Fix an iterator invalidation problem. operator[] on a DenseMap
[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[](const 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         size_t Num = Vector.size();
96         Pair.first->second = Num;
97         Vector.push_back(std::make_pair(Arg, ValueT()));
98         return Vector[Num].second;
99       }
100       return Vector[Pair.first->second].second;
101     }
102
103     std::pair<iterator, bool>
104     insert(const std::pair<KeyT, ValueT> &InsertPair) {
105       std::pair<typename MapTy::iterator, bool> Pair =
106         Map.insert(std::make_pair(InsertPair.first, size_t(0)));
107       if (Pair.second) {
108         size_t Num = Vector.size();
109         Pair.first->second = Num;
110         Vector.push_back(InsertPair);
111         return std::make_pair(Vector.begin() + Num, true);
112       }
113       return std::make_pair(Vector.begin() + Pair.first->second, false);
114     }
115
116     const_iterator find(const KeyT &Key) const {
117       typename MapTy::const_iterator It = Map.find(Key);
118       if (It == Map.end()) return Vector.end();
119       return Vector.begin() + It->second;
120     }
121
122     /// blot - This is similar to erase, but instead of removing the element
123     /// from the vector, it just zeros out the key in the vector. This leaves
124     /// iterators intact, but clients must be prepared for zeroed-out keys when
125     /// iterating.
126     void blot(const KeyT &Key) {
127       typename MapTy::iterator It = Map.find(Key);
128       if (It == Map.end()) return;
129       Vector[It->second].first = KeyT();
130       Map.erase(It);
131     }
132
133     void clear() {
134       Map.clear();
135       Vector.clear();
136     }
137   };
138 }
139
140 //===----------------------------------------------------------------------===//
141 // ARC Utilities.
142 //===----------------------------------------------------------------------===//
143
144 namespace {
145   /// InstructionClass - A simple classification for instructions.
146   enum InstructionClass {
147     IC_Retain,              ///< objc_retain
148     IC_RetainRV,            ///< objc_retainAutoreleasedReturnValue
149     IC_RetainBlock,         ///< objc_retainBlock
150     IC_Release,             ///< objc_release
151     IC_Autorelease,         ///< objc_autorelease
152     IC_AutoreleaseRV,       ///< objc_autoreleaseReturnValue
153     IC_AutoreleasepoolPush, ///< objc_autoreleasePoolPush
154     IC_AutoreleasepoolPop,  ///< objc_autoreleasePoolPop
155     IC_NoopCast,            ///< objc_retainedObject, etc.
156     IC_FusedRetainAutorelease, ///< objc_retainAutorelease
157     IC_FusedRetainAutoreleaseRV, ///< objc_retainAutoreleaseReturnValue
158     IC_LoadWeakRetained,    ///< objc_loadWeakRetained (primitive)
159     IC_StoreWeak,           ///< objc_storeWeak (primitive)
160     IC_InitWeak,            ///< objc_initWeak (derived)
161     IC_LoadWeak,            ///< objc_loadWeak (derived)
162     IC_MoveWeak,            ///< objc_moveWeak (derived)
163     IC_CopyWeak,            ///< objc_copyWeak (derived)
164     IC_DestroyWeak,         ///< objc_destroyWeak (derived)
165     IC_CallOrUser,          ///< could call objc_release and/or "use" pointers
166     IC_Call,                ///< could call objc_release
167     IC_User,                ///< could "use" a pointer
168     IC_None                 ///< anything else
169   };
170 }
171
172 /// IsPotentialUse - Test whether the given value is possible a
173 /// reference-counted pointer.
174 static bool IsPotentialUse(const Value *Op) {
175   // Pointers to static or stack storage are not reference-counted pointers.
176   if (isa<Constant>(Op) || isa<AllocaInst>(Op))
177     return false;
178   // Special arguments are not reference-counted.
179   if (const Argument *Arg = dyn_cast<Argument>(Op))
180     if (Arg->hasByValAttr() ||
181         Arg->hasNestAttr() ||
182         Arg->hasStructRetAttr())
183       return false;
184   // Only consider values with pointer types.
185   // It seemes intuitive to exclude function pointer types as well, since
186   // functions are never reference-counted, however clang occasionally
187   // bitcasts reference-counted pointers to function-pointer type
188   // temporarily.
189   PointerType *Ty = dyn_cast<PointerType>(Op->getType());
190   if (!Ty)
191     return false;
192   // Conservatively assume anything else is a potential use.
193   return true;
194 }
195
196 /// GetCallSiteClass - Helper for GetInstructionClass. Determines what kind
197 /// of construct CS is.
198 static InstructionClass GetCallSiteClass(ImmutableCallSite CS) {
199   for (ImmutableCallSite::arg_iterator I = CS.arg_begin(), E = CS.arg_end();
200        I != E; ++I)
201     if (IsPotentialUse(*I))
202       return CS.onlyReadsMemory() ? IC_User : IC_CallOrUser;
203
204   return CS.onlyReadsMemory() ? IC_None : IC_Call;
205 }
206
207 /// GetFunctionClass - Determine if F is one of the special known Functions.
208 /// If it isn't, return IC_CallOrUser.
209 static InstructionClass GetFunctionClass(const Function *F) {
210   Function::const_arg_iterator AI = F->arg_begin(), AE = F->arg_end();
211
212   // No arguments.
213   if (AI == AE)
214     return StringSwitch<InstructionClass>(F->getName())
215       .Case("objc_autoreleasePoolPush",  IC_AutoreleasepoolPush)
216       .Default(IC_CallOrUser);
217
218   // One argument.
219   const Argument *A0 = AI++;
220   if (AI == AE)
221     // Argument is a pointer.
222     if (PointerType *PTy = dyn_cast<PointerType>(A0->getType())) {
223       Type *ETy = PTy->getElementType();
224       // Argument is i8*.
225       if (ETy->isIntegerTy(8))
226         return StringSwitch<InstructionClass>(F->getName())
227           .Case("objc_retain",                IC_Retain)
228           .Case("objc_retainAutoreleasedReturnValue", IC_RetainRV)
229           .Case("objc_retainBlock",           IC_RetainBlock)
230           .Case("objc_release",               IC_Release)
231           .Case("objc_autorelease",           IC_Autorelease)
232           .Case("objc_autoreleaseReturnValue", IC_AutoreleaseRV)
233           .Case("objc_autoreleasePoolPop",    IC_AutoreleasepoolPop)
234           .Case("objc_retainedObject",        IC_NoopCast)
235           .Case("objc_unretainedObject",      IC_NoopCast)
236           .Case("objc_unretainedPointer",     IC_NoopCast)
237           .Case("objc_retain_autorelease",    IC_FusedRetainAutorelease)
238           .Case("objc_retainAutorelease",     IC_FusedRetainAutorelease)
239           .Case("objc_retainAutoreleaseReturnValue",IC_FusedRetainAutoreleaseRV)
240           .Default(IC_CallOrUser);
241
242       // Argument is i8**
243       if (PointerType *Pte = dyn_cast<PointerType>(ETy))
244         if (Pte->getElementType()->isIntegerTy(8))
245           return StringSwitch<InstructionClass>(F->getName())
246             .Case("objc_loadWeakRetained",      IC_LoadWeakRetained)
247             .Case("objc_loadWeak",              IC_LoadWeak)
248             .Case("objc_destroyWeak",           IC_DestroyWeak)
249             .Default(IC_CallOrUser);
250     }
251
252   // Two arguments, first is i8**.
253   const Argument *A1 = AI++;
254   if (AI == AE)
255     if (PointerType *PTy = dyn_cast<PointerType>(A0->getType()))
256       if (PointerType *Pte = dyn_cast<PointerType>(PTy->getElementType()))
257         if (Pte->getElementType()->isIntegerTy(8))
258           if (PointerType *PTy1 = dyn_cast<PointerType>(A1->getType())) {
259             Type *ETy1 = PTy1->getElementType();
260             // Second argument is i8*
261             if (ETy1->isIntegerTy(8))
262               return StringSwitch<InstructionClass>(F->getName())
263                      .Case("objc_storeWeak",             IC_StoreWeak)
264                      .Case("objc_initWeak",              IC_InitWeak)
265                      .Default(IC_CallOrUser);
266             // Second argument is i8**.
267             if (PointerType *Pte1 = dyn_cast<PointerType>(ETy1))
268               if (Pte1->getElementType()->isIntegerTy(8))
269                 return StringSwitch<InstructionClass>(F->getName())
270                        .Case("objc_moveWeak",              IC_MoveWeak)
271                        .Case("objc_copyWeak",              IC_CopyWeak)
272                        .Default(IC_CallOrUser);
273           }
274
275   // Anything else.
276   return IC_CallOrUser;
277 }
278
279 /// GetInstructionClass - Determine what kind of construct V is.
280 static InstructionClass GetInstructionClass(const Value *V) {
281   if (const Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V)) {
282     // Any instruction other than bitcast and gep with a pointer operand have a
283     // use of an objc pointer. Bitcasts, GEPs, Selects, PHIs transfer a pointer
284     // to a subsequent use, rather than using it themselves, in this sense.
285     // As a short cut, several other opcodes are known to have no pointer
286     // operands of interest. And ret is never followed by a release, so it's
287     // not interesting to examine.
288     switch (I->getOpcode()) {
289     case Instruction::Call: {
290       const CallInst *CI = cast<CallInst>(I);
291       // Check for calls to special functions.
292       if (const Function *F = CI->getCalledFunction()) {
293         InstructionClass Class = GetFunctionClass(F);
294         if (Class != IC_CallOrUser)
295           return Class;
296
297         // None of the intrinsic functions do objc_release. For intrinsics, the
298         // only question is whether or not they may be users.
299         switch (F->getIntrinsicID()) {
300         case 0: break;
301         case Intrinsic::bswap: case Intrinsic::ctpop:
302         case Intrinsic::ctlz: case Intrinsic::cttz:
303         case Intrinsic::returnaddress: case Intrinsic::frameaddress:
304         case Intrinsic::stacksave: case Intrinsic::stackrestore:
305         case Intrinsic::vastart: case Intrinsic::vacopy: case Intrinsic::vaend:
306         // Don't let dbg info affect our results.
307         case Intrinsic::dbg_declare: case Intrinsic::dbg_value:
308           // Short cut: Some intrinsics obviously don't use ObjC pointers.
309           return IC_None;
310         default:
311           for (Function::const_arg_iterator AI = F->arg_begin(),
312                AE = F->arg_end(); AI != AE; ++AI)
313             if (IsPotentialUse(AI))
314               return IC_User;
315           return IC_None;
316         }
317       }
318       return GetCallSiteClass(CI);
319     }
320     case Instruction::Invoke:
321       return GetCallSiteClass(cast<InvokeInst>(I));
322     case Instruction::BitCast:
323     case Instruction::GetElementPtr:
324     case Instruction::Select: case Instruction::PHI:
325     case Instruction::Ret: case Instruction::Br:
326     case Instruction::Switch: case Instruction::IndirectBr:
327     case Instruction::Alloca: case Instruction::VAArg:
328     case Instruction::Add: case Instruction::FAdd:
329     case Instruction::Sub: case Instruction::FSub:
330     case Instruction::Mul: case Instruction::FMul:
331     case Instruction::SDiv: case Instruction::UDiv: case Instruction::FDiv:
332     case Instruction::SRem: case Instruction::URem: case Instruction::FRem:
333     case Instruction::Shl: case Instruction::LShr: case Instruction::AShr:
334     case Instruction::And: case Instruction::Or: case Instruction::Xor:
335     case Instruction::SExt: case Instruction::ZExt: case Instruction::Trunc:
336     case Instruction::IntToPtr: case Instruction::FCmp:
337     case Instruction::FPTrunc: case Instruction::FPExt:
338     case Instruction::FPToUI: case Instruction::FPToSI:
339     case Instruction::UIToFP: case Instruction::SIToFP:
340     case Instruction::InsertElement: case Instruction::ExtractElement:
341     case Instruction::ShuffleVector:
342     case Instruction::ExtractValue:
343       break;
344     case Instruction::ICmp:
345       // Comparing a pointer with null, or any other constant, isn't an
346       // interesting use, because we don't care what the pointer points to, or
347       // about the values of any other dynamic reference-counted pointers.
348       if (IsPotentialUse(I->getOperand(1)))
349         return IC_User;
350       break;
351     default:
352       // For anything else, check all the operands.
353       // Note that this includes both operands of a Store: while the first
354       // operand isn't actually being dereferenced, it is being stored to
355       // memory where we can no longer track who might read it and dereference
356       // it, so we have to consider it potentially used.
357       for (User::const_op_iterator OI = I->op_begin(), OE = I->op_end();
358            OI != OE; ++OI)
359         if (IsPotentialUse(*OI))
360           return IC_User;
361     }
362   }
363
364   // Otherwise, it's totally inert for ARC purposes.
365   return IC_None;
366 }
367
368 /// GetBasicInstructionClass - Determine what kind of construct V is. This is
369 /// similar to GetInstructionClass except that it only detects objc runtine
370 /// calls. This allows it to be faster.
371 static InstructionClass GetBasicInstructionClass(const Value *V) {
372   if (const CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(V)) {
373     if (const Function *F = CI->getCalledFunction())
374       return GetFunctionClass(F);
375     // Otherwise, be conservative.
376     return IC_CallOrUser;
377   }
378
379   // Otherwise, be conservative.
380   return isa<InvokeInst>(V) ? IC_CallOrUser : IC_User;
381 }
382
383 /// IsRetain - Test if the the given class is objc_retain or
384 /// equivalent.
385 static bool IsRetain(InstructionClass Class) {
386   return Class == IC_Retain ||
387          Class == IC_RetainRV;
388 }
389
390 /// IsAutorelease - Test if the the given class is objc_autorelease or
391 /// equivalent.
392 static bool IsAutorelease(InstructionClass Class) {
393   return Class == IC_Autorelease ||
394          Class == IC_AutoreleaseRV;
395 }
396
397 /// IsForwarding - Test if the given class represents instructions which return
398 /// their argument verbatim.
399 static bool IsForwarding(InstructionClass Class) {
400   // objc_retainBlock technically doesn't always return its argument
401   // verbatim, but it doesn't matter for our purposes here.
402   return Class == IC_Retain ||
403          Class == IC_RetainRV ||
404          Class == IC_Autorelease ||
405          Class == IC_AutoreleaseRV ||
406          Class == IC_RetainBlock ||
407          Class == IC_NoopCast;
408 }
409
410 /// IsNoopOnNull - Test if the given class represents instructions which do
411 /// nothing if passed a null pointer.
412 static bool IsNoopOnNull(InstructionClass Class) {
413   return Class == IC_Retain ||
414          Class == IC_RetainRV ||
415          Class == IC_Release ||
416          Class == IC_Autorelease ||
417          Class == IC_AutoreleaseRV ||
418          Class == IC_RetainBlock;
419 }
420
421 /// IsAlwaysTail - Test if the given class represents instructions which are
422 /// always safe to mark with the "tail" keyword.
423 static bool IsAlwaysTail(InstructionClass Class) {
424   // IC_RetainBlock may be given a stack argument.
425   return Class == IC_Retain ||
426          Class == IC_RetainRV ||
427          Class == IC_Autorelease ||
428          Class == IC_AutoreleaseRV;
429 }
430
431 /// IsNoThrow - Test if the given class represents instructions which are always
432 /// safe to mark with the nounwind attribute..
433 static bool IsNoThrow(InstructionClass Class) {
434   // objc_retainBlock is not nounwind because it calls user copy constructors
435   // which could theoretically throw.
436   return Class == IC_Retain ||
437          Class == IC_RetainRV ||
438          Class == IC_Release ||
439          Class == IC_Autorelease ||
440          Class == IC_AutoreleaseRV ||
441          Class == IC_AutoreleasepoolPush ||
442          Class == IC_AutoreleasepoolPop;
443 }
444
445 /// EraseInstruction - Erase the given instruction. ObjC calls return their
446 /// argument verbatim, so if it's such a call and the return value has users,
447 /// replace them with the argument value.
448 static void EraseInstruction(Instruction *CI) {
449   Value *OldArg = cast<CallInst>(CI)->getArgOperand(0);
450
451   bool Unused = CI->use_empty();
452
453   if (!Unused) {
454     // Replace the return value with the argument.
455     assert(IsForwarding(GetBasicInstructionClass(CI)) &&
456            "Can't delete non-forwarding instruction with users!");
457     CI->replaceAllUsesWith(OldArg);
458   }
459
460   CI->eraseFromParent();
461
462   if (Unused)
463     RecursivelyDeleteTriviallyDeadInstructions(OldArg);
464 }
465
466 /// GetUnderlyingObjCPtr - This is a wrapper around getUnderlyingObject which
467 /// also knows how to look through objc_retain and objc_autorelease calls, which
468 /// we know to return their argument verbatim.
469 static const Value *GetUnderlyingObjCPtr(const Value *V) {
470   for (;;) {
471     V = GetUnderlyingObject(V);
472     if (!IsForwarding(GetBasicInstructionClass(V)))
473       break;
474     V = cast<CallInst>(V)->getArgOperand(0);
475   }
476
477   return V;
478 }
479
480 /// StripPointerCastsAndObjCCalls - This is a wrapper around
481 /// Value::stripPointerCasts which also knows how to look through objc_retain
482 /// and objc_autorelease calls, which we know to return their argument verbatim.
483 static const Value *StripPointerCastsAndObjCCalls(const Value *V) {
484   for (;;) {
485     V = V->stripPointerCasts();
486     if (!IsForwarding(GetBasicInstructionClass(V)))
487       break;
488     V = cast<CallInst>(V)->getArgOperand(0);
489   }
490   return V;
491 }
492
493 /// StripPointerCastsAndObjCCalls - This is a wrapper around
494 /// Value::stripPointerCasts which also knows how to look through objc_retain
495 /// and objc_autorelease calls, which we know to return their argument verbatim.
496 static Value *StripPointerCastsAndObjCCalls(Value *V) {
497   for (;;) {
498     V = V->stripPointerCasts();
499     if (!IsForwarding(GetBasicInstructionClass(V)))
500       break;
501     V = cast<CallInst>(V)->getArgOperand(0);
502   }
503   return V;
504 }
505
506 /// GetObjCArg - Assuming the given instruction is one of the special calls such
507 /// as objc_retain or objc_release, return the argument value, stripped of no-op
508 /// casts and forwarding calls.
509 static Value *GetObjCArg(Value *Inst) {
510   return StripPointerCastsAndObjCCalls(cast<CallInst>(Inst)->getArgOperand(0));
511 }
512
513 /// IsObjCIdentifiedObject - This is similar to AliasAnalysis'
514 /// isObjCIdentifiedObject, except that it uses special knowledge of
515 /// ObjC conventions...
516 static bool IsObjCIdentifiedObject(const Value *V) {
517   // Assume that call results and arguments have their own "provenance".
518   // Constants (including GlobalVariables) and Allocas are never
519   // reference-counted.
520   if (isa<CallInst>(V) || isa<InvokeInst>(V) ||
521       isa<Argument>(V) || isa<Constant>(V) ||
522       isa<AllocaInst>(V))
523     return true;
524
525   if (const LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(V)) {
526     const Value *Pointer =
527       StripPointerCastsAndObjCCalls(LI->getPointerOperand());
528     if (const GlobalVariable *GV = dyn_cast<GlobalVariable>(Pointer)) {
529       // A constant pointer can't be pointing to an object on the heap. It may
530       // be reference-counted, but it won't be deleted.
531       if (GV->isConstant())
532         return true;
533       StringRef Name = GV->getName();
534       // These special variables are known to hold values which are not
535       // reference-counted pointers.
536       if (Name.startswith("\01L_OBJC_SELECTOR_REFERENCES_") ||
537           Name.startswith("\01L_OBJC_CLASSLIST_REFERENCES_") ||
538           Name.startswith("\01L_OBJC_CLASSLIST_SUP_REFS_$_") ||
539           Name.startswith("\01L_OBJC_METH_VAR_NAME_") ||
540           Name.startswith("\01l_objc_msgSend_fixup_"))
541         return true;
542     }
543   }
544
545   return false;
546 }
547
548 /// FindSingleUseIdentifiedObject - This is similar to
549 /// StripPointerCastsAndObjCCalls but it stops as soon as it finds a value
550 /// with multiple uses.
551 static const Value *FindSingleUseIdentifiedObject(const Value *Arg) {
552   if (Arg->hasOneUse()) {
553     if (const BitCastInst *BC = dyn_cast<BitCastInst>(Arg))
554       return FindSingleUseIdentifiedObject(BC->getOperand(0));
555     if (const GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(Arg))
556       if (GEP->hasAllZeroIndices())
557         return FindSingleUseIdentifiedObject(GEP->getPointerOperand());
558     if (IsForwarding(GetBasicInstructionClass(Arg)))
559       return FindSingleUseIdentifiedObject(
560                cast<CallInst>(Arg)->getArgOperand(0));
561     if (!IsObjCIdentifiedObject(Arg))
562       return 0;
563     return Arg;
564   }
565
566   // If we found an identifiable object but it has multiple uses, but they
567   // are trivial uses, we can still consider this to be a single-use
568   // value.
569   if (IsObjCIdentifiedObject(Arg)) {
570     for (Value::const_use_iterator UI = Arg->use_begin(), UE = Arg->use_end();
571          UI != UE; ++UI) {
572       const User *U = *UI;
573       if (!U->use_empty() || StripPointerCastsAndObjCCalls(U) != Arg)
574          return 0;
575     }
576
577     return Arg;
578   }
579
580   return 0;
581 }
582
583 /// ModuleHasARC - Test if the given module looks interesting to run ARC
584 /// optimization on.
585 static bool ModuleHasARC(const Module &M) {
586   return
587     M.getNamedValue("objc_retain") ||
588     M.getNamedValue("objc_release") ||
589     M.getNamedValue("objc_autorelease") ||
590     M.getNamedValue("objc_retainAutoreleasedReturnValue") ||
591     M.getNamedValue("objc_retainBlock") ||
592     M.getNamedValue("objc_autoreleaseReturnValue") ||
593     M.getNamedValue("objc_autoreleasePoolPush") ||
594     M.getNamedValue("objc_loadWeakRetained") ||
595     M.getNamedValue("objc_loadWeak") ||
596     M.getNamedValue("objc_destroyWeak") ||
597     M.getNamedValue("objc_storeWeak") ||
598     M.getNamedValue("objc_initWeak") ||
599     M.getNamedValue("objc_moveWeak") ||
600     M.getNamedValue("objc_copyWeak") ||
601     M.getNamedValue("objc_retainedObject") ||
602     M.getNamedValue("objc_unretainedObject") ||
603     M.getNamedValue("objc_unretainedPointer");
604 }
605
606 /// DoesObjCBlockEscape - Test whether the given pointer, which is an
607 /// Objective C block pointer, does not "escape". This differs from regular
608 /// escape analysis in that a use as an argument to a call is not considered
609 /// an escape.
610 static bool DoesObjCBlockEscape(const Value *BlockPtr) {
611   // Walk the def-use chains.
612   SmallVector<const Value *, 4> Worklist;
613   Worklist.push_back(BlockPtr);
614   do {
615     const Value *V = Worklist.pop_back_val();
616     for (Value::const_use_iterator UI = V->use_begin(), UE = V->use_end();
617          UI != UE; ++UI) {
618       const User *UUser = *UI;
619       // Special - Use by a call (callee or argument) is not considered
620       // to be an escape.
621       if (isa<CallInst>(UUser) || isa<InvokeInst>(UUser))
622         continue;
623       // Use by an instruction which copies the value is an escape if the
624       // result is an escape.
625       if (isa<BitCastInst>(UUser) || isa<GetElementPtrInst>(UUser) ||
626           isa<PHINode>(UUser) || isa<SelectInst>(UUser)) {
627         Worklist.push_back(UUser);
628         continue;
629       }
630       // Use by a load is not an escape.
631       if (isa<LoadInst>(UUser))
632         continue;
633       // Use by a store is not an escape if the use is the address.
634       if (const StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(UUser))
635         if (V != SI->getValueOperand())
636           continue;
637       // Otherwise, conservatively assume an escape.
638       return true;
639     }
640   } while (!Worklist.empty());
641
642   // No escapes found.
643   return false;
644 }
645
646 //===----------------------------------------------------------------------===//
647 // ARC AliasAnalysis.
648 //===----------------------------------------------------------------------===//
649
650 #include "llvm/Pass.h"
651 #include "llvm/Analysis/AliasAnalysis.h"
652 #include "llvm/Analysis/Passes.h"
653
654 namespace {
655   /// ObjCARCAliasAnalysis - This is a simple alias analysis
656   /// implementation that uses knowledge of ARC constructs to answer queries.
657   ///
658   /// TODO: This class could be generalized to know about other ObjC-specific
659   /// tricks. Such as knowing that ivars in the non-fragile ABI are non-aliasing
660   /// even though their offsets are dynamic.
661   class ObjCARCAliasAnalysis : public ImmutablePass,
662                                public AliasAnalysis {
663   public:
664     static char ID; // Class identification, replacement for typeinfo
665     ObjCARCAliasAnalysis() : ImmutablePass(ID) {
666       initializeObjCARCAliasAnalysisPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
667     }
668
669   private:
670     virtual void initializePass() {
671       InitializeAliasAnalysis(this);
672     }
673
674     /// getAdjustedAnalysisPointer - This method is used when a pass implements
675     /// an analysis interface through multiple inheritance.  If needed, it
676     /// should override this to adjust the this pointer as needed for the
677     /// specified pass info.
678     virtual void *getAdjustedAnalysisPointer(const void *PI) {
679       if (PI == &AliasAnalysis::ID)
680         return (AliasAnalysis*)this;
681       return this;
682     }
683
684     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const;
685     virtual AliasResult alias(const Location &LocA, const Location &LocB);
686     virtual bool pointsToConstantMemory(const Location &Loc, bool OrLocal);
687     virtual ModRefBehavior getModRefBehavior(ImmutableCallSite CS);
688     virtual ModRefBehavior getModRefBehavior(const Function *F);
689     virtual ModRefResult getModRefInfo(ImmutableCallSite CS,
690                                        const Location &Loc);
691     virtual ModRefResult getModRefInfo(ImmutableCallSite CS1,
692                                        ImmutableCallSite CS2);
693   };
694 }  // End of anonymous namespace
695
696 // Register this pass...
697 char ObjCARCAliasAnalysis::ID = 0;
698 INITIALIZE_AG_PASS(ObjCARCAliasAnalysis, AliasAnalysis, "objc-arc-aa",
699                    "ObjC-ARC-Based Alias Analysis", false, true, false)
700
701 ImmutablePass *llvm::createObjCARCAliasAnalysisPass() {
702   return new ObjCARCAliasAnalysis();
703 }
704
705 void
706 ObjCARCAliasAnalysis::getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
707   AU.setPreservesAll();
708   AliasAnalysis::getAnalysisUsage(AU);
709 }
710
711 AliasAnalysis::AliasResult
712 ObjCARCAliasAnalysis::alias(const Location &LocA, const Location &LocB) {
713   if (!EnableARCOpts)
714     return AliasAnalysis::alias(LocA, LocB);
715
716   // First, strip off no-ops, including ObjC-specific no-ops, and try making a
717   // precise alias query.
718   const Value *SA = StripPointerCastsAndObjCCalls(LocA.Ptr);
719   const Value *SB = StripPointerCastsAndObjCCalls(LocB.Ptr);
720   AliasResult Result =
721     AliasAnalysis::alias(Location(SA, LocA.Size, LocA.TBAATag),
722                          Location(SB, LocB.Size, LocB.TBAATag));
723   if (Result != MayAlias)
724     return Result;
725
726   // If that failed, climb to the underlying object, including climbing through
727   // ObjC-specific no-ops, and try making an imprecise alias query.
728   const Value *UA = GetUnderlyingObjCPtr(SA);
729   const Value *UB = GetUnderlyingObjCPtr(SB);
730   if (UA != SA || UB != SB) {
731     Result = AliasAnalysis::alias(Location(UA), Location(UB));
732     // We can't use MustAlias or PartialAlias results here because
733     // GetUnderlyingObjCPtr may return an offsetted pointer value.
734     if (Result == NoAlias)
735       return NoAlias;
736   }
737
738   // If that failed, fail. We don't need to chain here, since that's covered
739   // by the earlier precise query.
740   return MayAlias;
741 }
742
743 bool
744 ObjCARCAliasAnalysis::pointsToConstantMemory(const Location &Loc,
745                                              bool OrLocal) {
746   if (!EnableARCOpts)
747     return AliasAnalysis::pointsToConstantMemory(Loc, OrLocal);
748
749   // First, strip off no-ops, including ObjC-specific no-ops, and try making
750   // a precise alias query.
751   const Value *S = StripPointerCastsAndObjCCalls(Loc.Ptr);
752   if (AliasAnalysis::pointsToConstantMemory(Location(S, Loc.Size, Loc.TBAATag),
753                                             OrLocal))
754     return true;
755
756   // If that failed, climb to the underlying object, including climbing through
757   // ObjC-specific no-ops, and try making an imprecise alias query.
758   const Value *U = GetUnderlyingObjCPtr(S);
759   if (U != S)
760     return AliasAnalysis::pointsToConstantMemory(Location(U), OrLocal);
761
762   // If that failed, fail. We don't need to chain here, since that's covered
763   // by the earlier precise query.
764   return false;
765 }
766
767 AliasAnalysis::ModRefBehavior
768 ObjCARCAliasAnalysis::getModRefBehavior(ImmutableCallSite CS) {
769   // We have nothing to do. Just chain to the next AliasAnalysis.
770   return AliasAnalysis::getModRefBehavior(CS);
771 }
772
773 AliasAnalysis::ModRefBehavior
774 ObjCARCAliasAnalysis::getModRefBehavior(const Function *F) {
775   if (!EnableARCOpts)
776     return AliasAnalysis::getModRefBehavior(F);
777
778   switch (GetFunctionClass(F)) {
779   case IC_NoopCast:
780     return DoesNotAccessMemory;
781   default:
782     break;
783   }
784
785   return AliasAnalysis::getModRefBehavior(F);
786 }
787
788 AliasAnalysis::ModRefResult
789 ObjCARCAliasAnalysis::getModRefInfo(ImmutableCallSite CS, const Location &Loc) {
790   if (!EnableARCOpts)
791     return AliasAnalysis::getModRefInfo(CS, Loc);
792
793   switch (GetBasicInstructionClass(CS.getInstruction())) {
794   case IC_Retain:
795   case IC_RetainRV:
796   case IC_Autorelease:
797   case IC_AutoreleaseRV:
798   case IC_NoopCast:
799   case IC_AutoreleasepoolPush:
800   case IC_FusedRetainAutorelease:
801   case IC_FusedRetainAutoreleaseRV:
802     // These functions don't access any memory visible to the compiler.
803     // Note that this doesn't include objc_retainBlock, becuase it updates
804     // pointers when it copies block data.
805     return NoModRef;
806   default:
807     break;
808   }
809
810   return AliasAnalysis::getModRefInfo(CS, Loc);
811 }
812
813 AliasAnalysis::ModRefResult
814 ObjCARCAliasAnalysis::getModRefInfo(ImmutableCallSite CS1,
815                                     ImmutableCallSite CS2) {
816   // TODO: Theoretically we could check for dependencies between objc_* calls
817   // and OnlyAccessesArgumentPointees calls or other well-behaved calls.
818   return AliasAnalysis::getModRefInfo(CS1, CS2);
819 }
820
821 //===----------------------------------------------------------------------===//
822 // ARC expansion.
823 //===----------------------------------------------------------------------===//
824
825 #include "llvm/Support/InstIterator.h"
826 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
827
828 namespace {
829   /// ObjCARCExpand - Early ARC transformations.
830   class ObjCARCExpand : public FunctionPass {
831     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const;
832     virtual bool doInitialization(Module &M);
833     virtual bool runOnFunction(Function &F);
834
835     /// Run - A flag indicating whether this optimization pass should run.
836     bool Run;
837
838   public:
839     static char ID;
840     ObjCARCExpand() : FunctionPass(ID) {
841       initializeObjCARCExpandPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
842     }
843   };
844 }
845
846 char ObjCARCExpand::ID = 0;
847 INITIALIZE_PASS(ObjCARCExpand,
848                 "objc-arc-expand", "ObjC ARC expansion", false, false)
849
850 Pass *llvm::createObjCARCExpandPass() {
851   return new ObjCARCExpand();
852 }
853
854 void ObjCARCExpand::getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
855   AU.setPreservesCFG();
856 }
857
858 bool ObjCARCExpand::doInitialization(Module &M) {
859   Run = ModuleHasARC(M);
860   return false;
861 }
862
863 bool ObjCARCExpand::runOnFunction(Function &F) {
864   if (!EnableARCOpts)
865     return false;
866
867   // If nothing in the Module uses ARC, don't do anything.
868   if (!Run)
869     return false;
870
871   bool Changed = false;
872
873   for (inst_iterator I = inst_begin(&F), E = inst_end(&F); I != E; ++I) {
874     Instruction *Inst = &*I;
875
876     switch (GetBasicInstructionClass(Inst)) {
877     case IC_Retain:
878     case IC_RetainRV:
879     case IC_Autorelease:
880     case IC_AutoreleaseRV:
881     case IC_FusedRetainAutorelease:
882     case IC_FusedRetainAutoreleaseRV:
883       // These calls return their argument verbatim, as a low-level
884       // optimization. However, this makes high-level optimizations
885       // harder. Undo any uses of this optimization that the front-end
886       // emitted here. We'll redo them in a later pass.
887       Changed = true;
888       Inst->replaceAllUsesWith(cast<CallInst>(Inst)->getArgOperand(0));
889       break;
890     default:
891       break;
892     }
893   }
894
895   return Changed;
896 }
897
898 //===----------------------------------------------------------------------===//
899 // ARC autorelease pool elimination.
900 //===----------------------------------------------------------------------===//
901
902 #include "llvm/Constants.h"
903
904 namespace {
905   /// ObjCARCAPElim - Autorelease pool elimination.
906   class ObjCARCAPElim : public ModulePass {
907     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const;
908     virtual bool runOnModule(Module &M);
909
910     bool MayAutorelease(CallSite CS, unsigned Depth = 0);
911     bool OptimizeBB(BasicBlock *BB);
912
913   public:
914     static char ID;
915     ObjCARCAPElim() : ModulePass(ID) {
916       initializeObjCARCAPElimPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
917     }
918   };
919 }
920
921 char ObjCARCAPElim::ID = 0;
922 INITIALIZE_PASS(ObjCARCAPElim,
923                 "objc-arc-apelim",
924                 "ObjC ARC autorelease pool elimination",
925                 false, false)
926
927 Pass *llvm::createObjCARCAPElimPass() {
928   return new ObjCARCAPElim();
929 }
930
931 void ObjCARCAPElim::getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
932   AU.setPreservesCFG();
933 }
934
935 /// MayAutorelease - Interprocedurally determine if calls made by the
936 /// given call site can possibly produce autoreleases.
937 bool ObjCARCAPElim::MayAutorelease(CallSite CS, unsigned Depth) {
938   if (Function *Callee = CS.getCalledFunction()) {
939     if (Callee->isDeclaration() || Callee->mayBeOverridden())
940       return true;
941     for (Function::iterator I = Callee->begin(), E = Callee->end();
942          I != E; ++I) {
943       BasicBlock *BB = I;
944       for (BasicBlock::iterator J = BB->begin(), F = BB->end(); J != F; ++J)
945         if (CallSite JCS = CallSite(J))
946           // This recursion depth limit is arbitrary. It's just great
947           // enough to cover known interesting testcases.
948           if (Depth < 3 &&
949               !JCS.onlyReadsMemory() &&
950               MayAutorelease(JCS, Depth + 1))
951             return true;
952     }
953     return false;
954   }
955
956   return true;
957 }
958
959 bool ObjCARCAPElim::OptimizeBB(BasicBlock *BB) {
960   bool Changed = false;
961
962   Instruction *Push = 0;
963   for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(), E = BB->end(); I != E; ) {
964     Instruction *Inst = I++;
965     switch (GetBasicInstructionClass(Inst)) {
966     case IC_AutoreleasepoolPush:
967       Push = Inst;
968       break;
969     case IC_AutoreleasepoolPop:
970       // If this pop matches a push and nothing in between can autorelease,
971       // zap the pair.
972       if (Push && cast<CallInst>(Inst)->getArgOperand(0) == Push) {
973         Changed = true;
974         Inst->eraseFromParent();
975         Push->eraseFromParent();
976       }
977       Push = 0;
978       break;
979     case IC_CallOrUser:
980       if (MayAutorelease(CallSite(Inst)))
981         Push = 0;
982       break;
983     default:
984       break;
985     }
986   }
987
988   return Changed;
989 }
990
991 bool ObjCARCAPElim::runOnModule(Module &M) {
992   if (!EnableARCOpts)
993     return false;
994
995   // If nothing in the Module uses ARC, don't do anything.
996   if (!ModuleHasARC(M))
997     return false;
998
999   // Find the llvm.global_ctors variable, as the first step in
1000   // identifying the global constructors.
1001   GlobalVariable *GV = M.getGlobalVariable("llvm.global_ctors");
1002   if (!GV)
1003     return false;
1004
1005   assert(GV->hasDefinitiveInitializer() &&
1006          "llvm.global_ctors is uncooperative!");
1007
1008   bool Changed = false;
1009
1010   // Dig the constructor functions out of GV's initializer.
1011   ConstantArray *Init = cast<ConstantArray>(GV->getInitializer());
1012   for (User::op_iterator OI = Init->op_begin(), OE = Init->op_end();
1013        OI != OE; ++OI) {
1014     Value *Op = *OI;
1015     // llvm.global_ctors is an array of pairs where the second members
1016     // are constructor functions.
1017     Function *F = cast<Function>(cast<ConstantStruct>(Op)->getOperand(1));
1018     // Only look at function definitions.
1019     if (F->isDeclaration())
1020       continue;
1021     // Only look at functions with one basic block.
1022     if (llvm::next(F->begin()) != F->end())
1023       continue;
1024     // Ok, a single-block constructor function definition. Try to optimize it.
1025     Changed |= OptimizeBB(F->begin());
1026   }
1027
1028   return Changed;
1029 }
1030
1031 //===----------------------------------------------------------------------===//
1032 // ARC optimization.
1033 //===----------------------------------------------------------------------===//
1034
1035 // TODO: On code like this:
1036 //
1037 // objc_retain(%x)
1038 // stuff_that_cannot_release()
1039 // objc_autorelease(%x)
1040 // stuff_that_cannot_release()
1041 // objc_retain(%x)
1042 // stuff_that_cannot_release()
1043 // objc_autorelease(%x)
1044 //
1045 // The second retain and autorelease can be deleted.
1046
1047 // TODO: It should be possible to delete
1048 // objc_autoreleasePoolPush and objc_autoreleasePoolPop
1049 // pairs if nothing is actually autoreleased between them. Also, autorelease
1050 // calls followed by objc_autoreleasePoolPop calls (perhaps in ObjC++ code
1051 // after inlining) can be turned into plain release calls.
1052
1053 // TODO: Critical-edge splitting. If the optimial insertion point is
1054 // a critical edge, the current algorithm has to fail, because it doesn't
1055 // know how to split edges. It should be possible to make the optimizer
1056 // think in terms of edges, rather than blocks, and then split critical
1057 // edges on demand.
1058
1059 // TODO: OptimizeSequences could generalized to be Interprocedural.
1060
1061 // TODO: Recognize that a bunch of other objc runtime calls have
1062 // non-escaping arguments and non-releasing arguments, and may be
1063 // non-autoreleasing.
1064
1065 // TODO: Sink autorelease calls as far as possible. Unfortunately we
1066 // usually can't sink them past other calls, which would be the main
1067 // case where it would be useful.
1068
1069 // TODO: The pointer returned from objc_loadWeakRetained is retained.
1070
1071 // TODO: Delete release+retain pairs (rare).
1072
1073 #include "llvm/GlobalAlias.h"
1074 #include "llvm/Constants.h"
1075 #include "llvm/LLVMContext.h"
1076 #include "llvm/Support/ErrorHandling.h"
1077 #include "llvm/Support/CFG.h"
1078 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
1079 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
1080 #include "llvm/ADT/DenseSet.h"
1081
1082 STATISTIC(NumNoops,       "Number of no-op objc calls eliminated");
1083 STATISTIC(NumPartialNoops, "Number of partially no-op objc calls eliminated");
1084 STATISTIC(NumAutoreleases,"Number of autoreleases converted to releases");
1085 STATISTIC(NumRets,        "Number of return value forwarding "
1086                           "retain+autoreleaes eliminated");
1087 STATISTIC(NumRRs,         "Number of retain+release paths eliminated");
1088 STATISTIC(NumPeeps,       "Number of calls peephole-optimized");
1089
1090 namespace {
1091   /// ProvenanceAnalysis - This is similar to BasicAliasAnalysis, and it
1092   /// uses many of the same techniques, except it uses special ObjC-specific
1093   /// reasoning about pointer relationships.
1094   class ProvenanceAnalysis {
1095     AliasAnalysis *AA;
1096
1097     typedef std::pair<const Value *, const Value *> ValuePairTy;
1098     typedef DenseMap<ValuePairTy, bool> CachedResultsTy;
1099     CachedResultsTy CachedResults;
1100
1101     bool relatedCheck(const Value *A, const Value *B);
1102     bool relatedSelect(const SelectInst *A, const Value *B);
1103     bool relatedPHI(const PHINode *A, const Value *B);
1104
1105     // Do not implement.
1106     void operator=(const ProvenanceAnalysis &);
1107     ProvenanceAnalysis(const ProvenanceAnalysis &);
1108
1109   public:
1110     ProvenanceAnalysis() {}
1111
1112     void setAA(AliasAnalysis *aa) { AA = aa; }
1113
1114     AliasAnalysis *getAA() const { return AA; }
1115
1116     bool related(const Value *A, const Value *B);
1117
1118     void clear() {
1119       CachedResults.clear();
1120     }
1121   };
1122 }
1123
1124 bool ProvenanceAnalysis::relatedSelect(const SelectInst *A, const Value *B) {
1125   // If the values are Selects with the same condition, we can do a more precise
1126   // check: just check for relations between the values on corresponding arms.
1127   if (const SelectInst *SB = dyn_cast<SelectInst>(B))
1128     if (A->getCondition() == SB->getCondition()) {
1129       if (related(A->getTrueValue(), SB->getTrueValue()))
1130         return true;
1131       if (related(A->getFalseValue(), SB->getFalseValue()))
1132         return true;
1133       return false;
1134     }
1135
1136   // Check both arms of the Select node individually.
1137   if (related(A->getTrueValue(), B))
1138     return true;
1139   if (related(A->getFalseValue(), B))
1140     return true;
1141
1142   // The arms both checked out.
1143   return false;
1144 }
1145
1146 bool ProvenanceAnalysis::relatedPHI(const PHINode *A, const Value *B) {
1147   // If the values are PHIs in the same block, we can do a more precise as well
1148   // as efficient check: just check for relations between the values on
1149   // corresponding edges.
1150   if (const PHINode *PNB = dyn_cast<PHINode>(B))
1151     if (PNB->getParent() == A->getParent()) {
1152       for (unsigned i = 0, e = A->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
1153         if (related(A->getIncomingValue(i),
1154                     PNB->getIncomingValueForBlock(A->getIncomingBlock(i))))
1155           return true;
1156       return false;
1157     }
1158
1159   // Check each unique source of the PHI node against B.
1160   SmallPtrSet<const Value *, 4> UniqueSrc;
1161   for (unsigned i = 0, e = A->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
1162     const Value *PV1 = A->getIncomingValue(i);
1163     if (UniqueSrc.insert(PV1) && related(PV1, B))
1164       return true;
1165   }
1166
1167   // All of the arms checked out.
1168   return false;
1169 }
1170
1171 /// isStoredObjCPointer - Test if the value of P, or any value covered by its
1172 /// provenance, is ever stored within the function (not counting callees).
1173 static bool isStoredObjCPointer(const Value *P) {
1174   SmallPtrSet<const Value *, 8> Visited;
1175   SmallVector<const Value *, 8> Worklist;
1176   Worklist.push_back(P);
1177   Visited.insert(P);
1178   do {
1179     P = Worklist.pop_back_val();
1180     for (Value::const_use_iterator UI = P->use_begin(), UE = P->use_end();
1181          UI != UE; ++UI) {
1182       const User *Ur = *UI;
1183       if (isa<StoreInst>(Ur)) {
1184         if (UI.getOperandNo() == 0)
1185           // The pointer is stored.
1186           return true;
1187         // The pointed is stored through.
1188         continue;
1189       }
1190       if (isa<CallInst>(Ur))
1191         // The pointer is passed as an argument, ignore this.
1192         continue;
1193       if (isa<PtrToIntInst>(P))
1194         // Assume the worst.
1195         return true;
1196       if (Visited.insert(Ur))
1197         Worklist.push_back(Ur);
1198     }
1199   } while (!Worklist.empty());
1200
1201   // Everything checked out.
1202   return false;
1203 }
1204
1205 bool ProvenanceAnalysis::relatedCheck(const Value *A, const Value *B) {
1206   // Skip past provenance pass-throughs.
1207   A = GetUnderlyingObjCPtr(A);
1208   B = GetUnderlyingObjCPtr(B);
1209
1210   // Quick check.
1211   if (A == B)
1212     return true;
1213
1214   // Ask regular AliasAnalysis, for a first approximation.
1215   switch (AA->alias(A, B)) {
1216   case AliasAnalysis::NoAlias:
1217     return false;
1218   case AliasAnalysis::MustAlias:
1219   case AliasAnalysis::PartialAlias:
1220     return true;
1221   case AliasAnalysis::MayAlias:
1222     break;
1223   }
1224
1225   bool AIsIdentified = IsObjCIdentifiedObject(A);
1226   bool BIsIdentified = IsObjCIdentifiedObject(B);
1227
1228   // An ObjC-Identified object can't alias a load if it is never locally stored.
1229   if (AIsIdentified) {
1230     if (BIsIdentified) {
1231       // If both pointers have provenance, they can be directly compared.
1232       if (A != B)
1233         return false;
1234     } else {
1235       if (isa<LoadInst>(B))
1236         return isStoredObjCPointer(A);
1237     }
1238   } else {
1239     if (BIsIdentified && isa<LoadInst>(A))
1240       return isStoredObjCPointer(B);
1241   }
1242
1243    // Special handling for PHI and Select.
1244   if (const PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(A))
1245     return relatedPHI(PN, B);
1246   if (const PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(B))
1247     return relatedPHI(PN, A);
1248   if (const SelectInst *S = dyn_cast<SelectInst>(A))
1249     return relatedSelect(S, B);
1250   if (const SelectInst *S = dyn_cast<SelectInst>(B))
1251     return relatedSelect(S, A);
1252
1253   // Conservative.
1254   return true;
1255 }
1256
1257 bool ProvenanceAnalysis::related(const Value *A, const Value *B) {
1258   // Begin by inserting a conservative value into the map. If the insertion
1259   // fails, we have the answer already. If it succeeds, leave it there until we
1260   // compute the real answer to guard against recursive queries.
1261   if (A > B) std::swap(A, B);
1262   std::pair<CachedResultsTy::iterator, bool> Pair =
1263     CachedResults.insert(std::make_pair(ValuePairTy(A, B), true));
1264   if (!Pair.second)
1265     return Pair.first->second;
1266
1267   bool Result = relatedCheck(A, B);
1268   CachedResults[ValuePairTy(A, B)] = Result;
1269   return Result;
1270 }
1271
1272 namespace {
1273   // Sequence - A sequence of states that a pointer may go through in which an
1274   // objc_retain and objc_release are actually needed.
1275   enum Sequence {
1276     S_None,
1277     S_Retain,         ///< objc_retain(x)
1278     S_CanRelease,     ///< foo(x) -- x could possibly see a ref count decrement
1279     S_Use,            ///< any use of x
1280     S_Stop,           ///< like S_Release, but code motion is stopped
1281     S_Release,        ///< objc_release(x)
1282     S_MovableRelease  ///< objc_release(x), !clang.imprecise_release
1283   };
1284 }
1285
1286 static Sequence MergeSeqs(Sequence A, Sequence B, bool TopDown) {
1287   // The easy cases.
1288   if (A == B)
1289     return A;
1290   if (A == S_None || B == S_None)
1291     return S_None;
1292
1293   if (A > B) std::swap(A, B);
1294   if (TopDown) {
1295     // Choose the side which is further along in the sequence.
1296     if ((A == S_Retain || A == S_CanRelease) &&
1297         (B == S_CanRelease || B == S_Use))
1298       return B;
1299   } else {
1300     // Choose the side which is further along in the sequence.
1301     if ((A == S_Use || A == S_CanRelease) &&
1302         (B == S_Use || B == S_Release || B == S_Stop || B == S_MovableRelease))
1303       return A;
1304     // If both sides are releases, choose the more conservative one.
1305     if (A == S_Stop && (B == S_Release || B == S_MovableRelease))
1306       return A;
1307     if (A == S_Release && B == S_MovableRelease)
1308       return A;
1309   }
1310
1311   return S_None;
1312 }
1313
1314 namespace {
1315   /// RRInfo - Unidirectional information about either a
1316   /// retain-decrement-use-release sequence or release-use-decrement-retain
1317   /// reverese sequence.
1318   struct RRInfo {
1319     /// KnownSafe - After an objc_retain, the reference count of the referenced
1320     /// object is known to be positive. Similarly, before an objc_release, the
1321     /// reference count of the referenced object is known to be positive. If
1322     /// there are retain-release pairs in code regions where the retain count
1323     /// is known to be positive, they can be eliminated, regardless of any side
1324     /// effects between them.
1325     ///
1326     /// Also, a retain+release pair nested within another retain+release
1327     /// pair all on the known same pointer value can be eliminated, regardless
1328     /// of any intervening side effects.
1329     ///
1330     /// KnownSafe is true when either of these conditions is satisfied.
1331     bool KnownSafe;
1332
1333     /// IsRetainBlock - True if the Calls are objc_retainBlock calls (as
1334     /// opposed to objc_retain calls).
1335     bool IsRetainBlock;
1336
1337     /// IsTailCallRelease - True of the objc_release calls are all marked
1338     /// with the "tail" keyword.
1339     bool IsTailCallRelease;
1340
1341     /// Partial - True of we've seen an opportunity for partial RR elimination,
1342     /// such as pushing calls into a CFG triangle or into one side of a
1343     /// CFG diamond.
1344     /// TODO: Consider moving this to PtrState.
1345     bool Partial;
1346
1347     /// ReleaseMetadata - If the Calls are objc_release calls and they all have
1348     /// a clang.imprecise_release tag, this is the metadata tag.
1349     MDNode *ReleaseMetadata;
1350
1351     /// Calls - For a top-down sequence, the set of objc_retains or
1352     /// objc_retainBlocks. For bottom-up, the set of objc_releases.
1353     SmallPtrSet<Instruction *, 2> Calls;
1354
1355     /// ReverseInsertPts - The set of optimal insert positions for
1356     /// moving calls in the opposite sequence.
1357     SmallPtrSet<Instruction *, 2> ReverseInsertPts;
1358
1359     RRInfo() :
1360       KnownSafe(false), IsRetainBlock(false),
1361       IsTailCallRelease(false), Partial(false),
1362       ReleaseMetadata(0) {}
1363
1364     void clear();
1365   };
1366 }
1367
1368 void RRInfo::clear() {
1369   KnownSafe = false;
1370   IsRetainBlock = false;
1371   IsTailCallRelease = false;
1372   Partial = false;
1373   ReleaseMetadata = 0;
1374   Calls.clear();
1375   ReverseInsertPts.clear();
1376 }
1377
1378 namespace {
1379   /// PtrState - This class summarizes several per-pointer runtime properties
1380   /// which are propogated through the flow graph.
1381   class PtrState {
1382     /// RefCount - The known minimum number of reference count increments.
1383     unsigned RefCount;
1384
1385     /// NestCount - The known minimum level of retain+release nesting.
1386     unsigned NestCount;
1387
1388     /// Seq - The current position in the sequence.
1389     Sequence Seq;
1390
1391   public:
1392     /// RRI - Unidirectional information about the current sequence.
1393     /// TODO: Encapsulate this better.
1394     RRInfo RRI;
1395
1396     PtrState() : RefCount(0), NestCount(0), Seq(S_None) {}
1397
1398     void SetAtLeastOneRefCount()  {
1399       if (RefCount == 0) RefCount = 1;
1400     }
1401
1402     void IncrementRefCount() {
1403       if (RefCount != UINT_MAX) ++RefCount;
1404     }
1405
1406     void DecrementRefCount() {
1407       if (RefCount != 0) --RefCount;
1408     }
1409
1410     bool IsKnownIncremented() const {
1411       return RefCount > 0;
1412     }
1413
1414     void IncrementNestCount() {
1415       if (NestCount != UINT_MAX) ++NestCount;
1416     }
1417
1418     void DecrementNestCount() {
1419       if (NestCount != 0) --NestCount;
1420     }
1421
1422     bool IsKnownNested() const {
1423       return NestCount > 0;
1424     }
1425
1426     void SetSeq(Sequence NewSeq) {
1427       Seq = NewSeq;
1428     }
1429
1430     Sequence GetSeq() const {
1431       return Seq;
1432     }
1433
1434     void ClearSequenceProgress() {
1435       Seq = S_None;
1436       RRI.clear();
1437     }
1438
1439     void Merge(const PtrState &Other, bool TopDown);
1440   };
1441 }
1442
1443 void
1444 PtrState::Merge(const PtrState &Other, bool TopDown) {
1445   Seq = MergeSeqs(Seq, Other.Seq, TopDown);
1446   RefCount = std::min(RefCount, Other.RefCount);
1447   NestCount = std::min(NestCount, Other.NestCount);
1448
1449   // We can't merge a plain objc_retain with an objc_retainBlock.
1450   if (RRI.IsRetainBlock != Other.RRI.IsRetainBlock)
1451     Seq = S_None;
1452
1453   // If we're not in a sequence (anymore), drop all associated state.
1454   if (Seq == S_None) {
1455     RRI.clear();
1456   } else if (RRI.Partial || Other.RRI.Partial) {
1457     // If we're doing a merge on a path that's previously seen a partial
1458     // merge, conservatively drop the sequence, to avoid doing partial
1459     // RR elimination. If the branch predicates for the two merge differ,
1460     // mixing them is unsafe.
1461     Seq = S_None;
1462     RRI.clear();
1463   } else {
1464     // Conservatively merge the ReleaseMetadata information.
1465     if (RRI.ReleaseMetadata != Other.RRI.ReleaseMetadata)
1466       RRI.ReleaseMetadata = 0;
1467
1468     RRI.KnownSafe = RRI.KnownSafe && Other.RRI.KnownSafe;
1469     RRI.IsTailCallRelease = RRI.IsTailCallRelease && Other.RRI.IsTailCallRelease;
1470     RRI.Calls.insert(Other.RRI.Calls.begin(), Other.RRI.Calls.end());
1471
1472     // Merge the insert point sets. If there are any differences,
1473     // that makes this a partial merge.
1474     RRI.Partial = RRI.ReverseInsertPts.size() !=
1475                   Other.RRI.ReverseInsertPts.size();
1476     for (SmallPtrSet<Instruction *, 2>::const_iterator
1477          I = Other.RRI.ReverseInsertPts.begin(),
1478          E = Other.RRI.ReverseInsertPts.end(); I != E; ++I)
1479       RRI.Partial |= RRI.ReverseInsertPts.insert(*I);
1480   }
1481 }
1482
1483 namespace {
1484   /// BBState - Per-BasicBlock state.
1485   class BBState {
1486     /// TopDownPathCount - The number of unique control paths from the entry
1487     /// which can reach this block.
1488     unsigned TopDownPathCount;
1489
1490     /// BottomUpPathCount - The number of unique control paths to exits
1491     /// from this block.
1492     unsigned BottomUpPathCount;
1493
1494     /// MapTy - A type for PerPtrTopDown and PerPtrBottomUp.
1495     typedef MapVector<const Value *, PtrState> MapTy;
1496
1497     /// PerPtrTopDown - The top-down traversal uses this to record information
1498     /// known about a pointer at the bottom of each block.
1499     MapTy PerPtrTopDown;
1500
1501     /// PerPtrBottomUp - The bottom-up traversal uses this to record information
1502     /// known about a pointer at the top of each block.
1503     MapTy PerPtrBottomUp;
1504
1505   public:
1506     BBState() : TopDownPathCount(0), BottomUpPathCount(0) {}
1507
1508     typedef MapTy::iterator ptr_iterator;
1509     typedef MapTy::const_iterator ptr_const_iterator;
1510
1511     ptr_iterator top_down_ptr_begin() { return PerPtrTopDown.begin(); }
1512     ptr_iterator top_down_ptr_end() { return PerPtrTopDown.end(); }
1513     ptr_const_iterator top_down_ptr_begin() const {
1514       return PerPtrTopDown.begin();
1515     }
1516     ptr_const_iterator top_down_ptr_end() const {
1517       return PerPtrTopDown.end();
1518     }
1519
1520     ptr_iterator bottom_up_ptr_begin() { return PerPtrBottomUp.begin(); }
1521     ptr_iterator bottom_up_ptr_end() { return PerPtrBottomUp.end(); }
1522     ptr_const_iterator bottom_up_ptr_begin() const {
1523       return PerPtrBottomUp.begin();
1524     }
1525     ptr_const_iterator bottom_up_ptr_end() const {
1526       return PerPtrBottomUp.end();
1527     }
1528
1529     /// SetAsEntry - Mark this block as being an entry block, which has one
1530     /// path from the entry by definition.
1531     void SetAsEntry() { TopDownPathCount = 1; }
1532
1533     /// SetAsExit - Mark this block as being an exit block, which has one
1534     /// path to an exit by definition.
1535     void SetAsExit()  { BottomUpPathCount = 1; }
1536
1537     PtrState &getPtrTopDownState(const Value *Arg) {
1538       return PerPtrTopDown[Arg];
1539     }
1540
1541     PtrState &getPtrBottomUpState(const Value *Arg) {
1542       return PerPtrBottomUp[Arg];
1543     }
1544
1545     void clearBottomUpPointers() {
1546       PerPtrBottomUp.clear();
1547     }
1548
1549     void clearTopDownPointers() {
1550       PerPtrTopDown.clear();
1551     }
1552
1553     void InitFromPred(const BBState &Other);
1554     void InitFromSucc(const BBState &Other);
1555     void MergePred(const BBState &Other);
1556     void MergeSucc(const BBState &Other);
1557
1558     /// GetAllPathCount - Return the number of possible unique paths from an
1559     /// entry to an exit which pass through this block. This is only valid
1560     /// after both the top-down and bottom-up traversals are complete.
1561     unsigned GetAllPathCount() const {
1562       return TopDownPathCount * BottomUpPathCount;
1563     }
1564
1565     /// IsVisitedTopDown - Test whether the block for this BBState has been
1566     /// visited by the top-down portion of the algorithm.
1567     bool isVisitedTopDown() const {
1568       return TopDownPathCount != 0;
1569     }
1570   };
1571 }
1572
1573 void BBState::InitFromPred(const BBState &Other) {
1574   PerPtrTopDown = Other.PerPtrTopDown;
1575   TopDownPathCount = Other.TopDownPathCount;
1576 }
1577
1578 void BBState::InitFromSucc(const BBState &Other) {
1579   PerPtrBottomUp = Other.PerPtrBottomUp;
1580   BottomUpPathCount = Other.BottomUpPathCount;
1581 }
1582
1583 /// MergePred - The top-down traversal uses this to merge information about
1584 /// predecessors to form the initial state for a new block.
1585 void BBState::MergePred(const BBState &Other) {
1586   // Other.TopDownPathCount can be 0, in which case it is either dead or a
1587   // loop backedge. Loop backedges are special.
1588   TopDownPathCount += Other.TopDownPathCount;
1589
1590   // For each entry in the other set, if our set has an entry with the same key,
1591   // merge the entries. Otherwise, copy the entry and merge it with an empty
1592   // entry.
1593   for (ptr_const_iterator MI = Other.top_down_ptr_begin(),
1594        ME = Other.top_down_ptr_end(); MI != ME; ++MI) {
1595     std::pair<ptr_iterator, bool> Pair = PerPtrTopDown.insert(*MI);
1596     Pair.first->second.Merge(Pair.second ? PtrState() : MI->second,
1597                              /*TopDown=*/true);
1598   }
1599
1600   // For each entry in our set, if the other set doesn't have an entry with the
1601   // same key, force it to merge with an empty entry.
1602   for (ptr_iterator MI = top_down_ptr_begin(),
1603        ME = top_down_ptr_end(); MI != ME; ++MI)
1604     if (Other.PerPtrTopDown.find(MI->first) == Other.PerPtrTopDown.end())
1605       MI->second.Merge(PtrState(), /*TopDown=*/true);
1606 }
1607
1608 /// MergeSucc - The bottom-up traversal uses this to merge information about
1609 /// successors to form the initial state for a new block.
1610 void BBState::MergeSucc(const BBState &Other) {
1611   // Other.BottomUpPathCount can be 0, in which case it is either dead or a
1612   // loop backedge. Loop backedges are special.
1613   BottomUpPathCount += Other.BottomUpPathCount;
1614
1615   // For each entry in the other set, if our set has an entry with the
1616   // same key, merge the entries. Otherwise, copy the entry and merge
1617   // it with an empty entry.
1618   for (ptr_const_iterator MI = Other.bottom_up_ptr_begin(),
1619        ME = Other.bottom_up_ptr_end(); MI != ME; ++MI) {
1620     std::pair<ptr_iterator, bool> Pair = PerPtrBottomUp.insert(*MI);
1621     Pair.first->second.Merge(Pair.second ? PtrState() : MI->second,
1622                              /*TopDown=*/false);
1623   }
1624
1625   // For each entry in our set, if the other set doesn't have an entry
1626   // with the same key, force it to merge with an empty entry.
1627   for (ptr_iterator MI = bottom_up_ptr_begin(),
1628        ME = bottom_up_ptr_end(); MI != ME; ++MI)
1629     if (Other.PerPtrBottomUp.find(MI->first) == Other.PerPtrBottomUp.end())
1630       MI->second.Merge(PtrState(), /*TopDown=*/false);
1631 }
1632
1633 namespace {
1634   /// ObjCARCOpt - The main ARC optimization pass.
1635   class ObjCARCOpt : public FunctionPass {
1636     bool Changed;
1637     ProvenanceAnalysis PA;
1638
1639     /// Run - A flag indicating whether this optimization pass should run.
1640     bool Run;
1641
1642     /// RetainRVCallee, etc. - Declarations for ObjC runtime
1643     /// functions, for use in creating calls to them. These are initialized
1644     /// lazily to avoid cluttering up the Module with unused declarations.
1645     Constant *RetainRVCallee, *AutoreleaseRVCallee, *ReleaseCallee,
1646              *RetainCallee, *RetainBlockCallee, *AutoreleaseCallee;
1647
1648     /// UsedInThisFunciton - Flags which determine whether each of the
1649     /// interesting runtine functions is in fact used in the current function.
1650     unsigned UsedInThisFunction;
1651
1652     /// ImpreciseReleaseMDKind - The Metadata Kind for clang.imprecise_release
1653     /// metadata.
1654     unsigned ImpreciseReleaseMDKind;
1655
1656     /// CopyOnEscapeMDKind - The Metadata Kind for clang.arc.copy_on_escape
1657     /// metadata.
1658     unsigned CopyOnEscapeMDKind;
1659
1660     /// NoObjCARCExceptionsMDKind - The Metadata Kind for
1661     /// clang.arc.no_objc_arc_exceptions metadata.
1662     unsigned NoObjCARCExceptionsMDKind;
1663
1664     Constant *getRetainRVCallee(Module *M);
1665     Constant *getAutoreleaseRVCallee(Module *M);
1666     Constant *getReleaseCallee(Module *M);
1667     Constant *getRetainCallee(Module *M);
1668     Constant *getRetainBlockCallee(Module *M);
1669     Constant *getAutoreleaseCallee(Module *M);
1670
1671     bool IsRetainBlockOptimizable(const Instruction *Inst);
1672
1673     void OptimizeRetainCall(Function &F, Instruction *Retain);
1674     bool OptimizeRetainRVCall(Function &F, Instruction *RetainRV);
1675     void OptimizeAutoreleaseRVCall(Function &F, Instruction *AutoreleaseRV);
1676     void OptimizeIndividualCalls(Function &F);
1677
1678     void CheckForCFGHazards(const BasicBlock *BB,
1679                             DenseMap<const BasicBlock *, BBState> &BBStates,
1680                             BBState &MyStates) const;
1681     bool VisitBottomUp(BasicBlock *BB,
1682                        DenseMap<const BasicBlock *, BBState> &BBStates,
1683                        MapVector<Value *, RRInfo> &Retains);
1684     bool VisitTopDown(BasicBlock *BB,
1685                       DenseMap<const BasicBlock *, BBState> &BBStates,
1686                       DenseMap<Value *, RRInfo> &Releases);
1687     bool Visit(Function &F,
1688                DenseMap<const BasicBlock *, BBState> &BBStates,
1689                MapVector<Value *, RRInfo> &Retains,
1690                DenseMap<Value *, RRInfo> &Releases);
1691
1692     void MoveCalls(Value *Arg, RRInfo &RetainsToMove, RRInfo &ReleasesToMove,
1693                    MapVector<Value *, RRInfo> &Retains,
1694                    DenseMap<Value *, RRInfo> &Releases,
1695                    SmallVectorImpl<Instruction *> &DeadInsts,
1696                    Module *M);
1697
1698     bool PerformCodePlacement(DenseMap<const BasicBlock *, BBState> &BBStates,
1699                               MapVector<Value *, RRInfo> &Retains,
1700                               DenseMap<Value *, RRInfo> &Releases,
1701                               Module *M);
1702
1703     void OptimizeWeakCalls(Function &F);
1704
1705     bool OptimizeSequences(Function &F);
1706
1707     void OptimizeReturns(Function &F);
1708
1709     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const;
1710     virtual bool doInitialization(Module &M);
1711     virtual bool runOnFunction(Function &F);
1712     virtual void releaseMemory();
1713
1714   public:
1715     static char ID;
1716     ObjCARCOpt() : FunctionPass(ID) {
1717       initializeObjCARCOptPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
1718     }
1719   };
1720 }
1721
1722 char ObjCARCOpt::ID = 0;
1723 INITIALIZE_PASS_BEGIN(ObjCARCOpt,
1724                       "objc-arc", "ObjC ARC optimization", false, false)
1725 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(ObjCARCAliasAnalysis)
1726 INITIALIZE_PASS_END(ObjCARCOpt,
1727                     "objc-arc", "ObjC ARC optimization", false, false)
1728
1729 Pass *llvm::createObjCARCOptPass() {
1730   return new ObjCARCOpt();
1731 }
1732
1733 void ObjCARCOpt::getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
1734   AU.addRequired<ObjCARCAliasAnalysis>();
1735   AU.addRequired<AliasAnalysis>();
1736   // ARC optimization doesn't currently split critical edges.
1737   AU.setPreservesCFG();
1738 }
1739
1740 bool ObjCARCOpt::IsRetainBlockOptimizable(const Instruction *Inst) {
1741   // Without the magic metadata tag, we have to assume this might be an
1742   // objc_retainBlock call inserted to convert a block pointer to an id,
1743   // in which case it really is needed.
1744   if (!Inst->getMetadata(CopyOnEscapeMDKind))
1745     return false;
1746
1747   // If the pointer "escapes" (not including being used in a call),
1748   // the copy may be needed.
1749   if (DoesObjCBlockEscape(Inst))
1750     return false;
1751
1752   // Otherwise, it's not needed.
1753   return true;
1754 }
1755
1756 Constant *ObjCARCOpt::getRetainRVCallee(Module *M) {
1757   if (!RetainRVCallee) {
1758     LLVMContext &C = M->getContext();
1759     Type *I8X = PointerType::getUnqual(Type::getInt8Ty(C));
1760     std::vector<Type *> Params;
1761     Params.push_back(I8X);
1762     FunctionType *FTy =
1763       FunctionType::get(I8X, Params, /*isVarArg=*/false);
1764     AttrListPtr Attributes;
1765     Attributes.addAttr(~0u, Attribute::NoUnwind);
1766     RetainRVCallee =
1767       M->getOrInsertFunction("objc_retainAutoreleasedReturnValue", FTy,
1768                              Attributes);
1769   }
1770   return RetainRVCallee;
1771 }
1772
1773 Constant *ObjCARCOpt::getAutoreleaseRVCallee(Module *M) {
1774   if (!AutoreleaseRVCallee) {
1775     LLVMContext &C = M->getContext();
1776     Type *I8X = PointerType::getUnqual(Type::getInt8Ty(C));
1777     std::vector<Type *> Params;
1778     Params.push_back(I8X);
1779     FunctionType *FTy =
1780       FunctionType::get(I8X, Params, /*isVarArg=*/false);
1781     AttrListPtr Attributes;
1782     Attributes.addAttr(~0u, Attribute::NoUnwind);
1783     AutoreleaseRVCallee =
1784       M->getOrInsertFunction("objc_autoreleaseReturnValue", FTy,
1785                              Attributes);
1786   }
1787   return AutoreleaseRVCallee;
1788 }
1789
1790 Constant *ObjCARCOpt::getReleaseCallee(Module *M) {
1791   if (!ReleaseCallee) {
1792     LLVMContext &C = M->getContext();
1793     std::vector<Type *> Params;
1794     Params.push_back(PointerType::getUnqual(Type::getInt8Ty(C)));
1795     AttrListPtr Attributes;
1796     Attributes.addAttr(~0u, Attribute::NoUnwind);
1797     ReleaseCallee =
1798       M->getOrInsertFunction(
1799         "objc_release",
1800         FunctionType::get(Type::getVoidTy(C), Params, /*isVarArg=*/false),
1801         Attributes);
1802   }
1803   return ReleaseCallee;
1804 }
1805
1806 Constant *ObjCARCOpt::getRetainCallee(Module *M) {
1807   if (!RetainCallee) {
1808     LLVMContext &C = M->getContext();
1809     std::vector<Type *> Params;
1810     Params.push_back(PointerType::getUnqual(Type::getInt8Ty(C)));
1811     AttrListPtr Attributes;
1812     Attributes.addAttr(~0u, Attribute::NoUnwind);
1813     RetainCallee =
1814       M->getOrInsertFunction(
1815         "objc_retain",
1816         FunctionType::get(Params[0], Params, /*isVarArg=*/false),
1817         Attributes);
1818   }
1819   return RetainCallee;
1820 }
1821
1822 Constant *ObjCARCOpt::getRetainBlockCallee(Module *M) {
1823   if (!RetainBlockCallee) {
1824     LLVMContext &C = M->getContext();
1825     std::vector<Type *> Params;
1826     Params.push_back(PointerType::getUnqual(Type::getInt8Ty(C)));
1827     AttrListPtr Attributes;
1828     // objc_retainBlock is not nounwind because it calls user copy constructors
1829     // which could theoretically throw.
1830     RetainBlockCallee =
1831       M->getOrInsertFunction(
1832         "objc_retainBlock",
1833         FunctionType::get(Params[0], Params, /*isVarArg=*/false),
1834         Attributes);
1835   }
1836   return RetainBlockCallee;
1837 }
1838
1839 Constant *ObjCARCOpt::getAutoreleaseCallee(Module *M) {
1840   if (!AutoreleaseCallee) {
1841     LLVMContext &C = M->getContext();
1842     std::vector<Type *> Params;
1843     Params.push_back(PointerType::getUnqual(Type::getInt8Ty(C)));
1844     AttrListPtr Attributes;
1845     Attributes.addAttr(~0u, Attribute::NoUnwind);
1846     AutoreleaseCallee =
1847       M->getOrInsertFunction(
1848         "objc_autorelease",
1849         FunctionType::get(Params[0], Params, /*isVarArg=*/false),
1850         Attributes);
1851   }
1852   return AutoreleaseCallee;
1853 }
1854
1855 /// CanAlterRefCount - Test whether the given instruction can result in a
1856 /// reference count modification (positive or negative) for the pointer's
1857 /// object.
1858 static bool
1859 CanAlterRefCount(const Instruction *Inst, const Value *Ptr,
1860                  ProvenanceAnalysis &PA, InstructionClass Class) {
1861   switch (Class) {
1862   case IC_Autorelease:
1863   case IC_AutoreleaseRV:
1864   case IC_User:
1865     // These operations never directly modify a reference count.
1866     return false;
1867   default: break;
1868   }
1869
1870   ImmutableCallSite CS = static_cast<const Value *>(Inst);
1871   assert(CS && "Only calls can alter reference counts!");
1872
1873   // See if AliasAnalysis can help us with the call.
1874   AliasAnalysis::ModRefBehavior MRB = PA.getAA()->getModRefBehavior(CS);
1875   if (AliasAnalysis::onlyReadsMemory(MRB))
1876     return false;
1877   if (AliasAnalysis::onlyAccessesArgPointees(MRB)) {
1878     for (ImmutableCallSite::arg_iterator I = CS.arg_begin(), E = CS.arg_end();
1879          I != E; ++I) {
1880       const Value *Op = *I;
1881       if (IsPotentialUse(Op) && PA.related(Ptr, Op))
1882         return true;
1883     }
1884     return false;
1885   }
1886
1887   // Assume the worst.
1888   return true;
1889 }
1890
1891 /// CanUse - Test whether the given instruction can "use" the given pointer's
1892 /// object in a way that requires the reference count to be positive.
1893 static bool
1894 CanUse(const Instruction *Inst, const Value *Ptr, ProvenanceAnalysis &PA,
1895        InstructionClass Class) {
1896   // IC_Call operations (as opposed to IC_CallOrUser) never "use" objc pointers.
1897   if (Class == IC_Call)
1898     return false;
1899
1900   // Consider various instructions which may have pointer arguments which are
1901   // not "uses".
1902   if (const ICmpInst *ICI = dyn_cast<ICmpInst>(Inst)) {
1903     // Comparing a pointer with null, or any other constant, isn't really a use,
1904     // because we don't care what the pointer points to, or about the values
1905     // of any other dynamic reference-counted pointers.
1906     if (!IsPotentialUse(ICI->getOperand(1)))
1907       return false;
1908   } else if (ImmutableCallSite CS = static_cast<const Value *>(Inst)) {
1909     // For calls, just check the arguments (and not the callee operand).
1910     for (ImmutableCallSite::arg_iterator OI = CS.arg_begin(),
1911          OE = CS.arg_end(); OI != OE; ++OI) {
1912       const Value *Op = *OI;
1913       if (IsPotentialUse(Op) && PA.related(Ptr, Op))
1914         return true;
1915     }
1916     return false;
1917   } else if (const StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Inst)) {
1918     // Special-case stores, because we don't care about the stored value, just
1919     // the store address.
1920     const Value *Op = GetUnderlyingObjCPtr(SI->getPointerOperand());
1921     // If we can't tell what the underlying object was, assume there is a
1922     // dependence.
1923     return IsPotentialUse(Op) && PA.related(Op, Ptr);
1924   }
1925
1926   // Check each operand for a match.
1927   for (User::const_op_iterator OI = Inst->op_begin(), OE = Inst->op_end();
1928        OI != OE; ++OI) {
1929     const Value *Op = *OI;
1930     if (IsPotentialUse(Op) && PA.related(Ptr, Op))
1931       return true;
1932   }
1933   return false;
1934 }
1935
1936 /// CanInterruptRV - Test whether the given instruction can autorelease
1937 /// any pointer or cause an autoreleasepool pop.
1938 static bool
1939 CanInterruptRV(InstructionClass Class) {
1940   switch (Class) {
1941   case IC_AutoreleasepoolPop:
1942   case IC_CallOrUser:
1943   case IC_Call:
1944   case IC_Autorelease:
1945   case IC_AutoreleaseRV:
1946   case IC_FusedRetainAutorelease:
1947   case IC_FusedRetainAutoreleaseRV:
1948     return true;
1949   default:
1950     return false;
1951   }
1952 }
1953
1954 namespace {
1955   /// DependenceKind - There are several kinds of dependence-like concepts in
1956   /// use here.
1957   enum DependenceKind {
1958     NeedsPositiveRetainCount,
1959     CanChangeRetainCount,
1960     RetainAutoreleaseDep,       ///< Blocks objc_retainAutorelease.
1961     RetainAutoreleaseRVDep,     ///< Blocks objc_retainAutoreleaseReturnValue.
1962     RetainRVDep                 ///< Blocks objc_retainAutoreleasedReturnValue.
1963   };
1964 }
1965
1966 /// Depends - Test if there can be dependencies on Inst through Arg. This
1967 /// function only tests dependencies relevant for removing pairs of calls.
1968 static bool
1969 Depends(DependenceKind Flavor, Instruction *Inst, const Value *Arg,
1970         ProvenanceAnalysis &PA) {
1971   // If we've reached the definition of Arg, stop.
1972   if (Inst == Arg)
1973     return true;
1974
1975   switch (Flavor) {
1976   case NeedsPositiveRetainCount: {
1977     InstructionClass Class = GetInstructionClass(Inst);
1978     switch (Class) {
1979     case IC_AutoreleasepoolPop:
1980     case IC_AutoreleasepoolPush:
1981     case IC_None:
1982       return false;
1983     default:
1984       return CanUse(Inst, Arg, PA, Class);
1985     }
1986   }
1987
1988   case CanChangeRetainCount: {
1989     InstructionClass Class = GetInstructionClass(Inst);
1990     switch (Class) {
1991     case IC_AutoreleasepoolPop:
1992       // Conservatively assume this can decrement any count.
1993       return true;
1994     case IC_AutoreleasepoolPush:
1995     case IC_None:
1996       return false;
1997     default:
1998       return CanAlterRefCount(Inst, Arg, PA, Class);
1999     }
2000   }
2001
2002   case RetainAutoreleaseDep:
2003     switch (GetBasicInstructionClass(Inst)) {
2004     case IC_AutoreleasepoolPop:
2005       // Don't merge an objc_autorelease with an objc_retain inside a different
2006       // autoreleasepool scope.
2007       return true;
2008     case IC_Retain:
2009     case IC_RetainRV:
2010       // Check for a retain of the same pointer for merging.
2011       return GetObjCArg(Inst) == Arg;
2012     default:
2013       // Nothing else matters for objc_retainAutorelease formation.
2014       return false;
2015     }
2016
2017   case RetainAutoreleaseRVDep: {
2018     InstructionClass Class = GetBasicInstructionClass(Inst);
2019     switch (Class) {
2020     case IC_Retain:
2021     case IC_RetainRV:
2022       // Check for a retain of the same pointer for merging.
2023       return GetObjCArg(Inst) == Arg;
2024     default:
2025       // Anything that can autorelease interrupts
2026       // retainAutoreleaseReturnValue formation.
2027       return CanInterruptRV(Class);
2028     }
2029   }
2030
2031   case RetainRVDep:
2032     return CanInterruptRV(GetBasicInstructionClass(Inst));
2033   }
2034
2035   llvm_unreachable("Invalid dependence flavor");
2036 }
2037
2038 /// FindDependencies - Walk up the CFG from StartPos (which is in StartBB) and
2039 /// find local and non-local dependencies on Arg.
2040 /// TODO: Cache results?
2041 static void
2042 FindDependencies(DependenceKind Flavor,
2043                  const Value *Arg,
2044                  BasicBlock *StartBB, Instruction *StartInst,
2045                  SmallPtrSet<Instruction *, 4> &DependingInstructions,
2046                  SmallPtrSet<const BasicBlock *, 4> &Visited,
2047                  ProvenanceAnalysis &PA) {
2048   BasicBlock::iterator StartPos = StartInst;
2049
2050   SmallVector<std::pair<BasicBlock *, BasicBlock::iterator>, 4> Worklist;
2051   Worklist.push_back(std::make_pair(StartBB, StartPos));
2052   do {
2053     std::pair<BasicBlock *, BasicBlock::iterator> Pair =
2054       Worklist.pop_back_val();
2055     BasicBlock *LocalStartBB = Pair.first;
2056     BasicBlock::iterator LocalStartPos = Pair.second;
2057     BasicBlock::iterator StartBBBegin = LocalStartBB->begin();
2058     for (;;) {
2059       if (LocalStartPos == StartBBBegin) {
2060         pred_iterator PI(LocalStartBB), PE(LocalStartBB, false);
2061         if (PI == PE)
2062           // If we've reached the function entry, produce a null dependence.
2063           DependingInstructions.insert(0);
2064         else
2065           // Add the predecessors to the worklist.
2066           do {
2067             BasicBlock *PredBB = *PI;
2068             if (Visited.insert(PredBB))
2069               Worklist.push_back(std::make_pair(PredBB, PredBB->end()));
2070           } while (++PI != PE);
2071         break;
2072       }
2073
2074       Instruction *Inst = --LocalStartPos;
2075       if (Depends(Flavor, Inst, Arg, PA)) {
2076         DependingInstructions.insert(Inst);
2077         break;
2078       }
2079     }
2080   } while (!Worklist.empty());
2081
2082   // Determine whether the original StartBB post-dominates all of the blocks we
2083   // visited. If not, insert a sentinal indicating that most optimizations are
2084   // not safe.
2085   for (SmallPtrSet<const BasicBlock *, 4>::const_iterator I = Visited.begin(),
2086        E = Visited.end(); I != E; ++I) {
2087     const BasicBlock *BB = *I;
2088     if (BB == StartBB)
2089       continue;
2090     const TerminatorInst *TI = cast<TerminatorInst>(&BB->back());
2091     for (succ_const_iterator SI(TI), SE(TI, false); SI != SE; ++SI) {
2092       const BasicBlock *Succ = *SI;
2093       if (Succ != StartBB && !Visited.count(Succ)) {
2094         DependingInstructions.insert(reinterpret_cast<Instruction *>(-1));
2095         return;
2096       }
2097     }
2098   }
2099 }
2100
2101 static bool isNullOrUndef(const Value *V) {
2102   return isa<ConstantPointerNull>(V) || isa<UndefValue>(V);
2103 }
2104
2105 static bool isNoopInstruction(const Instruction *I) {
2106   return isa<BitCastInst>(I) ||
2107          (isa<GetElementPtrInst>(I) &&
2108           cast<GetElementPtrInst>(I)->hasAllZeroIndices());
2109 }
2110
2111 /// OptimizeRetainCall - Turn objc_retain into
2112 /// objc_retainAutoreleasedReturnValue if the operand is a return value.
2113 void
2114 ObjCARCOpt::OptimizeRetainCall(Function &F, Instruction *Retain) {
2115   CallSite CS(GetObjCArg(Retain));
2116   Instruction *Call = CS.getInstruction();
2117   if (!Call) return;
2118   if (Call->getParent() != Retain->getParent()) return;
2119
2120   // Check that the call is next to the retain.
2121   BasicBlock::iterator I = Call;
2122   ++I;
2123   while (isNoopInstruction(I)) ++I;
2124   if (&*I != Retain)
2125     return;
2126
2127   // Turn it to an objc_retainAutoreleasedReturnValue..
2128   Changed = true;
2129   ++NumPeeps;
2130   cast<CallInst>(Retain)->setCalledFunction(getRetainRVCallee(F.getParent()));
2131 }
2132
2133 /// OptimizeRetainRVCall - Turn objc_retainAutoreleasedReturnValue into
2134 /// objc_retain if the operand is not a return value.  Or, if it can be
2135 /// paired with an objc_autoreleaseReturnValue, delete the pair and
2136 /// return true.
2137 bool
2138 ObjCARCOpt::OptimizeRetainRVCall(Function &F, Instruction *RetainRV) {
2139   // Check for the argument being from an immediately preceding call.
2140   Value *Arg = GetObjCArg(RetainRV);
2141   CallSite CS(Arg);
2142   if (Instruction *Call = CS.getInstruction())
2143     if (Call->getParent() == RetainRV->getParent()) {
2144       BasicBlock::iterator I = Call;
2145       ++I;
2146       while (isNoopInstruction(I)) ++I;
2147       if (&*I == RetainRV)
2148         return false;
2149     }
2150
2151   // Check for being preceded by an objc_autoreleaseReturnValue on the same
2152   // pointer. In this case, we can delete the pair.
2153   BasicBlock::iterator I = RetainRV, Begin = RetainRV->getParent()->begin();
2154   if (I != Begin) {
2155     do --I; while (I != Begin && isNoopInstruction(I));
2156     if (GetBasicInstructionClass(I) == IC_AutoreleaseRV &&
2157         GetObjCArg(I) == Arg) {
2158       Changed = true;
2159       ++NumPeeps;
2160       EraseInstruction(I);
2161       EraseInstruction(RetainRV);
2162       return true;
2163     }
2164   }
2165
2166   // Turn it to a plain objc_retain.
2167   Changed = true;
2168   ++NumPeeps;
2169   cast<CallInst>(RetainRV)->setCalledFunction(getRetainCallee(F.getParent()));
2170   return false;
2171 }
2172
2173 /// OptimizeAutoreleaseRVCall - Turn objc_autoreleaseReturnValue into
2174 /// objc_autorelease if the result is not used as a return value.
2175 void
2176 ObjCARCOpt::OptimizeAutoreleaseRVCall(Function &F, Instruction *AutoreleaseRV) {
2177   // Check for a return of the pointer value.
2178   const Value *Ptr = GetObjCArg(AutoreleaseRV);
2179   SmallVector<const Value *, 2> Users;
2180   Users.push_back(Ptr);
2181   do {
2182     Ptr = Users.pop_back_val();
2183     for (Value::const_use_iterator UI = Ptr->use_begin(), UE = Ptr->use_end();
2184          UI != UE; ++UI) {
2185       const User *I = *UI;
2186       if (isa<ReturnInst>(I) || GetBasicInstructionClass(I) == IC_RetainRV)
2187         return;
2188       if (isa<BitCastInst>(I))
2189         Users.push_back(I);
2190     }
2191   } while (!Users.empty());
2192
2193   Changed = true;
2194   ++NumPeeps;
2195   cast<CallInst>(AutoreleaseRV)->
2196     setCalledFunction(getAutoreleaseCallee(F.getParent()));
2197 }
2198
2199 /// OptimizeIndividualCalls - Visit each call, one at a time, and make
2200 /// simplifications without doing any additional analysis.
2201 void ObjCARCOpt::OptimizeIndividualCalls(Function &F) {
2202   // Reset all the flags in preparation for recomputing them.
2203   UsedInThisFunction = 0;
2204
2205   // Visit all objc_* calls in F.
2206   for (inst_iterator I = inst_begin(&F), E = inst_end(&F); I != E; ) {
2207     Instruction *Inst = &*I++;
2208     InstructionClass Class = GetBasicInstructionClass(Inst);
2209
2210     switch (Class) {
2211     default: break;
2212
2213     // Delete no-op casts. These function calls have special semantics, but
2214     // the semantics are entirely implemented via lowering in the front-end,
2215     // so by the time they reach the optimizer, they are just no-op calls
2216     // which return their argument.
2217     //
2218     // There are gray areas here, as the ability to cast reference-counted
2219     // pointers to raw void* and back allows code to break ARC assumptions,
2220     // however these are currently considered to be unimportant.
2221     case IC_NoopCast:
2222       Changed = true;
2223       ++NumNoops;
2224       EraseInstruction(Inst);
2225       continue;
2226
2227     // If the pointer-to-weak-pointer is null, it's undefined behavior.
2228     case IC_StoreWeak:
2229     case IC_LoadWeak:
2230     case IC_LoadWeakRetained:
2231     case IC_InitWeak:
2232     case IC_DestroyWeak: {
2233       CallInst *CI = cast<CallInst>(Inst);
2234       if (isNullOrUndef(CI->getArgOperand(0))) {
2235         Type *Ty = CI->getArgOperand(0)->getType();
2236         new StoreInst(UndefValue::get(cast<PointerType>(Ty)->getElementType()),
2237                       Constant::getNullValue(Ty),
2238                       CI);
2239         CI->replaceAllUsesWith(UndefValue::get(CI->getType()));
2240         CI->eraseFromParent();
2241         continue;
2242       }
2243       break;
2244     }
2245     case IC_CopyWeak:
2246     case IC_MoveWeak: {
2247       CallInst *CI = cast<CallInst>(Inst);
2248       if (isNullOrUndef(CI->getArgOperand(0)) ||
2249           isNullOrUndef(CI->getArgOperand(1))) {
2250         Type *Ty = CI->getArgOperand(0)->getType();
2251         new StoreInst(UndefValue::get(cast<PointerType>(Ty)->getElementType()),
2252                       Constant::getNullValue(Ty),
2253                       CI);
2254         CI->replaceAllUsesWith(UndefValue::get(CI->getType()));
2255         CI->eraseFromParent();
2256         continue;
2257       }
2258       break;
2259     }
2260     case IC_Retain:
2261       OptimizeRetainCall(F, Inst);
2262       break;
2263     case IC_RetainRV:
2264       if (OptimizeRetainRVCall(F, Inst))
2265         continue;
2266       break;
2267     case IC_AutoreleaseRV:
2268       OptimizeAutoreleaseRVCall(F, Inst);
2269       break;
2270     }
2271
2272     // objc_autorelease(x) -> objc_release(x) if x is otherwise unused.
2273     if (IsAutorelease(Class) && Inst->use_empty()) {
2274       CallInst *Call = cast<CallInst>(Inst);
2275       const Value *Arg = Call->getArgOperand(0);
2276       Arg = FindSingleUseIdentifiedObject(Arg);
2277       if (Arg) {
2278         Changed = true;
2279         ++NumAutoreleases;
2280
2281         // Create the declaration lazily.
2282         LLVMContext &C = Inst->getContext();
2283         CallInst *NewCall =
2284           CallInst::Create(getReleaseCallee(F.getParent()),
2285                            Call->getArgOperand(0), "", Call);
2286         NewCall->setMetadata(ImpreciseReleaseMDKind,
2287                              MDNode::get(C, ArrayRef<Value *>()));
2288         EraseInstruction(Call);
2289         Inst = NewCall;
2290         Class = IC_Release;
2291       }
2292     }
2293
2294     // For functions which can never be passed stack arguments, add
2295     // a tail keyword.
2296     if (IsAlwaysTail(Class)) {
2297       Changed = true;
2298       cast<CallInst>(Inst)->setTailCall();
2299     }
2300
2301     // Set nounwind as needed.
2302     if (IsNoThrow(Class)) {
2303       Changed = true;
2304       cast<CallInst>(Inst)->setDoesNotThrow();
2305     }
2306
2307     if (!IsNoopOnNull(Class)) {
2308       UsedInThisFunction |= 1 << Class;
2309       continue;
2310     }
2311
2312     const Value *Arg = GetObjCArg(Inst);
2313
2314     // ARC calls with null are no-ops. Delete them.
2315     if (isNullOrUndef(Arg)) {
2316       Changed = true;
2317       ++NumNoops;
2318       EraseInstruction(Inst);
2319       continue;
2320     }
2321
2322     // Keep track of which of retain, release, autorelease, and retain_block
2323     // are actually present in this function.
2324     UsedInThisFunction |= 1 << Class;
2325
2326     // If Arg is a PHI, and one or more incoming values to the
2327     // PHI are null, and the call is control-equivalent to the PHI, and there
2328     // are no relevant side effects between the PHI and the call, the call
2329     // could be pushed up to just those paths with non-null incoming values.
2330     // For now, don't bother splitting critical edges for this.
2331     SmallVector<std::pair<Instruction *, const Value *>, 4> Worklist;
2332     Worklist.push_back(std::make_pair(Inst, Arg));
2333     do {
2334       std::pair<Instruction *, const Value *> Pair = Worklist.pop_back_val();
2335       Inst = Pair.first;
2336       Arg = Pair.second;
2337
2338       const PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(Arg);
2339       if (!PN) continue;
2340
2341       // Determine if the PHI has any null operands, or any incoming
2342       // critical edges.
2343       bool HasNull = false;
2344       bool HasCriticalEdges = false;
2345       for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
2346         Value *Incoming =
2347           StripPointerCastsAndObjCCalls(PN->getIncomingValue(i));
2348         if (isNullOrUndef(Incoming))
2349           HasNull = true;
2350         else if (cast<TerminatorInst>(PN->getIncomingBlock(i)->back())
2351                    .getNumSuccessors() != 1) {
2352           HasCriticalEdges = true;
2353           break;
2354         }
2355       }
2356       // If we have null operands and no critical edges, optimize.
2357       if (!HasCriticalEdges && HasNull) {
2358         SmallPtrSet<Instruction *, 4> DependingInstructions;
2359         SmallPtrSet<const BasicBlock *, 4> Visited;
2360
2361         // Check that there is nothing that cares about the reference
2362         // count between the call and the phi.
2363         FindDependencies(NeedsPositiveRetainCount, Arg,
2364                          Inst->getParent(), Inst,
2365                          DependingInstructions, Visited, PA);
2366         if (DependingInstructions.size() == 1 &&
2367             *DependingInstructions.begin() == PN) {
2368           Changed = true;
2369           ++NumPartialNoops;
2370           // Clone the call into each predecessor that has a non-null value.
2371           CallInst *CInst = cast<CallInst>(Inst);
2372           Type *ParamTy = CInst->getArgOperand(0)->getType();
2373           for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
2374             Value *Incoming =
2375               StripPointerCastsAndObjCCalls(PN->getIncomingValue(i));
2376             if (!isNullOrUndef(Incoming)) {
2377               CallInst *Clone = cast<CallInst>(CInst->clone());
2378               Value *Op = PN->getIncomingValue(i);
2379               Instruction *InsertPos = &PN->getIncomingBlock(i)->back();
2380               if (Op->getType() != ParamTy)
2381                 Op = new BitCastInst(Op, ParamTy, "", InsertPos);
2382               Clone->setArgOperand(0, Op);
2383               Clone->insertBefore(InsertPos);
2384               Worklist.push_back(std::make_pair(Clone, Incoming));
2385             }
2386           }
2387           // Erase the original call.
2388           EraseInstruction(CInst);
2389           continue;
2390         }
2391       }
2392     } while (!Worklist.empty());
2393   }
2394 }
2395
2396 /// CheckForCFGHazards - Check for critical edges, loop boundaries, irreducible
2397 /// control flow, or other CFG structures where moving code across the edge
2398 /// would result in it being executed more.
2399 void
2400 ObjCARCOpt::CheckForCFGHazards(const BasicBlock *BB,
2401                                DenseMap<const BasicBlock *, BBState> &BBStates,
2402                                BBState &MyStates) const {
2403   // If any top-down local-use or possible-dec has a succ which is earlier in
2404   // the sequence, forget it.
2405   for (BBState::ptr_iterator I = MyStates.top_down_ptr_begin(),
2406        E = MyStates.top_down_ptr_end(); I != E; ++I)
2407     switch (I->second.GetSeq()) {
2408     default: break;
2409     case S_Use: {
2410       const Value *Arg = I->first;
2411       const TerminatorInst *TI = cast<TerminatorInst>(&BB->back());
2412       bool SomeSuccHasSame = false;
2413       bool AllSuccsHaveSame = true;
2414       PtrState &S = I->second;
2415       succ_const_iterator SI(TI), SE(TI, false);
2416
2417       // If the terminator is an invoke marked with the
2418       // clang.arc.no_objc_arc_exceptions metadata, the unwind edge can be
2419       // ignored, for ARC purposes.
2420       if (isa<InvokeInst>(TI) && TI->getMetadata(NoObjCARCExceptionsMDKind))
2421         --SE;
2422
2423       for (; SI != SE; ++SI) {
2424         Sequence SuccSSeq = S_None;
2425         bool SuccSRRIKnownSafe = false;
2426         // If VisitBottomUp has visited this successor, take what we know about it.
2427         DenseMap<const BasicBlock *, BBState>::iterator BBI = BBStates.find(*SI);
2428         if (BBI != BBStates.end()) {
2429           const PtrState &SuccS = BBI->second.getPtrBottomUpState(Arg);
2430           SuccSSeq = SuccS.GetSeq();
2431           SuccSRRIKnownSafe = SuccS.RRI.KnownSafe;
2432         }
2433         switch (SuccSSeq) {
2434         case S_None:
2435         case S_CanRelease: {
2436           if (!S.RRI.KnownSafe && !SuccSRRIKnownSafe) {
2437             S.ClearSequenceProgress();
2438             break;
2439           }
2440           continue;
2441         }
2442         case S_Use:
2443           SomeSuccHasSame = true;
2444           break;
2445         case S_Stop:
2446         case S_Release:
2447         case S_MovableRelease:
2448           if (!S.RRI.KnownSafe && !SuccSRRIKnownSafe)
2449             AllSuccsHaveSame = false;
2450           break;
2451         case S_Retain:
2452           llvm_unreachable("bottom-up pointer in retain state!");
2453         }
2454       }
2455       // If the state at the other end of any of the successor edges
2456       // matches the current state, require all edges to match. This
2457       // guards against loops in the middle of a sequence.
2458       if (SomeSuccHasSame && !AllSuccsHaveSame)
2459         S.ClearSequenceProgress();
2460       break;
2461     }
2462     case S_CanRelease: {
2463       const Value *Arg = I->first;
2464       const TerminatorInst *TI = cast<TerminatorInst>(&BB->back());
2465       bool SomeSuccHasSame = false;
2466       bool AllSuccsHaveSame = true;
2467       PtrState &S = I->second;
2468       succ_const_iterator SI(TI), SE(TI, false);
2469
2470       // If the terminator is an invoke marked with the
2471       // clang.arc.no_objc_arc_exceptions metadata, the unwind edge can be
2472       // ignored, for ARC purposes.
2473       if (isa<InvokeInst>(TI) && TI->getMetadata(NoObjCARCExceptionsMDKind))
2474         --SE;
2475
2476       for (; SI != SE; ++SI) {
2477         Sequence SuccSSeq = S_None;
2478         bool SuccSRRIKnownSafe = false;
2479         // If VisitBottomUp has visited this successor, take what we know about it.
2480         DenseMap<const BasicBlock *, BBState>::iterator BBI = BBStates.find(*SI);
2481         if (BBI != BBStates.end()) {
2482           const PtrState &SuccS = BBI->second.getPtrBottomUpState(Arg);
2483           SuccSSeq = SuccS.GetSeq();
2484           SuccSRRIKnownSafe = SuccS.RRI.KnownSafe;
2485         }
2486         switch (SuccSSeq) {
2487         case S_None: {
2488           if (!S.RRI.KnownSafe && !SuccSRRIKnownSafe) {
2489             S.ClearSequenceProgress();
2490             break;
2491           }
2492           continue;
2493         }
2494         case S_CanRelease:
2495           SomeSuccHasSame = true;
2496           break;
2497         case S_Stop:
2498         case S_Release:
2499         case S_MovableRelease:
2500         case S_Use:
2501           if (!S.RRI.KnownSafe && !SuccSRRIKnownSafe)
2502             AllSuccsHaveSame = false;
2503           break;
2504         case S_Retain:
2505           llvm_unreachable("bottom-up pointer in retain state!");
2506         }
2507       }
2508       // If the state at the other end of any of the successor edges
2509       // matches the current state, require all edges to match. This
2510       // guards against loops in the middle of a sequence.
2511       if (SomeSuccHasSame && !AllSuccsHaveSame)
2512         S.ClearSequenceProgress();
2513       break;
2514     }
2515     }
2516 }
2517
2518 bool
2519 ObjCARCOpt::VisitBottomUp(BasicBlock *BB,
2520                           DenseMap<const BasicBlock *, BBState> &BBStates,
2521                           MapVector<Value *, RRInfo> &Retains) {
2522   bool NestingDetected = false;
2523   BBState &MyStates = BBStates[BB];
2524
2525   // Merge the states from each successor to compute the initial state
2526   // for the current block.
2527   const TerminatorInst *TI = cast<TerminatorInst>(&BB->back());
2528   succ_const_iterator SI(TI), SE(TI, false);
2529   if (SI == SE)
2530     MyStates.SetAsExit();
2531   else {
2532     // If the terminator is an invoke marked with the
2533     // clang.arc.no_objc_arc_exceptions metadata, the unwind edge can be
2534     // ignored, for ARC purposes.
2535     if (isa<InvokeInst>(TI) && TI->getMetadata(NoObjCARCExceptionsMDKind))
2536       --SE;
2537
2538     do {
2539       const BasicBlock *Succ = *SI++;
2540       if (Succ == BB)
2541         continue;
2542       DenseMap<const BasicBlock *, BBState>::iterator I = BBStates.find(Succ);
2543       // If we haven't seen this node yet, then we've found a CFG cycle.
2544       // Be optimistic here; it's CheckForCFGHazards' job detect trouble.
2545       if (I == BBStates.end())
2546         continue;
2547       MyStates.InitFromSucc(I->second);
2548       while (SI != SE) {
2549         Succ = *SI++;
2550         if (Succ != BB) {
2551           I = BBStates.find(Succ);
2552           if (I != BBStates.end())
2553             MyStates.MergeSucc(I->second);
2554         }
2555       }
2556       break;
2557     } while (SI != SE);
2558   }
2559
2560   // Visit all the instructions, bottom-up.
2561   for (BasicBlock::iterator I = BB->end(), E = BB->begin(); I != E; --I) {
2562     Instruction *Inst = llvm::prior(I);
2563     InstructionClass Class = GetInstructionClass(Inst);
2564     const Value *Arg = 0;
2565
2566     switch (Class) {
2567     case IC_Release: {
2568       Arg = GetObjCArg(Inst);
2569
2570       PtrState &S = MyStates.getPtrBottomUpState(Arg);
2571
2572       // If we see two releases in a row on the same pointer. If so, make
2573       // a note, and we'll cicle back to revisit it after we've
2574       // hopefully eliminated the second release, which may allow us to
2575       // eliminate the first release too.
2576       // Theoretically we could implement removal of nested retain+release
2577       // pairs by making PtrState hold a stack of states, but this is
2578       // simple and avoids adding overhead for the non-nested case.
2579       if (S.GetSeq() == S_Release || S.GetSeq() == S_MovableRelease)
2580         NestingDetected = true;
2581
2582       S.RRI.clear();
2583
2584       MDNode *ReleaseMetadata = Inst->getMetadata(ImpreciseReleaseMDKind);
2585       S.SetSeq(ReleaseMetadata ? S_MovableRelease : S_Release);
2586       S.RRI.ReleaseMetadata = ReleaseMetadata;
2587       S.RRI.KnownSafe = S.IsKnownNested() || S.IsKnownIncremented();
2588       S.RRI.IsTailCallRelease = cast<CallInst>(Inst)->isTailCall();
2589       S.RRI.Calls.insert(Inst);
2590
2591       S.IncrementRefCount();
2592       S.IncrementNestCount();
2593       break;
2594     }
2595     case IC_RetainBlock:
2596       // An objc_retainBlock call with just a use may need to be kept,
2597       // because it may be copying a block from the stack to the heap.
2598       if (!IsRetainBlockOptimizable(Inst))
2599         break;
2600       // FALLTHROUGH
2601     case IC_Retain:
2602     case IC_RetainRV: {
2603       Arg = GetObjCArg(Inst);
2604
2605       PtrState &S = MyStates.getPtrBottomUpState(Arg);
2606       S.DecrementRefCount();
2607       S.SetAtLeastOneRefCount();
2608       S.DecrementNestCount();
2609
2610       switch (S.GetSeq()) {
2611       case S_Stop:
2612       case S_Release:
2613       case S_MovableRelease:
2614       case S_Use:
2615         S.RRI.ReverseInsertPts.clear();
2616         // FALL THROUGH
2617       case S_CanRelease:
2618         // Don't do retain+release tracking for IC_RetainRV, because it's
2619         // better to let it remain as the first instruction after a call.
2620         if (Class != IC_RetainRV) {
2621           S.RRI.IsRetainBlock = Class == IC_RetainBlock;
2622           Retains[Inst] = S.RRI;
2623         }
2624         S.ClearSequenceProgress();
2625         break;
2626       case S_None:
2627         break;
2628       case S_Retain:
2629         llvm_unreachable("bottom-up pointer in retain state!");
2630       }
2631       continue;
2632     }
2633     case IC_AutoreleasepoolPop:
2634       // Conservatively, clear MyStates for all known pointers.
2635       MyStates.clearBottomUpPointers();
2636       continue;
2637     case IC_AutoreleasepoolPush:
2638     case IC_None:
2639       // These are irrelevant.
2640       continue;
2641     default:
2642       break;
2643     }
2644
2645     // Consider any other possible effects of this instruction on each
2646     // pointer being tracked.
2647     for (BBState::ptr_iterator MI = MyStates.bottom_up_ptr_begin(),
2648          ME = MyStates.bottom_up_ptr_end(); MI != ME; ++MI) {
2649       const Value *Ptr = MI->first;
2650       if (Ptr == Arg)
2651         continue; // Handled above.
2652       PtrState &S = MI->second;
2653       Sequence Seq = S.GetSeq();
2654
2655       // Check for possible releases.
2656       if (CanAlterRefCount(Inst, Ptr, PA, Class)) {
2657         S.DecrementRefCount();
2658         switch (Seq) {
2659         case S_Use:
2660           S.SetSeq(S_CanRelease);
2661           continue;
2662         case S_CanRelease:
2663         case S_Release:
2664         case S_MovableRelease:
2665         case S_Stop:
2666         case S_None:
2667           break;
2668         case S_Retain:
2669           llvm_unreachable("bottom-up pointer in retain state!");
2670         }
2671       }
2672
2673       // Check for possible direct uses.
2674       switch (Seq) {
2675       case S_Release:
2676       case S_MovableRelease:
2677         if (CanUse(Inst, Ptr, PA, Class)) {
2678           assert(S.RRI.ReverseInsertPts.empty());
2679           S.RRI.ReverseInsertPts.insert(Inst);
2680           S.SetSeq(S_Use);
2681         } else if (Seq == S_Release &&
2682                    (Class == IC_User || Class == IC_CallOrUser)) {
2683           // Non-movable releases depend on any possible objc pointer use.
2684           S.SetSeq(S_Stop);
2685           assert(S.RRI.ReverseInsertPts.empty());
2686           S.RRI.ReverseInsertPts.insert(Inst);
2687         }
2688         break;
2689       case S_Stop:
2690         if (CanUse(Inst, Ptr, PA, Class))
2691           S.SetSeq(S_Use);
2692         break;
2693       case S_CanRelease:
2694       case S_Use:
2695       case S_None:
2696         break;
2697       case S_Retain:
2698         llvm_unreachable("bottom-up pointer in retain state!");
2699       }
2700     }
2701   }
2702
2703   return NestingDetected;
2704 }
2705
2706 bool
2707 ObjCARCOpt::VisitTopDown(BasicBlock *BB,
2708                          DenseMap<const BasicBlock *, BBState> &BBStates,
2709                          DenseMap<Value *, RRInfo> &Releases) {
2710   bool NestingDetected = false;
2711   BBState &MyStates = BBStates[BB];
2712
2713   // Merge the states from each predecessor to compute the initial state
2714   // for the current block.
2715   const_pred_iterator PI(BB), PE(BB, false);
2716   if (PI == PE)
2717     MyStates.SetAsEntry();
2718   else
2719     do {
2720       unsigned OperandNo = PI.getOperandNo();
2721       const Use &Us = PI.getUse();
2722       ++PI;
2723
2724       // Skip invoke unwind edges on invoke instructions marked with
2725       // clang.arc.no_objc_arc_exceptions.
2726       if (const InvokeInst *II = dyn_cast<InvokeInst>(Us.getUser()))
2727         if (OperandNo == II->getNumArgOperands() + 2 &&
2728             II->getMetadata(NoObjCARCExceptionsMDKind))
2729           continue;
2730
2731       const BasicBlock *Pred = cast<TerminatorInst>(Us.getUser())->getParent();
2732       if (Pred == BB)
2733         continue;
2734       DenseMap<const BasicBlock *, BBState>::iterator I = BBStates.find(Pred);
2735       // If we haven't seen this node yet, then we've found a CFG cycle.
2736       // Be optimistic here; it's CheckForCFGHazards' job detect trouble.
2737       if (I == BBStates.end() || !I->second.isVisitedTopDown())
2738         continue;
2739       MyStates.InitFromPred(I->second);
2740       while (PI != PE) {
2741         Pred = *PI++;
2742         if (Pred != BB) {
2743           I = BBStates.find(Pred);
2744           if (I != BBStates.end() && I->second.isVisitedTopDown())
2745             MyStates.MergePred(I->second);
2746         }
2747       }
2748       break;
2749     } while (PI != PE);
2750
2751   // Visit all the instructions, top-down.
2752   for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(), E = BB->end(); I != E; ++I) {
2753     Instruction *Inst = I;
2754     InstructionClass Class = GetInstructionClass(Inst);
2755     const Value *Arg = 0;
2756
2757     switch (Class) {
2758     case IC_RetainBlock:
2759       // An objc_retainBlock call with just a use may need to be kept,
2760       // because it may be copying a block from the stack to the heap.
2761       if (!IsRetainBlockOptimizable(Inst))
2762         break;
2763       // FALLTHROUGH
2764     case IC_Retain:
2765     case IC_RetainRV: {
2766       Arg = GetObjCArg(Inst);
2767
2768       PtrState &S = MyStates.getPtrTopDownState(Arg);
2769
2770       // Don't do retain+release tracking for IC_RetainRV, because it's
2771       // better to let it remain as the first instruction after a call.
2772       if (Class != IC_RetainRV) {
2773         // If we see two retains in a row on the same pointer. If so, make
2774         // a note, and we'll cicle back to revisit it after we've
2775         // hopefully eliminated the second retain, which may allow us to
2776         // eliminate the first retain too.
2777         // Theoretically we could implement removal of nested retain+release
2778         // pairs by making PtrState hold a stack of states, but this is
2779         // simple and avoids adding overhead for the non-nested case.
2780         if (S.GetSeq() == S_Retain)
2781           NestingDetected = true;
2782
2783         S.SetSeq(S_Retain);
2784         S.RRI.clear();
2785         S.RRI.IsRetainBlock = Class == IC_RetainBlock;
2786         // Don't check S.IsKnownIncremented() here because it's not
2787         // sufficient.
2788         S.RRI.KnownSafe = S.IsKnownNested();
2789         S.RRI.Calls.insert(Inst);
2790       }
2791
2792       S.SetAtLeastOneRefCount();
2793       S.IncrementRefCount();
2794       S.IncrementNestCount();
2795       continue;
2796     }
2797     case IC_Release: {
2798       Arg = GetObjCArg(Inst);
2799
2800       PtrState &S = MyStates.getPtrTopDownState(Arg);
2801       S.DecrementRefCount();
2802       S.DecrementNestCount();
2803
2804       switch (S.GetSeq()) {
2805       case S_Retain:
2806       case S_CanRelease:
2807         S.RRI.ReverseInsertPts.clear();
2808         // FALL THROUGH
2809       case S_Use:
2810         S.RRI.ReleaseMetadata = Inst->getMetadata(ImpreciseReleaseMDKind);
2811         S.RRI.IsTailCallRelease = cast<CallInst>(Inst)->isTailCall();
2812         Releases[Inst] = S.RRI;
2813         S.ClearSequenceProgress();
2814         break;
2815       case S_None:
2816         break;
2817       case S_Stop:
2818       case S_Release:
2819       case S_MovableRelease:
2820         llvm_unreachable("top-down pointer in release state!");
2821       }
2822       break;
2823     }
2824     case IC_AutoreleasepoolPop:
2825       // Conservatively, clear MyStates for all known pointers.
2826       MyStates.clearTopDownPointers();
2827       continue;
2828     case IC_AutoreleasepoolPush:
2829     case IC_None:
2830       // These are irrelevant.
2831       continue;
2832     default:
2833       break;
2834     }
2835
2836     // Consider any other possible effects of this instruction on each
2837     // pointer being tracked.
2838     for (BBState::ptr_iterator MI = MyStates.top_down_ptr_begin(),
2839          ME = MyStates.top_down_ptr_end(); MI != ME; ++MI) {
2840       const Value *Ptr = MI->first;
2841       if (Ptr == Arg)
2842         continue; // Handled above.
2843       PtrState &S = MI->second;
2844       Sequence Seq = S.GetSeq();
2845
2846       // Check for possible releases.
2847       if (CanAlterRefCount(Inst, Ptr, PA, Class)) {
2848         S.DecrementRefCount();
2849         switch (Seq) {
2850         case S_Retain:
2851           S.SetSeq(S_CanRelease);
2852           assert(S.RRI.ReverseInsertPts.empty());
2853           S.RRI.ReverseInsertPts.insert(Inst);
2854
2855           // One call can't cause a transition from S_Retain to S_CanRelease
2856           // and S_CanRelease to S_Use. If we've made the first transition,
2857           // we're done.
2858           continue;
2859         case S_Use:
2860         case S_CanRelease:
2861         case S_None:
2862           break;
2863         case S_Stop:
2864         case S_Release:
2865         case S_MovableRelease:
2866           llvm_unreachable("top-down pointer in release state!");
2867         }
2868       }
2869
2870       // Check for possible direct uses.
2871       switch (Seq) {
2872       case S_CanRelease:
2873         if (CanUse(Inst, Ptr, PA, Class))
2874           S.SetSeq(S_Use);
2875         break;
2876       case S_Retain:
2877       case S_Use:
2878       case S_None:
2879         break;
2880       case S_Stop:
2881       case S_Release:
2882       case S_MovableRelease:
2883         llvm_unreachable("top-down pointer in release state!");
2884       }
2885     }
2886   }
2887
2888   CheckForCFGHazards(BB, BBStates, MyStates);
2889   return NestingDetected;
2890 }
2891
2892 static void
2893 ComputePostOrders(Function &F,
2894                   SmallVectorImpl<BasicBlock *> &PostOrder,
2895                   SmallVectorImpl<BasicBlock *> &ReverseCFGPostOrder) {
2896   /// Backedges - Backedges detected in the DFS. These edges will be
2897   /// ignored in the reverse-CFG DFS, so that loops with multiple exits will be
2898   /// traversed in the desired order.
2899   DenseSet<std::pair<BasicBlock *, BasicBlock *> > Backedges;
2900
2901   /// Visited - The visited set, for doing DFS walks.
2902   SmallPtrSet<BasicBlock *, 16> Visited;
2903
2904   // Do DFS, computing the PostOrder.
2905   SmallPtrSet<BasicBlock *, 16> OnStack;
2906   SmallVector<std::pair<BasicBlock *, succ_iterator>, 16> SuccStack;
2907   BasicBlock *EntryBB = &F.getEntryBlock();
2908   SuccStack.push_back(std::make_pair(EntryBB, succ_begin(EntryBB)));
2909   Visited.insert(EntryBB);
2910   OnStack.insert(EntryBB);
2911   do {
2912   dfs_next_succ:
2913     TerminatorInst *TI = cast<TerminatorInst>(&SuccStack.back().first->back());
2914     succ_iterator End = succ_iterator(TI, true);
2915     while (SuccStack.back().second != End) {
2916       BasicBlock *BB = *SuccStack.back().second++;
2917       if (Visited.insert(BB)) {
2918         SuccStack.push_back(std::make_pair(BB, succ_begin(BB)));
2919         OnStack.insert(BB);
2920         goto dfs_next_succ;
2921       }
2922       if (OnStack.count(BB))
2923         Backedges.insert(std::make_pair(SuccStack.back().first, BB));
2924     }
2925     OnStack.erase(SuccStack.back().first);
2926     PostOrder.push_back(SuccStack.pop_back_val().first);
2927   } while (!SuccStack.empty());
2928
2929   Visited.clear();
2930
2931   // Compute the exits, which are the starting points for reverse-CFG DFS.
2932   SmallVector<BasicBlock *, 4> Exits;
2933   for (Function::iterator I = F.begin(), E = F.end(); I != E; ++I) {
2934     BasicBlock *BB = I;
2935     if (cast<TerminatorInst>(&BB->back())->getNumSuccessors() == 0)
2936       Exits.push_back(BB);
2937   }
2938
2939   // Do reverse-CFG DFS, computing the reverse-CFG PostOrder.
2940   SmallVector<std::pair<BasicBlock *, pred_iterator>, 16> PredStack;
2941   for (SmallVectorImpl<BasicBlock *>::iterator I = Exits.begin(), E = Exits.end();
2942        I != E; ++I) {
2943     BasicBlock *ExitBB = *I;
2944     PredStack.push_back(std::make_pair(ExitBB, pred_begin(ExitBB)));
2945     Visited.insert(ExitBB);
2946     while (!PredStack.empty()) {
2947     reverse_dfs_next_succ:
2948       pred_iterator End = pred_end(PredStack.back().first);
2949       while (PredStack.back().second != End) {
2950         BasicBlock *BB = *PredStack.back().second++;
2951         // Skip backedges detected in the forward-CFG DFS.
2952         if (Backedges.count(std::make_pair(BB, PredStack.back().first)))
2953           continue;
2954         if (Visited.insert(BB)) {
2955           PredStack.push_back(std::make_pair(BB, pred_begin(BB)));
2956           goto reverse_dfs_next_succ;
2957         }
2958       }
2959       ReverseCFGPostOrder.push_back(PredStack.pop_back_val().first);
2960     }
2961   }
2962 }
2963
2964 // Visit - Visit the function both top-down and bottom-up.
2965 bool
2966 ObjCARCOpt::Visit(Function &F,
2967                   DenseMap<const BasicBlock *, BBState> &BBStates,
2968                   MapVector<Value *, RRInfo> &Retains,
2969                   DenseMap<Value *, RRInfo> &Releases) {
2970
2971   // Use reverse-postorder traversals, because we magically know that loops
2972   // will be well behaved, i.e. they won't repeatedly call retain on a single
2973   // pointer without doing a release. We can't use the ReversePostOrderTraversal
2974   // class here because we want the reverse-CFG postorder to consider each
2975   // function exit point, and we want to ignore selected cycle edges.
2976   SmallVector<BasicBlock *, 16> PostOrder;
2977   SmallVector<BasicBlock *, 16> ReverseCFGPostOrder;
2978   ComputePostOrders(F, PostOrder, ReverseCFGPostOrder);
2979
2980   // Use reverse-postorder on the reverse CFG for bottom-up.
2981   bool BottomUpNestingDetected = false;
2982   for (SmallVectorImpl<BasicBlock *>::const_reverse_iterator I =
2983        ReverseCFGPostOrder.rbegin(), E = ReverseCFGPostOrder.rend();
2984        I != E; ++I)
2985     BottomUpNestingDetected |= VisitBottomUp(*I, BBStates, Retains);
2986
2987   // Use reverse-postorder for top-down.
2988   bool TopDownNestingDetected = false;
2989   for (SmallVectorImpl<BasicBlock *>::const_reverse_iterator I =
2990        PostOrder.rbegin(), E = PostOrder.rend();
2991        I != E; ++I)
2992     TopDownNestingDetected |= VisitTopDown(*I, BBStates, Releases);
2993
2994   return TopDownNestingDetected && BottomUpNestingDetected;
2995 }
2996
2997 /// MoveCalls - Move the calls in RetainsToMove and ReleasesToMove.
2998 void ObjCARCOpt::MoveCalls(Value *Arg,
2999                            RRInfo &RetainsToMove,
3000                            RRInfo &ReleasesToMove,
3001                            MapVector<Value *, RRInfo> &Retains,
3002                            DenseMap<Value *, RRInfo> &Releases,
3003                            SmallVectorImpl<Instruction *> &DeadInsts,
3004                            Module *M) {
3005   Type *ArgTy = Arg->getType();
3006   Type *ParamTy = PointerType::getUnqual(Type::getInt8Ty(ArgTy->getContext()));
3007
3008   // Insert the new retain and release calls.
3009   for (SmallPtrSet<Instruction *, 2>::const_iterator
3010        PI = ReleasesToMove.ReverseInsertPts.begin(),
3011        PE = ReleasesToMove.ReverseInsertPts.end(); PI != PE; ++PI) {
3012     Instruction *InsertPt = *PI;
3013     Value *MyArg = ArgTy == ParamTy ? Arg :
3014                    new BitCastInst(Arg, ParamTy, "", InsertPt);
3015     CallInst *Call =
3016       CallInst::Create(RetainsToMove.IsRetainBlock ?
3017                          getRetainBlockCallee(M) : getRetainCallee(M),
3018                        MyArg, "", InsertPt);
3019     Call->setDoesNotThrow();
3020     if (RetainsToMove.IsRetainBlock)
3021       Call->setMetadata(CopyOnEscapeMDKind,
3022                         MDNode::get(M->getContext(), ArrayRef<Value *>()));
3023     else
3024       Call->setTailCall();
3025   }
3026   for (SmallPtrSet<Instruction *, 2>::const_iterator
3027        PI = RetainsToMove.ReverseInsertPts.begin(),
3028        PE = RetainsToMove.ReverseInsertPts.end(); PI != PE; ++PI) {
3029     Instruction *LastUse = *PI;
3030     Instruction *InsertPts[] = { 0, 0, 0 };
3031     if (InvokeInst *II = dyn_cast<InvokeInst>(LastUse)) {
3032       // We can't insert code immediately after an invoke instruction, so
3033       // insert code at the beginning of both successor blocks instead.
3034       // The invoke's return value isn't available in the unwind block,
3035       // but our releases will never depend on it, because they must be
3036       // paired with retains from before the invoke.
3037       InsertPts[0] = II->getNormalDest()->getFirstInsertionPt();
3038       InsertPts[1] = II->getUnwindDest()->getFirstInsertionPt();
3039     } else {
3040       // Insert code immediately after the last use.
3041       InsertPts[0] = llvm::next(BasicBlock::iterator(LastUse));
3042     }
3043
3044     for (Instruction **I = InsertPts; *I; ++I) {
3045       Instruction *InsertPt = *I;
3046       Value *MyArg = ArgTy == ParamTy ? Arg :
3047                      new BitCastInst(Arg, ParamTy, "", InsertPt);
3048       CallInst *Call = CallInst::Create(getReleaseCallee(M), MyArg,
3049                                         "", InsertPt);
3050       // Attach a clang.imprecise_release metadata tag, if appropriate.
3051       if (MDNode *M = ReleasesToMove.ReleaseMetadata)
3052         Call->setMetadata(ImpreciseReleaseMDKind, M);
3053       Call->setDoesNotThrow();
3054       if (ReleasesToMove.IsTailCallRelease)
3055         Call->setTailCall();
3056     }
3057   }
3058
3059   // Delete the original retain and release calls.
3060   for (SmallPtrSet<Instruction *, 2>::const_iterator
3061        AI = RetainsToMove.Calls.begin(),
3062        AE = RetainsToMove.Calls.end(); AI != AE; ++AI) {
3063     Instruction *OrigRetain = *AI;
3064     Retains.blot(OrigRetain);
3065     DeadInsts.push_back(OrigRetain);
3066   }
3067   for (SmallPtrSet<Instruction *, 2>::const_iterator
3068        AI = ReleasesToMove.Calls.begin(),
3069        AE = ReleasesToMove.Calls.end(); AI != AE; ++AI) {
3070     Instruction *OrigRelease = *AI;
3071     Releases.erase(OrigRelease);
3072     DeadInsts.push_back(OrigRelease);
3073   }
3074 }
3075
3076 bool
3077 ObjCARCOpt::PerformCodePlacement(DenseMap<const BasicBlock *, BBState>
3078                                    &BBStates,
3079                                  MapVector<Value *, RRInfo> &Retains,
3080                                  DenseMap<Value *, RRInfo> &Releases,
3081                                  Module *M) {
3082   bool AnyPairsCompletelyEliminated = false;
3083   RRInfo RetainsToMove;
3084   RRInfo ReleasesToMove;
3085   SmallVector<Instruction *, 4> NewRetains;
3086   SmallVector<Instruction *, 4> NewReleases;
3087   SmallVector<Instruction *, 8> DeadInsts;
3088
3089   for (MapVector<Value *, RRInfo>::const_iterator I = Retains.begin(),
3090        E = Retains.end(); I != E; ++I) {
3091     Value *V = I->first;
3092     if (!V) continue; // blotted
3093
3094     Instruction *Retain = cast<Instruction>(V);
3095     Value *Arg = GetObjCArg(Retain);
3096
3097     // If the object being released is in static or stack storage, we know it's
3098     // not being managed by ObjC reference counting, so we can delete pairs
3099     // regardless of what possible decrements or uses lie between them.
3100     bool KnownSafe = isa<Constant>(Arg) || isa<AllocaInst>(Arg);
3101    
3102     // A constant pointer can't be pointing to an object on the heap. It may
3103     // be reference-counted, but it won't be deleted.
3104     if (const LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(Arg))
3105       if (const GlobalVariable *GV =
3106             dyn_cast<GlobalVariable>(
3107               StripPointerCastsAndObjCCalls(LI->getPointerOperand())))
3108         if (GV->isConstant())
3109           KnownSafe = true;
3110
3111     // If a pair happens in a region where it is known that the reference count
3112     // is already incremented, we can similarly ignore possible decrements.
3113     bool KnownSafeTD = true, KnownSafeBU = true;
3114
3115     // Connect the dots between the top-down-collected RetainsToMove and
3116     // bottom-up-collected ReleasesToMove to form sets of related calls.
3117     // This is an iterative process so that we connect multiple releases
3118     // to multiple retains if needed.
3119     unsigned OldDelta = 0;
3120     unsigned NewDelta = 0;
3121     unsigned OldCount = 0;
3122     unsigned NewCount = 0;
3123     bool FirstRelease = true;
3124     bool FirstRetain = true;
3125     NewRetains.push_back(Retain);
3126     for (;;) {
3127       for (SmallVectorImpl<Instruction *>::const_iterator
3128            NI = NewRetains.begin(), NE = NewRetains.end(); NI != NE; ++NI) {
3129         Instruction *NewRetain = *NI;
3130         MapVector<Value *, RRInfo>::const_iterator It = Retains.find(NewRetain);
3131         assert(It != Retains.end());
3132         const RRInfo &NewRetainRRI = It->second;
3133         KnownSafeTD &= NewRetainRRI.KnownSafe;
3134         for (SmallPtrSet<Instruction *, 2>::const_iterator
3135              LI = NewRetainRRI.Calls.begin(),
3136              LE = NewRetainRRI.Calls.end(); LI != LE; ++LI) {
3137           Instruction *NewRetainRelease = *LI;
3138           DenseMap<Value *, RRInfo>::const_iterator Jt =
3139             Releases.find(NewRetainRelease);
3140           if (Jt == Releases.end())
3141             goto next_retain;
3142           const RRInfo &NewRetainReleaseRRI = Jt->second;
3143           assert(NewRetainReleaseRRI.Calls.count(NewRetain));
3144           if (ReleasesToMove.Calls.insert(NewRetainRelease)) {
3145             OldDelta -=
3146               BBStates[NewRetainRelease->getParent()].GetAllPathCount();
3147
3148             // Merge the ReleaseMetadata and IsTailCallRelease values.
3149             if (FirstRelease) {
3150               ReleasesToMove.ReleaseMetadata =
3151                 NewRetainReleaseRRI.ReleaseMetadata;
3152               ReleasesToMove.IsTailCallRelease =
3153                 NewRetainReleaseRRI.IsTailCallRelease;
3154               FirstRelease = false;
3155             } else {
3156               if (ReleasesToMove.ReleaseMetadata !=
3157                     NewRetainReleaseRRI.ReleaseMetadata)
3158                 ReleasesToMove.ReleaseMetadata = 0;
3159               if (ReleasesToMove.IsTailCallRelease !=
3160                     NewRetainReleaseRRI.IsTailCallRelease)
3161                 ReleasesToMove.IsTailCallRelease = false;
3162             }
3163
3164             // Collect the optimal insertion points.
3165             if (!KnownSafe)
3166               for (SmallPtrSet<Instruction *, 2>::const_iterator
3167                    RI = NewRetainReleaseRRI.ReverseInsertPts.begin(),
3168                    RE = NewRetainReleaseRRI.ReverseInsertPts.end();
3169                    RI != RE; ++RI) {
3170                 Instruction *RIP = *RI;
3171                 if (ReleasesToMove.ReverseInsertPts.insert(RIP))
3172                   NewDelta -= BBStates[RIP->getParent()].GetAllPathCount();
3173               }
3174             NewReleases.push_back(NewRetainRelease);
3175           }
3176         }
3177       }
3178       NewRetains.clear();
3179       if (NewReleases.empty()) break;
3180
3181       // Back the other way.
3182       for (SmallVectorImpl<Instruction *>::const_iterator
3183            NI = NewReleases.begin(), NE = NewReleases.end(); NI != NE; ++NI) {
3184         Instruction *NewRelease = *NI;
3185         DenseMap<Value *, RRInfo>::const_iterator It =
3186           Releases.find(NewRelease);
3187         assert(It != Releases.end());
3188         const RRInfo &NewReleaseRRI = It->second;
3189         KnownSafeBU &= NewReleaseRRI.KnownSafe;
3190         for (SmallPtrSet<Instruction *, 2>::const_iterator
3191              LI = NewReleaseRRI.Calls.begin(),
3192              LE = NewReleaseRRI.Calls.end(); LI != LE; ++LI) {
3193           Instruction *NewReleaseRetain = *LI;
3194           MapVector<Value *, RRInfo>::const_iterator Jt =
3195             Retains.find(NewReleaseRetain);
3196           if (Jt == Retains.end())
3197             goto next_retain;
3198           const RRInfo &NewReleaseRetainRRI = Jt->second;
3199           assert(NewReleaseRetainRRI.Calls.count(NewRelease));
3200           if (RetainsToMove.Calls.insert(NewReleaseRetain)) {
3201             unsigned PathCount =
3202               BBStates[NewReleaseRetain->getParent()].GetAllPathCount();
3203             OldDelta += PathCount;
3204             OldCount += PathCount;
3205
3206             // Merge the IsRetainBlock values.
3207             if (FirstRetain) {
3208               RetainsToMove.IsRetainBlock = NewReleaseRetainRRI.IsRetainBlock;
3209               FirstRetain = false;
3210             } else if (ReleasesToMove.IsRetainBlock !=
3211                        NewReleaseRetainRRI.IsRetainBlock)
3212               // It's not possible to merge the sequences if one uses
3213               // objc_retain and the other uses objc_retainBlock.
3214               goto next_retain;
3215
3216             // Collect the optimal insertion points.
3217             if (!KnownSafe)
3218               for (SmallPtrSet<Instruction *, 2>::const_iterator
3219                    RI = NewReleaseRetainRRI.ReverseInsertPts.begin(),
3220                    RE = NewReleaseRetainRRI.ReverseInsertPts.end();
3221                    RI != RE; ++RI) {
3222                 Instruction *RIP = *RI;
3223                 if (RetainsToMove.ReverseInsertPts.insert(RIP)) {
3224                   PathCount = BBStates[RIP->getParent()].GetAllPathCount();
3225                   NewDelta += PathCount;
3226                   NewCount += PathCount;
3227                 }
3228               }
3229             NewRetains.push_back(NewReleaseRetain);
3230           }
3231         }
3232       }
3233       NewReleases.clear();
3234       if (NewRetains.empty()) break;
3235     }
3236
3237     // If the pointer is known incremented or nested, we can safely delete the
3238     // pair regardless of what's between them.
3239     if (KnownSafeTD || KnownSafeBU) {
3240       RetainsToMove.ReverseInsertPts.clear();
3241       ReleasesToMove.ReverseInsertPts.clear();
3242       NewCount = 0;
3243     } else {
3244       // Determine whether the new insertion points we computed preserve the
3245       // balance of retain and release calls through the program.
3246       // TODO: If the fully aggressive solution isn't valid, try to find a
3247       // less aggressive solution which is.
3248       if (NewDelta != 0)
3249         goto next_retain;
3250     }
3251
3252     // Determine whether the original call points are balanced in the retain and
3253     // release calls through the program. If not, conservatively don't touch
3254     // them.
3255     // TODO: It's theoretically possible to do code motion in this case, as
3256     // long as the existing imbalances are maintained.
3257     if (OldDelta != 0)
3258       goto next_retain;
3259
3260     // Ok, everything checks out and we're all set. Let's move some code!
3261     Changed = true;
3262     AnyPairsCompletelyEliminated = NewCount == 0;
3263     NumRRs += OldCount - NewCount;
3264     MoveCalls(Arg, RetainsToMove, ReleasesToMove,
3265               Retains, Releases, DeadInsts, M);
3266
3267   next_retain:
3268     NewReleases.clear();
3269     NewRetains.clear();
3270     RetainsToMove.clear();
3271     ReleasesToMove.clear();
3272   }
3273
3274   // Now that we're done moving everything, we can delete the newly dead
3275   // instructions, as we no longer need them as insert points.
3276   while (!DeadInsts.empty())
3277     EraseInstruction(DeadInsts.pop_back_val());
3278
3279   return AnyPairsCompletelyEliminated;
3280 }
3281
3282 /// OptimizeWeakCalls - Weak pointer optimizations.
3283 void ObjCARCOpt::OptimizeWeakCalls(Function &F) {
3284   // First, do memdep-style RLE and S2L optimizations. We can't use memdep
3285   // itself because it uses AliasAnalysis and we need to do provenance
3286   // queries instead.
3287   for (inst_iterator I = inst_begin(&F), E = inst_end(&F); I != E; ) {
3288     Instruction *Inst = &*I++;
3289     InstructionClass Class = GetBasicInstructionClass(Inst);
3290     if (Class != IC_LoadWeak && Class != IC_LoadWeakRetained)
3291       continue;
3292
3293     // Delete objc_loadWeak calls with no users.
3294     if (Class == IC_LoadWeak && Inst->use_empty()) {
3295       Inst->eraseFromParent();
3296       continue;
3297     }
3298
3299     // TODO: For now, just look for an earlier available version of this value
3300     // within the same block. Theoretically, we could do memdep-style non-local
3301     // analysis too, but that would want caching. A better approach would be to
3302     // use the technique that EarlyCSE uses.
3303     inst_iterator Current = llvm::prior(I);
3304     BasicBlock *CurrentBB = Current.getBasicBlockIterator();
3305     for (BasicBlock::iterator B = CurrentBB->begin(),
3306                               J = Current.getInstructionIterator();
3307          J != B; --J) {
3308       Instruction *EarlierInst = &*llvm::prior(J);
3309       InstructionClass EarlierClass = GetInstructionClass(EarlierInst);
3310       switch (EarlierClass) {
3311       case IC_LoadWeak:
3312       case IC_LoadWeakRetained: {
3313         // If this is loading from the same pointer, replace this load's value
3314         // with that one.
3315         CallInst *Call = cast<CallInst>(Inst);
3316         CallInst *EarlierCall = cast<CallInst>(EarlierInst);
3317         Value *Arg = Call->getArgOperand(0);
3318         Value *EarlierArg = EarlierCall->getArgOperand(0);
3319         switch (PA.getAA()->alias(Arg, EarlierArg)) {
3320         case AliasAnalysis::MustAlias:
3321           Changed = true;
3322           // If the load has a builtin retain, insert a plain retain for it.
3323           if (Class == IC_LoadWeakRetained) {
3324             CallInst *CI =
3325               CallInst::Create(getRetainCallee(F.getParent()), EarlierCall,
3326                                "", Call);
3327             CI->setTailCall();
3328           }
3329           // Zap the fully redundant load.
3330           Call->replaceAllUsesWith(EarlierCall);
3331           Call->eraseFromParent();
3332           goto clobbered;
3333         case AliasAnalysis::MayAlias:
3334         case AliasAnalysis::PartialAlias:
3335           goto clobbered;
3336         case AliasAnalysis::NoAlias:
3337           break;
3338         }
3339         break;
3340       }
3341       case IC_StoreWeak:
3342       case IC_InitWeak: {
3343         // If this is storing to the same pointer and has the same size etc.
3344         // replace this load's value with the stored value.
3345         CallInst *Call = cast<CallInst>(Inst);
3346         CallInst *EarlierCall = cast<CallInst>(EarlierInst);
3347         Value *Arg = Call->getArgOperand(0);
3348         Value *EarlierArg = EarlierCall->getArgOperand(0);
3349         switch (PA.getAA()->alias(Arg, EarlierArg)) {
3350         case AliasAnalysis::MustAlias:
3351           Changed = true;
3352           // If the load has a builtin retain, insert a plain retain for it.
3353           if (Class == IC_LoadWeakRetained) {
3354             CallInst *CI =
3355               CallInst::Create(getRetainCallee(F.getParent()), EarlierCall,
3356                                "", Call);
3357             CI->setTailCall();
3358           }
3359           // Zap the fully redundant load.
3360           Call->replaceAllUsesWith(EarlierCall->getArgOperand(1));
3361           Call->eraseFromParent();
3362           goto clobbered;
3363         case AliasAnalysis::MayAlias:
3364         case AliasAnalysis::PartialAlias:
3365           goto clobbered;
3366         case AliasAnalysis::NoAlias:
3367           break;
3368         }
3369         break;
3370       }
3371       case IC_MoveWeak:
3372       case IC_CopyWeak:
3373         // TOOD: Grab the copied value.
3374         goto clobbered;
3375       case IC_AutoreleasepoolPush:
3376       case IC_None:
3377       case IC_User:
3378         // Weak pointers are only modified through the weak entry points
3379         // (and arbitrary calls, which could call the weak entry points).
3380         break;
3381       default:
3382         // Anything else could modify the weak pointer.
3383         goto clobbered;
3384       }
3385     }
3386   clobbered:;
3387   }
3388
3389   // Then, for each destroyWeak with an alloca operand, check to see if
3390   // the alloca and all its users can be zapped.
3391   for (inst_iterator I = inst_begin(&F), E = inst_end(&F); I != E; ) {
3392     Instruction *Inst = &*I++;
3393     InstructionClass Class = GetBasicInstructionClass(Inst);
3394     if (Class != IC_DestroyWeak)
3395       continue;
3396
3397     CallInst *Call = cast<CallInst>(Inst);
3398     Value *Arg = Call->getArgOperand(0);
3399     if (AllocaInst *Alloca = dyn_cast<AllocaInst>(Arg)) {
3400       for (Value::use_iterator UI = Alloca->use_begin(),
3401            UE = Alloca->use_end(); UI != UE; ++UI) {
3402         Instruction *UserInst = cast<Instruction>(*UI);
3403         switch (GetBasicInstructionClass(UserInst)) {
3404         case IC_InitWeak:
3405         case IC_StoreWeak:
3406         case IC_DestroyWeak:
3407           continue;
3408         default:
3409           goto done;
3410         }
3411       }
3412       Changed = true;
3413       for (Value::use_iterator UI = Alloca->use_begin(),
3414            UE = Alloca->use_end(); UI != UE; ) {
3415         CallInst *UserInst = cast<CallInst>(*UI++);
3416         if (!UserInst->use_empty())
3417           UserInst->replaceAllUsesWith(UserInst->getArgOperand(0));
3418         UserInst->eraseFromParent();
3419       }
3420       Alloca->eraseFromParent();
3421     done:;
3422     }
3423   }
3424 }
3425
3426 /// OptimizeSequences - Identify program paths which execute sequences of
3427 /// retains and releases which can be eliminated.
3428 bool ObjCARCOpt::OptimizeSequences(Function &F) {
3429   /// Releases, Retains - These are used to store the results of the main flow
3430   /// analysis. These use Value* as the key instead of Instruction* so that the
3431   /// map stays valid when we get around to rewriting code and calls get
3432   /// replaced by arguments.
3433   DenseMap<Value *, RRInfo> Releases;
3434   MapVector<Value *, RRInfo> Retains;
3435
3436   /// BBStates, This is used during the traversal of the function to track the
3437   /// states for each identified object at each block.
3438   DenseMap<const BasicBlock *, BBState> BBStates;
3439
3440   // Analyze the CFG of the function, and all instructions.
3441   bool NestingDetected = Visit(F, BBStates, Retains, Releases);
3442
3443   // Transform.
3444   return PerformCodePlacement(BBStates, Retains, Releases, F.getParent()) &&
3445          NestingDetected;
3446 }
3447
3448 /// OptimizeReturns - Look for this pattern:
3449 ///
3450 ///    %call = call i8* @something(...)
3451 ///    %2 = call i8* @objc_retain(i8* %call)
3452 ///    %3 = call i8* @objc_autorelease(i8* %2)
3453 ///    ret i8* %3
3454 ///
3455 /// And delete the retain and autorelease.
3456 ///
3457 /// Otherwise if it's just this:
3458 ///
3459 ///    %3 = call i8* @objc_autorelease(i8* %2)
3460 ///    ret i8* %3
3461 ///
3462 /// convert the autorelease to autoreleaseRV.
3463 void ObjCARCOpt::OptimizeReturns(Function &F) {
3464   if (!F.getReturnType()->isPointerTy())
3465     return;
3466
3467   SmallPtrSet<Instruction *, 4> DependingInstructions;
3468   SmallPtrSet<const BasicBlock *, 4> Visited;
3469   for (Function::iterator FI = F.begin(), FE = F.end(); FI != FE; ++FI) {
3470     BasicBlock *BB = FI;
3471     ReturnInst *Ret = dyn_cast<ReturnInst>(&BB->back());
3472     if (!Ret) continue;
3473
3474     const Value *Arg = StripPointerCastsAndObjCCalls(Ret->getOperand(0));
3475     FindDependencies(NeedsPositiveRetainCount, Arg,
3476                      BB, Ret, DependingInstructions, Visited, PA);
3477     if (DependingInstructions.size() != 1)
3478       goto next_block;
3479
3480     {
3481       CallInst *Autorelease =
3482         dyn_cast_or_null<CallInst>(*DependingInstructions.begin());
3483       if (!Autorelease)
3484         goto next_block;
3485       InstructionClass AutoreleaseClass =
3486         GetBasicInstructionClass(Autorelease);
3487       if (!IsAutorelease(AutoreleaseClass))
3488         goto next_block;
3489       if (GetObjCArg(Autorelease) != Arg)
3490         goto next_block;
3491
3492       DependingInstructions.clear();
3493       Visited.clear();
3494
3495       // Check that there is nothing that can affect the reference
3496       // count between the autorelease and the retain.
3497       FindDependencies(CanChangeRetainCount, Arg,
3498                        BB, Autorelease, DependingInstructions, Visited, PA);
3499       if (DependingInstructions.size() != 1)
3500         goto next_block;
3501
3502       {
3503         CallInst *Retain =
3504           dyn_cast_or_null<CallInst>(*DependingInstructions.begin());
3505
3506         // Check that we found a retain with the same argument.
3507         if (!Retain ||
3508             !IsRetain(GetBasicInstructionClass(Retain)) ||
3509             GetObjCArg(Retain) != Arg)
3510           goto next_block;
3511
3512         DependingInstructions.clear();
3513         Visited.clear();
3514
3515         // Convert the autorelease to an autoreleaseRV, since it's
3516         // returning the value.
3517         if (AutoreleaseClass == IC_Autorelease) {
3518           Autorelease->setCalledFunction(getAutoreleaseRVCallee(F.getParent()));
3519           AutoreleaseClass = IC_AutoreleaseRV;
3520         }
3521
3522         // Check that there is nothing that can affect the reference
3523         // count between the retain and the call.
3524         // Note that Retain need not be in BB.
3525         FindDependencies(CanChangeRetainCount, Arg, Retain->getParent(), Retain,
3526                          DependingInstructions, Visited, PA);
3527         if (DependingInstructions.size() != 1)
3528           goto next_block;
3529
3530         {
3531           CallInst *Call =
3532             dyn_cast_or_null<CallInst>(*DependingInstructions.begin());
3533
3534           // Check that the pointer is the return value of the call.
3535           if (!Call || Arg != Call)
3536             goto next_block;
3537
3538           // Check that the call is a regular call.
3539           InstructionClass Class = GetBasicInstructionClass(Call);
3540           if (Class != IC_CallOrUser && Class != IC_Call)
3541             goto next_block;
3542
3543           // If so, we can zap the retain and autorelease.
3544           Changed = true;
3545           ++NumRets;
3546           EraseInstruction(Retain);
3547           EraseInstruction(Autorelease);
3548         }
3549       }
3550     }
3551
3552   next_block:
3553     DependingInstructions.clear();
3554     Visited.clear();
3555   }
3556 }
3557
3558 bool ObjCARCOpt::doInitialization(Module &M) {
3559   if (!EnableARCOpts)
3560     return false;
3561
3562   Run = ModuleHasARC(M);
3563   if (!Run)
3564     return false;
3565
3566   // Identify the imprecise release metadata kind.
3567   ImpreciseReleaseMDKind =
3568     M.getContext().getMDKindID("clang.imprecise_release");
3569   CopyOnEscapeMDKind =
3570     M.getContext().getMDKindID("clang.arc.copy_on_escape");
3571   NoObjCARCExceptionsMDKind =
3572     M.getContext().getMDKindID("clang.arc.no_objc_arc_exceptions");
3573
3574   // Intuitively, objc_retain and others are nocapture, however in practice
3575   // they are not, because they return their argument value. And objc_release
3576   // calls finalizers.
3577
3578   // These are initialized lazily.
3579   RetainRVCallee = 0;
3580   AutoreleaseRVCallee = 0;
3581   ReleaseCallee = 0;
3582   RetainCallee = 0;
3583   RetainBlockCallee = 0;
3584   AutoreleaseCallee = 0;
3585
3586   return false;
3587 }
3588
3589 bool ObjCARCOpt::runOnFunction(Function &F) {
3590   if (!EnableARCOpts)
3591     return false;
3592
3593   // If nothing in the Module uses ARC, don't do anything.
3594   if (!Run)
3595     return false;
3596
3597   Changed = false;
3598
3599   PA.setAA(&getAnalysis<AliasAnalysis>());
3600
3601   // This pass performs several distinct transformations. As a compile-time aid
3602   // when compiling code that isn't ObjC, skip these if the relevant ObjC
3603   // library functions aren't declared.
3604
3605   // Preliminary optimizations. This also computs UsedInThisFunction.
3606   OptimizeIndividualCalls(F);
3607
3608   // Optimizations for weak pointers.
3609   if (UsedInThisFunction & ((1 << IC_LoadWeak) |
3610                             (1 << IC_LoadWeakRetained) |
3611                             (1 << IC_StoreWeak) |
3612                             (1 << IC_InitWeak) |
3613                             (1 << IC_CopyWeak) |
3614                             (1 << IC_MoveWeak) |
3615                             (1 << IC_DestroyWeak)))
3616     OptimizeWeakCalls(F);
3617
3618   // Optimizations for retain+release pairs.
3619   if (UsedInThisFunction & ((1 << IC_Retain) |
3620                             (1 << IC_RetainRV) |
3621                             (1 << IC_RetainBlock)))
3622     if (UsedInThisFunction & (1 << IC_Release))
3623       // Run OptimizeSequences until it either stops making changes or
3624       // no retain+release pair nesting is detected.
3625       while (OptimizeSequences(F)) {}
3626
3627   // Optimizations if objc_autorelease is used.
3628   if (UsedInThisFunction &
3629       ((1 << IC_Autorelease) | (1 << IC_AutoreleaseRV)))
3630     OptimizeReturns(F);
3631
3632   return Changed;
3633 }
3634
3635 void ObjCARCOpt::releaseMemory() {
3636   PA.clear();
3637 }
3638
3639 //===----------------------------------------------------------------------===//
3640 // ARC contraction.
3641 //===----------------------------------------------------------------------===//
3642
3643 // TODO: ObjCARCContract could insert PHI nodes when uses aren't
3644 // dominated by single calls.
3645
3646 #include "llvm/Operator.h"
3647 #include "llvm/InlineAsm.h"
3648 #include "llvm/Analysis/Dominators.h"
3649
3650 STATISTIC(NumStoreStrongs, "Number objc_storeStrong calls formed");
3651
3652 namespace {
3653   /// ObjCARCContract - Late ARC optimizations.  These change the IR in a way
3654   /// that makes it difficult to be analyzed by ObjCARCOpt, so it's run late.
3655   class ObjCARCContract : public FunctionPass {
3656     bool Changed;
3657     AliasAnalysis *AA;
3658     DominatorTree *DT;
3659     ProvenanceAnalysis PA;
3660
3661     /// Run - A flag indicating whether this optimization pass should run.
3662     bool Run;
3663
3664     /// StoreStrongCallee, etc. - Declarations for ObjC runtime
3665     /// functions, for use in creating calls to them. These are initialized
3666     /// lazily to avoid cluttering up the Module with unused declarations.
3667     Constant *StoreStrongCallee,
3668              *RetainAutoreleaseCallee, *RetainAutoreleaseRVCallee;
3669
3670     /// RetainRVMarker - The inline asm string to insert between calls and
3671     /// RetainRV calls to make the optimization work on targets which need it.
3672     const MDString *RetainRVMarker;
3673
3674     /// StoreStrongCalls - The set of inserted objc_storeStrong calls. If
3675     /// at the end of walking the function we have found no alloca
3676     /// instructions, these calls can be marked "tail".
3677     DenseSet<CallInst *> StoreStrongCalls;
3678
3679     Constant *getStoreStrongCallee(Module *M);
3680     Constant *getRetainAutoreleaseCallee(Module *M);
3681     Constant *getRetainAutoreleaseRVCallee(Module *M);
3682
3683     bool ContractAutorelease(Function &F, Instruction *Autorelease,
3684                              InstructionClass Class,
3685                              SmallPtrSet<Instruction *, 4>
3686                                &DependingInstructions,
3687                              SmallPtrSet<const BasicBlock *, 4>
3688                                &Visited);
3689
3690     void ContractRelease(Instruction *Release,
3691                          inst_iterator &Iter);
3692
3693     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const;
3694     virtual bool doInitialization(Module &M);
3695     virtual bool runOnFunction(Function &F);
3696
3697   public:
3698     static char ID;
3699     ObjCARCContract() : FunctionPass(ID) {
3700       initializeObjCARCContractPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
3701     }
3702   };
3703 }
3704
3705 char ObjCARCContract::ID = 0;
3706 INITIALIZE_PASS_BEGIN(ObjCARCContract,
3707                       "objc-arc-contract", "ObjC ARC contraction", false, false)
3708 INITIALIZE_AG_DEPENDENCY(AliasAnalysis)
3709 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(DominatorTree)
3710 INITIALIZE_PASS_END(ObjCARCContract,
3711                     "objc-arc-contract", "ObjC ARC contraction", false, false)
3712
3713 Pass *llvm::createObjCARCContractPass() {
3714   return new ObjCARCContract();
3715 }
3716
3717 void ObjCARCContract::getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
3718   AU.addRequired<AliasAnalysis>();
3719   AU.addRequired<DominatorTree>();
3720   AU.setPreservesCFG();
3721 }
3722
3723 Constant *ObjCARCContract::getStoreStrongCallee(Module *M) {
3724   if (!StoreStrongCallee) {
3725     LLVMContext &C = M->getContext();
3726     Type *I8X = PointerType::getUnqual(Type::getInt8Ty(C));
3727     Type *I8XX = PointerType::getUnqual(I8X);
3728     std::vector<Type *> Params;
3729     Params.push_back(I8XX);
3730     Params.push_back(I8X);
3731
3732     AttrListPtr Attributes;
3733     Attributes.addAttr(~0u, Attribute::NoUnwind);
3734     Attributes.addAttr(1, Attribute::NoCapture);
3735
3736     StoreStrongCallee =
3737       M->getOrInsertFunction(
3738         "objc_storeStrong",
3739         FunctionType::get(Type::getVoidTy(C), Params, /*isVarArg=*/false),
3740         Attributes);
3741   }
3742   return StoreStrongCallee;
3743 }
3744
3745 Constant *ObjCARCContract::getRetainAutoreleaseCallee(Module *M) {
3746   if (!RetainAutoreleaseCallee) {
3747     LLVMContext &C = M->getContext();
3748     Type *I8X = PointerType::getUnqual(Type::getInt8Ty(C));
3749     std::vector<Type *> Params;
3750     Params.push_back(I8X);
3751     FunctionType *FTy =
3752       FunctionType::get(I8X, Params, /*isVarArg=*/false);
3753     AttrListPtr Attributes;
3754     Attributes.addAttr(~0u, Attribute::NoUnwind);
3755     RetainAutoreleaseCallee =
3756       M->getOrInsertFunction("objc_retainAutorelease", FTy, Attributes);
3757   }
3758   return RetainAutoreleaseCallee;
3759 }
3760
3761 Constant *ObjCARCContract::getRetainAutoreleaseRVCallee(Module *M) {
3762   if (!RetainAutoreleaseRVCallee) {
3763     LLVMContext &C = M->getContext();
3764     Type *I8X = PointerType::getUnqual(Type::getInt8Ty(C));
3765     std::vector<Type *> Params;
3766     Params.push_back(I8X);
3767     FunctionType *FTy =
3768       FunctionType::get(I8X, Params, /*isVarArg=*/false);
3769     AttrListPtr Attributes;
3770     Attributes.addAttr(~0u, Attribute::NoUnwind);
3771     RetainAutoreleaseRVCallee =
3772       M->getOrInsertFunction("objc_retainAutoreleaseReturnValue", FTy,
3773                              Attributes);
3774   }
3775   return RetainAutoreleaseRVCallee;
3776 }
3777
3778 /// ContractAutorelease - Merge an autorelease with a retain into a fused
3779 /// call.
3780 bool
3781 ObjCARCContract::ContractAutorelease(Function &F, Instruction *Autorelease,
3782                                      InstructionClass Class,
3783                                      SmallPtrSet<Instruction *, 4>
3784                                        &DependingInstructions,
3785                                      SmallPtrSet<const BasicBlock *, 4>
3786                                        &Visited) {
3787   const Value *Arg = GetObjCArg(Autorelease);
3788
3789   // Check that there are no instructions between the retain and the autorelease
3790   // (such as an autorelease_pop) which may change the count.
3791   CallInst *Retain = 0;
3792   if (Class == IC_AutoreleaseRV)
3793     FindDependencies(RetainAutoreleaseRVDep, Arg,
3794                      Autorelease->getParent(), Autorelease,
3795                      DependingInstructions, Visited, PA);
3796   else
3797     FindDependencies(RetainAutoreleaseDep, Arg,
3798                      Autorelease->getParent(), Autorelease,
3799                      DependingInstructions, Visited, PA);
3800
3801   Visited.clear();
3802   if (DependingInstructions.size() != 1) {
3803     DependingInstructions.clear();
3804     return false;
3805   }
3806
3807   Retain = dyn_cast_or_null<CallInst>(*DependingInstructions.begin());
3808   DependingInstructions.clear();
3809
3810   if (!Retain ||
3811       GetBasicInstructionClass(Retain) != IC_Retain ||
3812       GetObjCArg(Retain) != Arg)
3813     return false;
3814
3815   Changed = true;
3816   ++NumPeeps;
3817
3818   if (Class == IC_AutoreleaseRV)
3819     Retain->setCalledFunction(getRetainAutoreleaseRVCallee(F.getParent()));
3820   else
3821     Retain->setCalledFunction(getRetainAutoreleaseCallee(F.getParent()));
3822
3823   EraseInstruction(Autorelease);
3824   return true;
3825 }
3826
3827 /// ContractRelease - Attempt to merge an objc_release with a store, load, and
3828 /// objc_retain to form an objc_storeStrong. This can be a little tricky because
3829 /// the instructions don't always appear in order, and there may be unrelated
3830 /// intervening instructions.
3831 void ObjCARCContract::ContractRelease(Instruction *Release,
3832                                       inst_iterator &Iter) {
3833   LoadInst *Load = dyn_cast<LoadInst>(GetObjCArg(Release));
3834   if (!Load || !Load->isSimple()) return;
3835
3836   // For now, require everything to be in one basic block.
3837   BasicBlock *BB = Release->getParent();
3838   if (Load->getParent() != BB) return;
3839
3840   // Walk down to find the store.
3841   BasicBlock::iterator I = Load, End = BB->end();
3842   ++I;
3843   AliasAnalysis::Location Loc = AA->getLocation(Load);
3844   while (I != End &&
3845          (&*I == Release ||
3846           IsRetain(GetBasicInstructionClass(I)) ||
3847           !(AA->getModRefInfo(I, Loc) & AliasAnalysis::Mod)))
3848     ++I;
3849   StoreInst *Store = dyn_cast<StoreInst>(I);
3850   if (!Store || !Store->isSimple()) return;
3851   if (Store->getPointerOperand() != Loc.Ptr) return;
3852
3853   Value *New = StripPointerCastsAndObjCCalls(Store->getValueOperand());
3854
3855   // Walk up to find the retain.
3856   I = Store;
3857   BasicBlock::iterator Begin = BB->begin();
3858   while (I != Begin && GetBasicInstructionClass(I) != IC_Retain)
3859     --I;
3860   Instruction *Retain = I;
3861   if (GetBasicInstructionClass(Retain) != IC_Retain) return;
3862   if (GetObjCArg(Retain) != New) return;
3863
3864   Changed = true;
3865   ++NumStoreStrongs;
3866
3867   LLVMContext &C = Release->getContext();
3868   Type *I8X = PointerType::getUnqual(Type::getInt8Ty(C));
3869   Type *I8XX = PointerType::getUnqual(I8X);
3870
3871   Value *Args[] = { Load->getPointerOperand(), New };
3872   if (Args[0]->getType() != I8XX)
3873     Args[0] = new BitCastInst(Args[0], I8XX, "", Store);
3874   if (Args[1]->getType() != I8X)
3875     Args[1] = new BitCastInst(Args[1], I8X, "", Store);
3876   CallInst *StoreStrong =
3877     CallInst::Create(getStoreStrongCallee(BB->getParent()->getParent()),
3878                      Args, "", Store);
3879   StoreStrong->setDoesNotThrow();
3880   StoreStrong->setDebugLoc(Store->getDebugLoc());
3881
3882   // We can't set the tail flag yet, because we haven't yet determined
3883   // whether there are any escaping allocas. Remember this call, so that
3884   // we can set the tail flag once we know it's safe.
3885   StoreStrongCalls.insert(StoreStrong);
3886
3887   if (&*Iter == Store) ++Iter;
3888   Store->eraseFromParent();
3889   Release->eraseFromParent();
3890   EraseInstruction(Retain);
3891   if (Load->use_empty())
3892     Load->eraseFromParent();
3893 }
3894
3895 bool ObjCARCContract::doInitialization(Module &M) {
3896   Run = ModuleHasARC(M);
3897   if (!Run)
3898     return false;
3899
3900   // These are initialized lazily.
3901   StoreStrongCallee = 0;
3902   RetainAutoreleaseCallee = 0;
3903   RetainAutoreleaseRVCallee = 0;
3904
3905   // Initialize RetainRVMarker.
3906   RetainRVMarker = 0;
3907   if (NamedMDNode *NMD =
3908         M.getNamedMetadata("clang.arc.retainAutoreleasedReturnValueMarker"))
3909     if (NMD->getNumOperands() == 1) {
3910       const MDNode *N = NMD->getOperand(0);
3911       if (N->getNumOperands() == 1)
3912         if (const MDString *S = dyn_cast<MDString>(N->getOperand(0)))
3913           RetainRVMarker = S;
3914     }
3915
3916   return false;
3917 }
3918
3919 bool ObjCARCContract::runOnFunction(Function &F) {
3920   if (!EnableARCOpts)
3921     return false;
3922
3923   // If nothing in the Module uses ARC, don't do anything.
3924   if (!Run)
3925     return false;
3926
3927   Changed = false;
3928   AA = &getAnalysis<AliasAnalysis>();
3929   DT = &getAnalysis<DominatorTree>();
3930
3931   PA.setAA(&getAnalysis<AliasAnalysis>());
3932
3933   // Track whether it's ok to mark objc_storeStrong calls with the "tail"
3934   // keyword. Be conservative if the function has variadic arguments.
3935   // It seems that functions which "return twice" are also unsafe for the
3936   // "tail" argument, because they are setjmp, which could need to
3937   // return to an earlier stack state.
3938   bool TailOkForStoreStrongs = !F.isVarArg() && !F.callsFunctionThatReturnsTwice();
3939
3940   // For ObjC library calls which return their argument, replace uses of the
3941   // argument with uses of the call return value, if it dominates the use. This
3942   // reduces register pressure.
3943   SmallPtrSet<Instruction *, 4> DependingInstructions;
3944   SmallPtrSet<const BasicBlock *, 4> Visited;
3945   for (inst_iterator I = inst_begin(&F), E = inst_end(&F); I != E; ) {
3946     Instruction *Inst = &*I++;
3947
3948     // Only these library routines return their argument. In particular,
3949     // objc_retainBlock does not necessarily return its argument.
3950     InstructionClass Class = GetBasicInstructionClass(Inst);
3951     switch (Class) {
3952     case IC_Retain:
3953     case IC_FusedRetainAutorelease:
3954     case IC_FusedRetainAutoreleaseRV:
3955       break;
3956     case IC_Autorelease:
3957     case IC_AutoreleaseRV:
3958       if (ContractAutorelease(F, Inst, Class, DependingInstructions, Visited))
3959         continue;
3960       break;
3961     case IC_RetainRV: {
3962       // If we're compiling for a target which needs a special inline-asm
3963       // marker to do the retainAutoreleasedReturnValue optimization,
3964       // insert it now.
3965       if (!RetainRVMarker)
3966         break;
3967       BasicBlock::iterator BBI = Inst;
3968       --BBI;
3969       while (isNoopInstruction(BBI)) --BBI;
3970       if (&*BBI == GetObjCArg(Inst)) {
3971         InlineAsm *IA =
3972           InlineAsm::get(FunctionType::get(Type::getVoidTy(Inst->getContext()),
3973                                            /*isVarArg=*/false),
3974                          RetainRVMarker->getString(),
3975                          /*Constraints=*/"", /*hasSideEffects=*/true);
3976         CallInst::Create(IA, "", Inst);
3977       }
3978       break;
3979     }
3980     case IC_InitWeak: {
3981       // objc_initWeak(p, null) => *p = null
3982       CallInst *CI = cast<CallInst>(Inst);
3983       if (isNullOrUndef(CI->getArgOperand(1))) {
3984         Value *Null =
3985           ConstantPointerNull::get(cast<PointerType>(CI->getType()));
3986         Changed = true;
3987         new StoreInst(Null, CI->getArgOperand(0), CI);
3988         CI->replaceAllUsesWith(Null);
3989         CI->eraseFromParent();
3990       }
3991       continue;
3992     }
3993     case IC_Release:
3994       ContractRelease(Inst, I);
3995       continue;
3996     case IC_User:
3997       // Be conservative if the function has any alloca instructions.
3998       // Technically we only care about escaping alloca instructions,
3999       // but this is sufficient to handle some interesting cases.
4000       if (isa<AllocaInst>(Inst))
4001         TailOkForStoreStrongs = false;
4002       continue;
4003     default:
4004       continue;
4005     }
4006
4007     // Don't use GetObjCArg because we don't want to look through bitcasts
4008     // and such; to do the replacement, the argument must have type i8*.
4009     const Value *Arg = cast<CallInst>(Inst)->getArgOperand(0);
4010     for (;;) {
4011       // If we're compiling bugpointed code, don't get in trouble.
4012       if (!isa<Instruction>(Arg) && !isa<Argument>(Arg))
4013         break;
4014       // Look through the uses of the pointer.
4015       for (Value::const_use_iterator UI = Arg->use_begin(), UE = Arg->use_end();
4016            UI != UE; ) {
4017         Use &U = UI.getUse();
4018         unsigned OperandNo = UI.getOperandNo();
4019         ++UI; // Increment UI now, because we may unlink its element.
4020         if (Instruction *UserInst = dyn_cast<Instruction>(U.getUser()))
4021           if (Inst != UserInst && DT->dominates(Inst, UserInst)) {
4022             Changed = true;
4023             Instruction *Replacement = Inst;
4024             Type *UseTy = U.get()->getType();
4025             if (PHINode *PHI = dyn_cast<PHINode>(UserInst)) {
4026               // For PHI nodes, insert the bitcast in the predecessor block.
4027               unsigned ValNo =
4028                 PHINode::getIncomingValueNumForOperand(OperandNo);
4029               BasicBlock *BB =
4030                 PHI->getIncomingBlock(ValNo);
4031               if (Replacement->getType() != UseTy)
4032                 Replacement = new BitCastInst(Replacement, UseTy, "",
4033                                               &BB->back());
4034               for (unsigned i = 0, e = PHI->getNumIncomingValues();
4035                    i != e; ++i)
4036                 if (PHI->getIncomingBlock(i) == BB) {
4037                   // Keep the UI iterator valid.
4038                   if (&PHI->getOperandUse(
4039                         PHINode::getOperandNumForIncomingValue(i)) ==
4040                         &UI.getUse())
4041                     ++UI;
4042                   PHI->setIncomingValue(i, Replacement);
4043                 }
4044             } else {
4045               if (Replacement->getType() != UseTy)
4046                 Replacement = new BitCastInst(Replacement, UseTy, "", UserInst);
4047               U.set(Replacement);
4048             }
4049           }
4050       }
4051
4052       // If Arg is a no-op casted pointer, strip one level of casts and
4053       // iterate.
4054       if (const BitCastInst *BI = dyn_cast<BitCastInst>(Arg))
4055         Arg = BI->getOperand(0);
4056       else if (isa<GEPOperator>(Arg) &&
4057                cast<GEPOperator>(Arg)->hasAllZeroIndices())
4058         Arg = cast<GEPOperator>(Arg)->getPointerOperand();
4059       else if (isa<GlobalAlias>(Arg) &&
4060                !cast<GlobalAlias>(Arg)->mayBeOverridden())
4061         Arg = cast<GlobalAlias>(Arg)->getAliasee();
4062       else
4063         break;
4064     }
4065   }
4066
4067   // If this function has no escaping allocas or suspicious vararg usage,
4068   // objc_storeStrong calls can be marked with the "tail" keyword.
4069   if (TailOkForStoreStrongs)
4070     for (DenseSet<CallInst *>::iterator I = StoreStrongCalls.begin(),
4071          E = StoreStrongCalls.end(); I != E; ++I)
4072       (*I)->setTailCall();
4073   StoreStrongCalls.clear();
4074
4075   return Changed;
4076 }