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