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