC_LoadWeak && Inst->use_empty()) {
3226       Inst->eraseFromParent();
3227       continue;
3228     }
3229
3230     // TODO: For now, just look for an earlier available version of this value
3231     // within the same block. Theoretically, we could do memdep-style non-local
3232     // analysis too, but that would want caching. A better approach would be to
3233     // use the technique that EarlyCSE uses.
3234     inst_iterator Current = llvm::prior(I);
3235     BasicBlock *CurrentBB = Current.getBasicBlockIterator();
3236     for (BasicBlock::iterator B = CurrentBB->begin(),
3237                               J = Current.getInstructionIterator();
3238          J != B; --J) {
3239       Instruction *EarlierInst = &*llvm::prior(J);
3240       InstructionClass EarlierClass = GetInstructionClass(EarlierInst);
3241       switch (EarlierClass) {
3242       case IC_LoadWeak:
3243       case IC_LoadWeakRetained: {
3244         // If this is loading from the same pointer, replace this load's value
3245         // with that one.
3246         CallInst *Call = cast<CallInst>(Inst);
3247         CallInst *EarlierCall = cast<CallInst>(EarlierInst);
3248         Value *Arg = Call->getArgOperand(0);
3249         Value *EarlierArg = EarlierCall->getArgOperand(0);
3250         switch (PA.getAA()->alias(Arg, EarlierArg)) {
3251         case AliasAnalysis::MustAlias:
3252           Changed = true;
3253           // If the load has a builtin retain, insert a plain retain for it.
3254           if (Class == IC_LoadWeakRetained) {
3255             CallInst *CI =
3256               CallInst::Create(getRetainCallee(F.getParent()), EarlierCall,
3257                                "", Call);
3258             CI->setTailCall();
3259           }
3260           // Zap the fully redundant load.
3261           Call->replaceAllUsesWith(EarlierCall);
3262           Call->eraseFromParent();
3263           goto clobbered;
3264         case AliasAnalysis::MayAlias:
3265         case AliasAnalysis::PartialAlias:
3266           goto clobbered;
3267         case AliasAnalysis::NoAlias:
3268           break;
3269         }
3270         break;
3271       }
3272       case IC_StoreWeak:
3273       case IC_InitWeak: {
3274         // If this is storing to the same pointer and has the same size etc.
3275         // replace this load's value with the stored value.
3276         CallInst *Call = cast<CallInst>(Inst);
3277         CallInst *EarlierCall = cast<CallInst>(EarlierInst);
3278         Value *Arg = Call->getArgOperand(0);
3279         Value *EarlierArg = EarlierCall->getArgOperand(0);
3280         switch (PA.getAA()->alias(Arg, EarlierArg)) {
3281         case AliasAnalysis::MustAlias:
3282           Changed = true;
3283           // If the load has a builtin retain, insert a plain retain for it.
3284           if (Class == IC_LoadWeakRetained) {
3285             CallInst *CI =
3286               CallInst::Create(getRetainCallee(F.getParent()), EarlierCall,
3287                                "", Call);
3288             CI->setTailCall();
3289           }
3290           // Zap the fully redundant load.
3291           Call->replaceAllUsesWith(EarlierCall->getArgOperand(1));
3292           Call->eraseFromParent();
3293           goto clobbered;
3294         case AliasAnalysis::MayAlias:
3295         case AliasAnalysis::PartialAlias:
3296           goto clobbered;
3297         case AliasAnalysis::NoAlias:
3298           break;
3299         }
3300         break;
3301       }
3302       case IC_MoveWeak:
3303       case IC_CopyWeak:
3304         // TOOD: Grab the copied value.
3305         goto clobbered;
3306       case IC_AutoreleasepoolPush:
3307       case IC_None:
3308       case IC_User:
3309         // Weak pointers are only modified through the weak entry points
3310         // (and arbitrary calls, which could call the weak entry points).
3311         break;
3312       default:
3313         // Anything else could modify the weak pointer.
3314         goto clobbered;
3315       }
3316     }
3317   clobbered:;
3318   }
3319
3320   // Then, for each destroyWeak with an alloca operand, check to see if
3321   // the alloca and all its users can be zapped.
3322   for (inst_iterator I = inst_begin(&F), E = inst_end(&F); I != E; ) {
3323     Instruction *Inst = &*I++;
3324     InstructionClass Class = GetBasicInstructionClass(Inst);
3325     if (Class != IC_DestroyWeak)
3326       continue;
3327
3328     CallInst *Call = cast<CallInst>(Inst);
3329     Value *Arg = Call->getArgOperand(0);
3330     if (AllocaInst *Alloca = dyn_cast<AllocaInst>(Arg)) {
3331       for (Value::use_iterator UI = Alloca->use_begin(),
3332            UE = Alloca->use_end(); UI != UE; ++UI) {
3333         Instruction *UserInst = cast<Instruction>(*UI);
3334         switch (GetBasicInstructionClass(UserInst)) {
3335         case IC_InitWeak:
3336         case IC_StoreWeak:
3337         case IC_DestroyWeak:
3338           continue;
3339         default:
3340           goto done;
3341         }
3342       }
3343       Changed = true;
3344       for (Value::use_iterator UI = Alloca->use_begin(),
3345            UE = Alloca->use_end(); UI != UE; ) {
3346         CallInst *UserInst = cast<CallInst>(*UI++);
3347         if (!UserInst->use_empty())
3348           UserInst->replaceAllUsesWith(UserInst->getArgOperand(0));
3349         UserInst->eraseFromParent();
3350       }
3351       Alloca->eraseFromParent();
3352     done:;
3353     }
3354   }
3355 }
3356
3357 /// OptimizeSequences - Identify program paths which execute sequences of
3358 /// retains and releases which can be eliminated.
3359 bool ObjCARCOpt::OptimizeSequences(Function &F) {
3360   /// Releases, Retains - These are used to store the results of the main flow
3361   /// analysis. These use Value* as the key instead of Instruction* so that the
3362   /// map stays valid when we get around to rewriting code and calls get
3363   /// replaced by arguments.
3364   DenseMap<Value *, RRInfo> Releases;
3365   MapVector<Value *, RRInfo> Retains;
3366
3367   /// BBStates, This is used during the traversal of the function to track the
3368   /// states for each identified object at each block.
3369   DenseMap<const BasicBlock *, BBState> BBStates;
3370
3371   // Analyze the CFG of the function, and all instructions.
3372   bool NestingDetected = Visit(F, BBStates, Retains, Releases);
3373
3374   // Transform.
3375   return PerformCodePlacement(BBStates, Retains, Releases, F.getParent()) &&
3376          NestingDetected;
3377 }
3378
3379 /// OptimizeReturns - Look for this pattern:
3380 ///
3381 ///    %call = call i8* @something(...)
3382 ///    %2 = call i8* @objc_retain(i8* %call)
3383 ///    %3 = call i8* @objc_autorelease(i8* %2)
3384 ///    ret i8* %3
3385 ///
3386 /// And delete the retain and autorelease.
3387 ///
3388 /// Otherwise if it's just this:
3389 ///
3390 ///    %3 = call i8* @objc_autorelease(i8* %2)
3391 ///    ret i8* %3
3392 ///
3393 /// convert the autorelease to autoreleaseRV.
3394 void ObjCARCOpt::OptimizeReturns(Function &F) {
3395   if (!F.getReturnType()->isPointerTy())
3396     return;
3397
3398   SmallPtrSet<Instruction *, 4> DependingInstructions;
3399   SmallPtrSet<const BasicBlock *, 4> Visited;
3400   for (Function::iterator FI = F.begin(), FE = F.end(); FI != FE; ++FI) {
3401     BasicBlock *BB = FI;
3402     ReturnInst *Ret = dyn_cast<ReturnInst>(&BB->back());
3403     if (!Ret) continue;
3404
3405     const Value *Arg = StripPointerCastsAndObjCCalls(Ret->getOperand(0));
3406     FindDependencies(NeedsPositiveRetainCount, Arg,
3407                      BB, Ret, DependingInstructions, Visited, PA);
3408     if (DependingInstructions.size() != 1)
3409       goto next_block;
3410
3411     {
3412       CallInst *Autorelease =
3413         dyn_cast_or_null<CallInst>(*DependingInstructions.begin());
3414       if (!Autorelease)
3415         goto next_block;
3416       InstructionClass AutoreleaseClass =
3417         GetBasicInstructionClass(Autorelease);
3418       if (!IsAutorelease(AutoreleaseClass))
3419         goto next_block;
3420       if (GetObjCArg(Autorelease) != Arg)
3421         goto next_block;
3422
3423       DependingInstructions.clear();
3424       Visited.clear();
3425
3426       // Check that there is nothing that can affect the reference
3427       // count between the autorelease and the retain.
3428       FindDependencies(CanChangeRetainCount, Arg,
3429                        BB, Autorelease, DependingInstructions, Visited, PA);
3430       if (DependingInstructions.size() != 1)
3431         goto next_block;
3432
3433       {
3434         CallInst *Retain =
3435           dyn_cast_or_null<CallInst>(*DependingInstructions.begin());
3436
3437         // Check that we found a retain with the same argument.
3438         if (!Retain ||
3439             !IsRetain(GetBasicInstructionClass(Retain)) ||
3440             GetObjCArg(Retain) != Arg)
3441           goto next_block;
3442
3443         DependingInstructions.clear();
3444         Visited.clear();
3445
3446         // Convert the autorelease to an autoreleaseRV, since it's
3447         // returning the value.
3448         if (AutoreleaseClass == IC_Autorelease) {
3449           Autorelease->setCalledFunction(getAutoreleaseRVCallee(F.getParent()));
3450           AutoreleaseClass = IC_AutoreleaseRV;
3451         }
3452
3453         // Check that there is nothing that can affect the reference
3454         // count between the retain and the call.
3455         // Note that Retain need not be in BB.
3456         FindDependencies(CanChangeRetainCount, Arg, Retain->getParent(), Retain,
3457                          DependingInstructions, Visited, PA);
3458         if (DependingInstructions.size() != 1)
3459           goto next_block;
3460
3461         {
3462           CallInst *Call =
3463             dyn_cast_or_null<CallInst>(*DependingInstructions.begin());
3464
3465           // Check that the pointer is the return value of the call.
3466           if (!Call || Arg != Call)
3467             goto next_block;
3468
3469           // Check that the call is a regular call.
3470           InstructionClass Class = GetBasicInstructionClass(Call);
3471           if (Class != IC_CallOrUser && Class != IC_Call)
3472             goto next_block;
3473
3474           // If so, we can zap the retain and autorelease.
3475           Changed = true;
3476           ++NumRets;
3477           EraseInstruction(Retain);
3478           EraseInstruction(Autorelease);
3479         }
3480       }
3481     }
3482
3483   next_block:
3484     DependingInstructions.clear();
3485     Visited.clear();
3486   }
3487 }
3488
3489 bool ObjCARCOpt::doInitialization(Module &M) {
3490   if (!EnableARCOpts)
3491     return false;
3492
3493   Run = ModuleHasARC(M);
3494   if (!Run)
3495     return false;
3496
3497   // Identify the imprecise release metadata kind.
3498   ImpreciseReleaseMDKind =
3499     M.getContext().getMDKindID("clang.imprecise_release");
3500   CopyOnEscapeMDKind =
3501     M.getContext().getMDKindID("clang.arc.copy_on_escape");
3502
3503   // Intuitively, objc_retain and others are nocapture, however in practice
3504   // they are not, because they return their argument value. And objc_release
3505   // calls finalizers.
3506
3507   // These are initialized lazily.
3508   RetainRVCallee = 0;
3509   AutoreleaseRVCallee = 0;
3510   ReleaseCallee = 0;
3511   RetainCallee = 0;
3512   RetainBlockCallee = 0;
3513   AutoreleaseCallee = 0;
3514
3515   return false;
3516 }
3517
3518 bool ObjCARCOpt::runOnFunction(Function &F) {
3519   if (!EnableARCOpts)
3520     return false;
3521
3522   // If nothing in the Module uses ARC, don't do anything.
3523   if (!Run)
3524     return false;
3525
3526   Changed = false;
3527
3528   PA.setAA(&getAnalysis<AliasAnalysis>());
3529
3530   // This pass performs several distinct transformations. As a compile-time aid
3531   // when compiling code that isn't ObjC, skip these if the relevant ObjC
3532   // library functions aren't declared.
3533
3534   // Preliminary optimizations. This also computs UsedInThisFunction.
3535   OptimizeIndividualCalls(F);
3536
3537   // Optimizations for weak pointers.
3538   if (UsedInThisFunction & ((1 << IC_LoadWeak) |
3539                             (1 << IC_LoadWeakRetained) |
3540                             (1 << IC_StoreWeak) |
3541                             (1 << IC_InitWeak) |
3542                             (1 << IC_CopyWeak) |
3543                             (1 << IC_MoveWeak) |
3544                             (1 << IC_DestroyWeak)))
3545     OptimizeWeakCalls(F);
3546
3547   // Optimizations for retain+release pairs.
3548   if (UsedInThisFunction & ((1 << IC_Retain) |
3549                             (1 << IC_RetainRV) |
3550                             (1 << IC_RetainBlock)))
3551     if (UsedInThisFunction & (1 << IC_Release))
3552       // Run OptimizeSequences until it either stops making changes or
3553       // no retain+release pair nesting is detected.
3554       while (OptimizeSequences(F)) {}
3555
3556   // Optimizations if objc_autorelease is used.
3557   if (UsedInThisFunction &
3558       ((1 << IC_Autorelease) | (1 << IC_AutoreleaseRV)))
3559     OptimizeReturns(F);
3560
3561   return Changed;
3562 }
3563
3564 void ObjCARCOpt::releaseMemory() {
3565   PA.clear();
3566 }
3567
3568 //===----------------------------------------------------------------------===//
3569 // ARC contraction.
3570 //===----------------------------------------------------------------------===//
3571
3572 // TODO: ObjCARCContract could insert PHI nodes when uses aren't
3573 // dominated by single calls.
3574
3575 #include "llvm/Operator.h"
3576 #include "llvm/InlineAsm.h"
3577 #include "llvm/Analysis/Dominators.h"
3578
3579 STATISTIC(NumStoreStrongs, "Number objc_storeStrong calls formed");
3580
3581 namespace {
3582   /// ObjCARCContract - Late ARC optimizations.  These change the IR in a way
3583   /// that makes it difficult to be analyzed by ObjCARCOpt, so it's run late.
3584   class ObjCARCContract : public FunctionPass {
3585     bool Changed;
3586     AliasAnalysis *AA;
3587     DominatorTree *DT;
3588     ProvenanceAnalysis PA;
3589
3590     /// Run - A flag indicating whether this optimization pass should run.
3591     bool Run;
3592
3593     /// StoreStrongCallee, etc. - Declarations for ObjC runtime
3594     /// functions, for use in creating calls to them. These are initialized
3595     /// lazily to avoid cluttering up the Module with unused declarations.
3596     Constant *StoreStrongCallee,
3597              *RetainAutoreleaseCallee, *RetainAutoreleaseRVCallee;
3598
3599     /// RetainRVMarker - The inline asm string to insert between calls and
3600     /// RetainRV calls to make the optimization work on targets which need it.
3601     const MDString *RetainRVMarker;
3602
3603     Constant *getStoreStrongCallee(Module *M);
3604     Constant *getRetainAutoreleaseCallee(Module *M);
3605     Constant *getRetainAutoreleaseRVCallee(Module *M);
3606
3607     bool ContractAutorelease(Function &F, Instruction *Autorelease,
3608                              InstructionClass Class,
3609                              SmallPtrSet<Instruction *, 4>
3610                                &DependingInstructions,
3611                              SmallPtrSet<const BasicBlock *, 4>
3612                                &Visited);
3613
3614     void ContractRelease(Instruction *Release,
3615                          inst_iterator &Iter);
3616
3617     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const;
3618     virtual bool doInitialization(Module &M);
3619     virtual bool runOnFunction(Function &F);
3620
3621   public:
3622     static char ID;
3623     ObjCARCContract() : FunctionPass(ID) {
3624       initializeObjCARCContractPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
3625     }
3626   };
3627 }
3628
3629 char ObjCARCContract::ID = 0;
3630 INITIALIZE_PASS_BEGIN(ObjCARCContract,
3631                       "objc-arc-contract", "ObjC ARC contraction", false, false)
3632 INITIALIZE_AG_DEPENDENCY(AliasAnalysis)
3633 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(DominatorTree)
3634 INITIALIZE_PASS_END(ObjCARCContract,
3635                     "objc-arc-contract", "ObjC ARC contraction", false, false)
3636
3637 Pass *llvm::createObjCARCContractPass() {
3638   return new ObjCARCContract();
3639 }
3640
3641 void ObjCARCContract::getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
3642   AU.addRequired<AliasAnalysis>();
3643   AU.addRequired<DominatorTree>();
3644   AU.setPreservesCFG();
3645 }
3646
3647 Constant *ObjCARCContract::getStoreStrongCallee(Module *M) {
3648   if (!StoreStrongCallee) {
3649     LLVMContext &C = M->getContext();
3650     Type *I8X = PointerType::getUnqual(Type::getInt8Ty(C));
3651     Type *I8XX = PointerType::getUnqual(I8X);
3652     std::vector<Type *> Params;
3653     Params.push_back(I8XX);
3654     Params.push_back(I8X);
3655
3656     AttrListPtr Attributes;
3657     Attributes.addAttr(~0u, Attribute::NoUnwind);
3658     Attributes.addAttr(1, Attribute::NoCapture);
3659
3660     StoreStrongCallee =
3661       M->getOrInsertFunction(
3662         "objc_storeStrong",
3663         FunctionType::get(Type::getVoidTy(C), Params, /*isVarArg=*/false),
3664         Attributes);
3665   }
3666   return StoreStrongCallee;
3667 }
3668
3669 Constant *ObjCARCContract::getRetainAutoreleaseCallee(Module *M) {
3670   if (!RetainAutoreleaseCallee) {
3671     LLVMContext &C = M->getContext();
3672     Type *I8X = PointerType::getUnqual(Type::getInt8Ty(C));
3673     std::vector<Type *> Params;
3674     Params.push_back(I8X);
3675     FunctionType *FTy =
3676       FunctionType::get(I8X, Params, /*isVarArg=*/false);
3677     AttrListPtr Attributes;
3678     Attributes.addAttr(~0u, Attribute::NoUnwind);
3679     RetainAutoreleaseCallee =
3680       M->getOrInsertFunction("objc_retainAutorelease", FTy, Attributes);
3681   }
3682   return RetainAutoreleaseCallee;
3683 }
3684
3685 Constant *ObjCARCContract::getRetainAutoreleaseRVCallee(Module *M) {
3686   if (!RetainAutoreleaseRVCallee) {
3687     LLVMContext &C = M->getContext();
3688     Type *I8X = PointerType::getUnqual(Type::getInt8Ty(C));
3689     std::vector<Type *> Params;
3690     Params.push_back(I8X);
3691     FunctionType *FTy =
3692       FunctionType::get(I8X, Params, /*isVarArg=*/false);
3693     AttrListPtr Attributes;
3694     Attributes.addAttr(~0u, Attribute::NoUnwind);
3695     RetainAutoreleaseRVCallee =
3696       M->getOrInsertFunction("objc_retainAutoreleaseReturnValue", FTy,
3697                              Attributes);
3698   }
3699   return RetainAutoreleaseRVCallee;
3700 }
3701
3702 /// ContractAutorelease - Merge an autorelease with a retain into a fused
3703 /// call.
3704 bool
3705 ObjCARCContract::ContractAutorelease(Function &F, Instruction *Autorelease,
3706                                      InstructionClass Class,
3707                                      SmallPtrSet<Instruction *, 4>
3708                                        &DependingInstructions,
3709                                      SmallPtrSet<const BasicBlock *, 4>
3710                                        &Visited) {
3711   const Value *Arg = GetObjCArg(Autorelease);
3712
3713   // Check that there are no instructions between the retain and the autorelease
3714   // (such as an autorelease_pop) which may change the count.
3715   CallInst *Retain = 0;
3716   if (Class == IC_AutoreleaseRV)
3717     FindDependencies(RetainAutoreleaseRVDep, Arg,
3718                      Autorelease->getParent(), Autorelease,
3719                      DependingInstructions, Visited, PA);
3720   else
3721     FindDependencies(RetainAutoreleaseDep, Arg,
3722                      Autorelease->getParent(), Autorelease,
3723                      DependingInstructions, Visited, PA);
3724
3725   Visited.clear();
3726   if (DependingInstructions.size() != 1) {
3727     DependingInstructions.clear();
3728     return false;
3729   }
3730
3731   Retain = dyn_cast_or_null<CallInst>(*DependingInstructions.begin());
3732   DependingInstructions.clear();
3733
3734   if (!Retain ||
3735       GetBasicInstructionClass(Retain) != IC_Retain ||
3736       GetObjCArg(Retain) != Arg)
3737     return false;
3738
3739   Changed = true;
3740   ++NumPeeps;
3741
3742   if (Class == IC_AutoreleaseRV)
3743     Retain->setCalledFunction(getRetainAutoreleaseRVCallee(F.getParent()));
3744   else
3745     Retain->setCalledFunction(getRetainAutoreleaseCallee(F.getParent()));
3746
3747   EraseInstruction(Autorelease);
3748   return true;
3749 }
3750
3751 /// ContractRelease - Attempt to merge an objc_release with a store, load, and
3752 /// objc_retain to form an objc_storeStrong. This can be a little tricky because
3753 /// the instructions don't always appear in order, and there may be unrelated
3754 /// intervening instructions.
3755 void ObjCARCContract::ContractRelease(Instruction *Release,
3756                                       inst_iterator &Iter) {
3757   LoadInst *Load = dyn_cast<LoadInst>(GetObjCArg(Release));
3758   if (!Load || !Load->isSimple()) return;
3759
3760   // For now, require everything to be in one basic block.
3761   BasicBlock *BB = Release->getParent();
3762   if (Load->getParent() != BB) return;
3763
3764   // Walk down to find the store.
3765   BasicBlock::iterator I = Load, End = BB->end();
3766   ++I;
3767   AliasAnalysis::Location Loc = AA->getLocation(Load);
3768   while (I != End &&
3769          (&*I == Release ||
3770           IsRetain(GetBasicInstructionClass(I)) ||
3771           !(AA->getModRefInfo(I, Loc) & AliasAnalysis::Mod)))
3772     ++I;
3773   StoreInst *Store = dyn_cast<StoreInst>(I);
3774   if (!Store || !Store->isSimple()) return;
3775   if (Store->getPointerOperand() != Loc.Ptr) return;
3776
3777   Value *New = StripPointerCastsAndObjCCalls(Store->getValueOperand());
3778
3779   // Walk up to find the retain.
3780   I = Store;
3781   BasicBlock::iterator Begin = BB->begin();
3782   while (I != Begin && GetBasicInstructionClass(I) != IC_Retain)
3783     --I;
3784   Instruction *Retain = I;
3785   if (GetBasicInstructionClass(Retain) != IC_Retain) return;
3786   if (GetObjCArg(Retain) != New) return;
3787
3788   Changed = true;
3789   ++NumStoreStrongs;
3790
3791   LLVMContext &C = Release->getContext();
3792   Type *I8X = PointerType::getUnqual(Type::getInt8Ty(C));
3793   Type *I8XX = PointerType::getUnqual(I8X);
3794
3795   Value *Args[] = { Load->getPointerOperand(), New };
3796   if (Args[0]->getType() != I8XX)
3797     Args[0] = new BitCastInst(Args[0], I8XX, "", Store);
3798   if (Args[1]->getType() != I8X)
3799     Args[1] = new BitCastInst(Args[1], I8X, "", Store);
3800   CallInst *StoreStrong =
3801     CallInst::Create(getStoreStrongCallee(BB->getParent()->getParent()),
3802                      Args, "", Store);
3803   StoreStrong->setDoesNotThrow();
3804   StoreStrong->setDebugLoc(Store->getDebugLoc());
3805
3806   if (&*Iter == Store) ++Iter;
3807   Store->eraseFromParent();
3808   Release->eraseFromParent();
3809   EraseInstruction(Retain);
3810   if (Load->use_empty())
3811     Load->eraseFromParent();
3812 }
3813
3814 bool ObjCARCContract::doInitialization(Module &M) {
3815   Run = ModuleHasARC(M);
3816   if (!Run)
3817     return false;
3818
3819   // These are initialized lazily.
3820   StoreStrongCallee = 0;
3821   RetainAutoreleaseCallee = 0;
3822   RetainAutoreleaseRVCallee = 0;
3823
3824   // Initialize RetainRVMarker.
3825   RetainRVMarker = 0;
3826   if (NamedMDNode *NMD =
3827         M.getNamedMetadata("clang.arc.retainAutoreleasedReturnValueMarker"))
3828     if (NMD->getNumOperands() == 1) {
3829       const MDNode *N = NMD->getOperand(0);
3830       if (N->getNumOperands() == 1)
3831         if (const MDString *S = dyn_cast<MDString>(N->getOperand(0)))
3832           RetainRVMarker = S;
3833     }
3834
3835   return false;
3836 }
3837
3838 bool ObjCARCContract::runOnFunction(Function &F) {
3839   if (!EnableARCOpts)
3840     return false;
3841
3842   // If nothing in the Module uses ARC, don't do anything.
3843   if (!Run)
3844     return false;
3845
3846   Changed = false;
3847   AA = &getAnalysis<AliasAnalysis>();
3848   DT = &getAnalysis<DominatorTree>();
3849
3850   PA.setAA(&getAnalysis<AliasAnalysis>());
3851
3852   // For ObjC library calls which return their argument, replace uses of the
3853   // argument with uses of the call return value, if it dominates the use. This
3854   // reduces register pressure.
3855   SmallPtrSet<Instruction *, 4> DependingInstructions;
3856   SmallPtrSet<const BasicBlock *, 4> Visited;
3857   for (inst_iterator I = inst_begin(&F), E = inst_end(&F); I != E; ) {
3858     Instruction *Inst = &*I++;
3859
3860     // Only these library routines return their argument. In particular,
3861     // objc_retainBlock does not necessarily return its argument.
3862     InstructionClass Class = GetBasicInstructionClass(Inst);
3863     switch (Class) {
3864     case IC_Retain:
3865     case IC_FusedRetainAutorelease:
3866     case IC_FusedRetainAutoreleaseRV:
3867       break;
3868     case IC_Autorelease:
3869     case IC_AutoreleaseRV:
3870       if (ContractAutorelease(F, Inst, Class, DependingInstructions, Visited))
3871         continue;
3872       break;
3873     case IC_RetainRV: {
3874       // If we're compiling for a target which needs a special inline-asm
3875       // marker to do the retainAutoreleasedReturnValue optimization,
3876       // insert it now.
3877       if (!RetainRVMarker)
3878         break;
3879       BasicBlock::iterator BBI = Inst;
3880       --BBI;
3881       while (isNoopInstruction(BBI)) --BBI;
3882       if (&*BBI == GetObjCArg(Inst)) {
3883         InlineAsm *IA =
3884           InlineAsm::get(FunctionType::get(Type::getVoidTy(Inst->getContext()),
3885                                            /*isVarArg=*/false),
3886                          RetainRVMarker->getString(),
3887                          /*Constraints=*/"", /*hasSideEffects=*/true);
3888         CallInst::Create(IA, "", Inst);
3889       }
3890       break;
3891     }
3892     case IC_InitWeak: {
3893       // objc_initWeak(p, null) => *p = null
3894       CallInst *CI = cast<CallInst>(Inst);
3895       if (isNullOrUndef(CI->getArgOperand(1))) {
3896         Value *Null =
3897           ConstantPointerNull::get(cast<PointerType>(CI->getType()));
3898         Changed = true;
3899         new StoreInst(Null, CI->getArgOperand(0), CI);
3900         CI->replaceAllUsesWith(Null);
3901         CI->eraseFromParent();
3902       }
3903       continue;
3904     }
3905     case IC_Release:
3906       ContractRelease(Inst, I);
3907       continue;
3908     default:
3909       continue;
3910     }
3911
3912     // Don't use GetObjCArg because we don't want to look through bitcasts
3913     // and such; to do the replacement, the argument must have type i8*.
3914     const Value *Arg = cast<CallInst>(Inst)->getArgOperand(0);
3915     for (;;) {
3916       // If we're compiling bugpointed code, don't get in trouble.
3917       if (!isa<Instruction>(Arg) && !isa<Argument>(Arg))
3918         break;
3919       // Look through the uses of the pointer.
3920       for (Value::const_use_iterator UI = Arg->use_begin(), UE = Arg->use_end();
3921            UI != UE; ) {
3922         Use &U = UI.getUse();
3923         unsigned OperandNo = UI.getOperandNo();
3924         ++UI; // Increment UI now, because we may unlink its element.
3925         if (Instruction *UserInst = dyn_cast<Instruction>(U.getUser()))
3926           if (Inst != UserInst && DT->dominates(Inst, UserInst)) {
3927             Changed = true;
3928             Instruction *Replacement = Inst;
3929             Type *UseTy = U.get()->getType();
3930             if (PHINode *PHI = dyn_cast<PHINode>(UserInst)) {
3931               // For PHI nodes, insert the bitcast in the predecessor block.
3932               unsigned ValNo =
3933                 PHINode::getIncomingValueNumForOperand(OperandNo);
3934               BasicBlock *BB =
3935                 PHI->getIncomingBlock(ValNo);
3936               if (Replacement->getType() != UseTy)
3937                 Replacement = new BitCastInst(Replacement, UseTy, "",
3938                                               &BB->back());
3939               for (unsigned i = 0, e = PHI->getNumIncomingValues();
3940                    i != e; ++i)
3941                 if (PHI->getIncomingBlock(i) == BB) {
3942                   // Keep the UI iterator valid.
3943                   if (&PHI->getOperandUse(
3944                         PHINode::getOperandNumForIncomingValue(i)) ==
3945                         &UI.getUse())
3946                     ++UI;
3947                   PHI->setIncomingValue(i, Replacement);
3948                 }
3949             } else {
3950               if (Replacement->getType() != UseTy)
3951                 Replacement = new BitCastInst(Replacement, UseTy, "", UserInst);
3952               U.set(Replacement);
3953             }
3954           }
3955       }
3956
3957       // If Arg is a no-op casted pointer, strip one level of casts and
3958       // iterate.
3959       if (const BitCastInst *BI = dyn_cast<BitCastInst>(Arg))
3960         Arg = BI->getOperand(0);
3961       else if (isa<GEPOperator>(Arg) &&
3962                cast<GEPOperator>(Arg)->hasAllZeroIndices())
3963         Arg = cast<GEPOperator>(Arg)->getPointerOperand();
3964       else if (isa<GlobalAlias>(Arg) &&
3965                !cast<GlobalAlias>(Arg)->mayBeOverridden())
3966         Arg = cast<GlobalAlias>(Arg)->getAliasee();
3967       else
3968         break;
3969     }
3970   }
3971
3972   return Changed;
3973 }