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