Calls and invokes with the new clang.arc.no_objc_arc_exceptions
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / Scalar / ObjCARC.cpp
1 //===- ObjCARC.cpp - ObjC ARC Optimization --------------------------------===//
2 //
3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
4 //
5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
6 // License. See LICENSE.TXT for details.
7 //
8 //===----------------------------------------------------------------------===//
9 //
10 // This file defines ObjC ARC optimizations. ARC stands for
11 // Automatic Reference Counting and is a system for managing reference counts
12 // for objects in Objective C.
13 //
14 // The optimizations performed include elimination of redundant, partially
15 // redundant, and inconsequential reference count operations, elimination of
16 // redundant weak pointer operations, pattern-matching and replacement of
17 // low-level operations into higher-level operations, and numerous minor
18 // simplifications.
19 //
20 // This file also defines a simple ARC-aware AliasAnalysis.
21 //
22 // WARNING: This file knows about certain library functions. It recognizes them
23 // by name, and hardwires knowedge of their semantics.
24 //
25 // WARNING: This file knows about how certain Objective-C library functions are
26 // used. Naive LLVM IR transformations which would otherwise be
27 // behavior-preserving may break these assumptions.
28 //
29 //===----------------------------------------------------------------------===//
30
31 #define DEBUG_TYPE "objc-arc"
32 #include "llvm/Function.h"
33 #include "llvm/Intrinsics.h"
34 #include "llvm/GlobalVariable.h"
35 #include "llvm/DerivedTypes.h"
36 #include "llvm/Module.h"
37 #include "llvm/Analysis/ValueTracking.h"
38 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
39 #include "llvm/Support/CallSite.h"
40 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
41 #include "llvm/ADT/StringSwitch.h"
42 #include "llvm/ADT/DenseMap.h"
43 #include "llvm/ADT/STLExtras.h"
44 using namespace llvm;
45
46 // A handy option to enable/disable all optimizations in this file.
47 static cl::opt<bool> EnableARCOpts("enable-objc-arc-opts", cl::init(true));
48
49 //===----------------------------------------------------------------------===//
50 // Misc. Utilities
51 //===----------------------------------------------------------------------===//
52
53 namespace {
54   /// MapVector - An associative container with fast insertion-order
55   /// (deterministic) iteration over its elements. Plus the special
56   /// blot operation.
57   template<class KeyT, class ValueT>
58   class MapVector {
59     /// Map - Map keys to indices in Vector.
60     typedef DenseMap<KeyT, size_t> MapTy;
61     MapTy Map;
62
63     /// Vector - Keys and values.
64     typedef std::vector<std::pair<KeyT, ValueT> > VectorTy;
65     VectorTy Vector;
66
67   public:
68     typedef typename VectorTy::iterator iterator;
69     typedef typename VectorTy::const_iterator const_iterator;
70     iterator begin() { return Vector.begin(); }
71     iterator end() { return Vector.end(); }
72     const_iterator begin() const { return Vector.begin(); }
73     const_iterator end() const { return Vector.end(); }
74
75 #ifdef XDEBUG
76     ~MapVector() {
77       assert(Vector.size() >= Map.size()); // May differ due to blotting.
78       for (typename MapTy::const_iterator I = Map.begin(), E = Map.end();
79            I != E; ++I) {
80         assert(I->second < Vector.size());
81         assert(Vector[I->second].first == I->first);
82       }
83       for (typename VectorTy::const_iterator I = Vector.begin(),
84            E = Vector.end(); I != E; ++I)
85         assert(!I->first ||
86                (Map.count(I->first) &&
87                 Map[I->first] == size_t(I - Vector.begin())));
88     }
89 #endif
90
91     ValueT &operator[](KeyT Arg) {
92       std::pair<typename MapTy::iterator, bool> Pair =
93         Map.insert(std::make_pair(Arg, size_t(0)));
94       if (Pair.second) {
95         Pair.first->second = Vector.size();
96         Vector.push_back(std::make_pair(Arg, ValueT()));
97         return Vector.back().second;
98       }
99       return Vector[Pair.first->second].second;
100     }
101
102     std::pair<iterator, bool>
103     insert(const std::pair<KeyT, ValueT> &InsertPair) {
104       std::pair<typename MapTy::iterator, bool> Pair =
105         Map.insert(std::make_pair(InsertPair.first, size_t(0)));
106       if (Pair.second) {
107         Pair.first->second = Vector.size();
108         Vector.push_back(InsertPair);
109         return std::make_pair(llvm::prior(Vector.end()), true);
110       }
111       return std::make_pair(Vector.begin() + Pair.first->second, false);
112     }
113
114     const_iterator find(KeyT Key) const {
115       typename MapTy::const_iterator It = Map.find(Key);
116       if (It == Map.end()) return Vector.end();
117       return Vector.begin() + It->second;
118     }
119
120     /// blot - This is similar to erase, but instead of removing the element
121     /// from the vector, it just zeros out the key in the vector. This leaves
122     /// iterators intact, but clients must be prepared for zeroed-out keys when
123     /// iterating.
124     void blot(KeyT Key) {
125       typename MapTy::iterator It = Map.find(Key);
126       if (It == Map.end()) return;
127       Vector[It->second].first = KeyT();
128       Map.erase(It);
129     }
130
131     void clear() {
132       Map.clear();
133       Vector.clear();
134     }
135   };
136 }
137
138 //===----------------------------------------------------------------------===//
139 // ARC Utilities.
140 //===----------------------------------------------------------------------===//
141
142 namespace {
143   /// InstructionClass - A simple classification for instructions.
144   enum InstructionClass {
145     IC_Retain,              ///< objc_retain
146     IC_RetainRV,            ///< objc_retainAutoreleasedReturnValue
147     IC_RetainBlock,         ///< objc_retainBlock
148     IC_Release,             ///< objc_release
149     IC_Autorelease,         ///< objc_autorelease
150     IC_AutoreleaseRV,       ///< objc_autoreleaseReturnValue
151     IC_AutoreleasepoolPush, ///< objc_autoreleasePoolPush
152     IC_AutoreleasepoolPop,  ///< objc_autoreleasePoolPop
153     IC_NoopCast,            ///< objc_retainedObject, etc.
154     IC_FusedRetainAutorelease, ///< objc_retainAutorelease
155     IC_FusedRetainAutoreleaseRV, ///< objc_retainAutoreleaseReturnValue
156     IC_LoadWeakRetained,    ///< objc_loadWeakRetained (primitive)
157     IC_StoreWeak,           ///< objc_storeWeak (primitive)
158     IC_InitWeak,            ///< objc_initWeak (derived)
159     IC_LoadWeak,            ///< objc_loadWeak (derived)
160     IC_MoveWeak,            ///< objc_moveWeak (derived)
161     IC_CopyWeak,            ///< objc_copyWeak (derived)
162     IC_DestroyWeak,         ///< objc_destroyWeak (derived)
163     IC_CallOrUser,          ///< could call objc_release and/or "use" pointers
164     IC_Call,                ///< could call objc_release
165     IC_User,                ///< could "use" a pointer
166     IC_None                 ///< anything else
167   };
168 }
169
170 /// IsPotentialUse - Test whether the given value is possible a
171 /// reference-counted pointer.
172 static bool IsPotentialUse(const Value *Op) {
173   // Pointers to static or stack storage are not reference-counted pointers.
174   if (isa<Constant>(Op) || isa<AllocaInst>(Op))
175     return false;
176   // Special arguments are not reference-counted.
177   if (const Argument *Arg = dyn_cast<Argument>(Op))
178     if (Arg->hasByValAttr() ||
179         Arg->hasNestAttr() ||
180         Arg->hasStructRetAttr())
181       return false;
182   // Only consider values with pointer types.
183   // It seemes intuitive to exclude function pointer types as well, since
184   // functions are never reference-counted, however clang occasionally
185   // bitcasts reference-counted pointers to function-pointer type
186   // temporarily.
187   PointerType *Ty = dyn_cast<PointerType>(Op->getType());
188   if (!Ty)
189     return false;
190   // Conservatively assume anything else is a potential use.
191   return true;
192 }
193
194 /// GetCallSiteClass - Helper for GetInstructionClass. Determines what kind
195 /// of construct CS is.
196 static InstructionClass GetCallSiteClass(ImmutableCallSite CS) {
197   for (ImmutableCallSite::arg_iterator I = CS.arg_begin(), E = CS.arg_end();
198        I != E; ++I)
199     if (IsPotentialUse(*I))
200       return CS.onlyReadsMemory() ? IC_User : IC_CallOrUser;
201
202   return CS.onlyReadsMemory() ? IC_None : IC_Call;
203 }
204
205 /// GetFunctionClass - Determine if F is one of the special known Functions.
206 /// If it isn't, return IC_CallOrUser.
207 static InstructionClass GetFunctionClass(const Function *F) {
208   Function::const_arg_iterator AI = F->arg_begin(), AE = F->arg_end();
209
210   // No arguments.
211   if (AI == AE)
212     return StringSwitch<InstructionClass>(F->getName())
213       .Case("objc_autoreleasePoolPush",  IC_AutoreleasepoolPush)
214       .Default(IC_CallOrUser);
215
216   // One argument.
217   const Argument *A0 = AI++;
218   if (AI == AE)
219     // Argument is a pointer.
220     if (PointerType *PTy = dyn_cast<PointerType>(A0->getType())) {
221       Type *ETy = PTy->getElementType();
222       // Argument is i8*.
223       if (ETy->isIntegerTy(8))
224         return StringSwitch<InstructionClass>(F->getName())
225           .Case("objc_retain",                IC_Retain)
226           .Case("objc_retainAutoreleasedReturnValue", IC_RetainRV)
227           .Case("objc_retainBlock",           IC_RetainBlock)
228           .Case("objc_release",               IC_Release)
229           .Case("objc_autorelease",           IC_Autorelease)
230           .Case("objc_autoreleaseReturnValue", IC_AutoreleaseRV)
231           .Case("objc_autoreleasePoolPop",    IC_AutoreleasepoolPop)
232           .Case("objc_retainedObject",        IC_NoopCast)
233           .Case("objc_unretainedObject",      IC_NoopCast)
234           .Case("objc_unretainedPointer",     IC_NoopCast)
235           .Case("objc_retain_autorelease",    IC_FusedRetainAutorelease)
236           .Case("objc_retainAutorelease",     IC_FusedRetainAutorelease)
237           .Case("objc_retainAutoreleaseReturnValue",IC_FusedRetainAutoreleaseRV)
238           .Default(IC_CallOrUser);
239
240       // Argument is i8**
241       if (PointerType *Pte = dyn_cast<PointerType>(ETy))
242         if (Pte->getElementType()->isIntegerTy(8))
243           return StringSwitch<InstructionClass>(F->getName())
244             .Case("objc_loadWeakRetained",      IC_LoadWeakRetained)
245             .Case("objc_loadWeak",              IC_LoadWeak)
246             .Case("objc_destroyWeak",           IC_DestroyWeak)
247             .Default(IC_CallOrUser);
248     }
249
250   // Two arguments, first is i8**.
251   const Argument *A1 = AI++;
252   if (AI == AE)
253     if (PointerType *PTy = dyn_cast<PointerType>(A0->getType()))
254       if (PointerType *Pte = dyn_cast<PointerType>(PTy->getElementType()))
255         if (Pte->getElementType()->isIntegerTy(8))
256           if (PointerType *PTy1 = dyn_cast<PointerType>(A1->getType())) {
257             Type *ETy1 = PTy1->getElementType();
258             // Second argument is i8*
259             if (ETy1->isIntegerTy(8))
260               return StringSwitch<InstructionClass>(F->getName())
261                      .Case("objc_storeWeak",             IC_StoreWeak)
262                      .Case("objc_initWeak",              IC_InitWeak)
263                      .Default(IC_CallOrUser);
264             // Second argument is i8**.
265             if (PointerType *Pte1 = dyn_cast<PointerType>(ETy1))
266               if (Pte1->getElementType()->isIntegerTy(8))
267                 return StringSwitch<InstructionClass>(F->getName())
268                        .Case("objc_moveWeak",              IC_MoveWeak)
269                        .Case("objc_copyWeak",              IC_CopyWeak)
270                        .Default(IC_CallOrUser);
271           }
272
273   // Anything else.
274   return IC_CallOrUser;
275 }
276
277 /// GetInstructionClass - Determine what kind of construct V is.
278 static InstructionClass GetInstructionClass(const Value *V) {
279   if (const Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V)) {
280     // Any instruction other than bitcast and gep with a pointer operand have a
281     // use of an objc pointer. Bitcasts, GEPs, Selects, PHIs transfer a pointer
282     // to a subsequent use, rather than using it themselves, in this sense.
283     // As a short cut, several other opcodes are known to have no pointer
284     // operands of interest. And ret is never followed by a release, so it's
285     // not interesting to examine.
286     switch (I->getOpcode()) {
287     case Instruction::Call: {
288       const CallInst *CI = cast<CallInst>(I);
289       // Check for calls to special functions.
290       if (const Function *F = CI->getCalledFunction()) {
291         InstructionClass Class = GetFunctionClass(F);
292         if (Class != IC_CallOrUser)
293           return Class;
294
295         // None of the intrinsic functions do objc_release. For intrinsics, the
296         // only question is whether or not they may be users.
297         switch (F->getIntrinsicID()) {
298         case 0: break;
299         case Intrinsic::bswap: case Intrinsic::ctpop:
300         case Intrinsic::ctlz: case Intrinsic::cttz:
301         case Intrinsic::returnaddress: case Intrinsic::frameaddress:
302         case Intrinsic::stacksave: case Intrinsic::stackrestore:
303         case Intrinsic::vastart: case Intrinsic::vacopy: case Intrinsic::vaend:
304         // Don't let dbg info affect our results.
305         case Intrinsic::dbg_declare: case Intrinsic::dbg_value:
306           // Short cut: Some intrinsics obviously don't use ObjC pointers.
307           return IC_None;
308         default:
309           for (Function::const_arg_iterator AI = F->arg_begin(),
310                AE = F->arg_end(); AI != AE; ++AI)
311             if (IsPotentialUse(AI))
312               return IC_User;
313           return IC_None;
314         }
315       }
316       return GetCallSiteClass(CI);
317     }
318     case Instruction::Invoke:
319       return GetCallSiteClass(cast<InvokeInst>(I));
320     case Instruction::BitCast:
321     case Instruction::GetElementPtr:
322     case Instruction::Select: case Instruction::PHI:
323     case Instruction::Ret: case Instruction::Br:
324     case Instruction::Switch: case Instruction::IndirectBr:
325     case Instruction::Alloca: case Instruction::VAArg:
326     case Instruction::Add: case Instruction::FAdd:
327     case Instruction::Sub: case Instruction::FSub:
328     case Instruction::Mul: case Instruction::FMul:
329     case Instruction::SDiv: case Instruction::UDiv: case Instruction::FDiv:
330     case Instruction::SRem: case Instruction::URem: case Instruction::FRem:
331     case Instruction::Shl: case Instruction::LShr: case Instruction::AShr:
332     case Instruction::And: case Instruction::Or: case Instruction::Xor:
333     case Instruction::SExt: case Instruction::ZExt: case Instruction::Trunc:
334     case Instruction::IntToPtr: case Instruction::FCmp:
335     case Instruction::FPTrunc: case Instruction::FPExt:
336     case Instruction::FPToUI: case Instruction::FPToSI:
337     case Instruction::UIToFP: case Instruction::SIToFP:
338     case Instruction::InsertElement: case Instruction::ExtractElement:
339     case Instruction::ShuffleVector:
340     case Instruction::ExtractValue:
341       break;
342     case Instruction::ICmp:
343       // Comparing a pointer with null, or any other constant, isn't an
344       // interesting use, because we don't care what the pointer points to, or
345       // about the values of any other dynamic reference-counted pointers.
346       if (IsPotentialUse(I->getOperand(1)))
347         return IC_User;
348       break;
349     default:
350       // For anything else, check all the operands.
351       // Note that this includes both operands of a Store: while the first
352       // operand isn't actually being dereferenced, it is being stored to
353       // memory where we can no longer track who might read it and dereference
354       // it, so we have to consider it potentially used.
355       for (User::const_op_iterator OI = I->op_begin(), OE = I->op_end();
356            OI != OE; ++OI)
357         if (IsPotentialUse(*OI))
358           return IC_User;
359     }
360   }
361
362   // Otherwise, it's totally inert for ARC purposes.
363   return IC_None;
364 }
365
366 /// GetBasicInstructionClass - Determine what kind of construct V is. This is
367 /// similar to GetInstructionClass except that it only detects objc runtine
368 /// calls. This allows it to be faster.
369 static InstructionClass GetBasicInstructionClass(const Value *V) {
370   if (const CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(V)) {
371     if (const Function *F = CI->getCalledFunction())
372       return GetFunctionClass(F);
373     // Otherwise, be conservative.
374     return IC_CallOrUser;
375   }
376
377   // Otherwise, be conservative.
378   return isa<InvokeInst>(V) ? IC_CallOrUser : IC_User;
379 }
380
381 /// IsRetain - Test if the the given class is objc_retain or
382 /// equivalent.
383 static bool IsRetain(InstructionClass Class) {
384   return Class == IC_Retain ||
385          Class == IC_RetainRV;
386 }
387
388 /// IsAutorelease - Test if the the given class is objc_autorelease or
389 /// equivalent.
390 static bool IsAutorelease(InstructionClass Class) {
391   return Class == IC_Autorelease ||
392          Class == IC_AutoreleaseRV;
393 }
394
395 /// IsForwarding - Test if the given class represents instructions which return
396 /// their argument verbatim.
397 static bool IsForwarding(InstructionClass Class) {
398   // objc_retainBlock technically doesn't always return its argument
399   // verbatim, but it doesn't matter for our purposes here.
400   return Class == IC_Retain ||
401          Class == IC_RetainRV ||
402          Class == IC_Autorelease ||
403          Class == IC_AutoreleaseRV ||
404          Class == IC_RetainBlock ||
405          Class == IC_NoopCast;
406 }
407
408 /// IsNoopOnNull - Test if the given class represents instructions which do
409 /// nothing if passed a null pointer.
410 static bool IsNoopOnNull(InstructionClass Class) {
411   return Class == IC_Retain ||
412          Class == IC_RetainRV ||
413          Class == IC_Release ||
414          Class == IC_Autorelease ||
415          Class == IC_AutoreleaseRV ||
416          Class == IC_RetainBlock;
417 }
418
419 /// IsAlwaysTail - Test if the given class represents instructions which are
420 /// always safe to mark with the "tail" keyword.
421 static bool IsAlwaysTail(InstructionClass Class) {
422   // IC_RetainBlock may be given a stack argument.
423   return Class == IC_Retain ||
424          Class == IC_RetainRV ||
425          Class == IC_Autorelease ||
426          Class == IC_AutoreleaseRV;
427 }
428
429 /// IsNoThrow - Test if the given class represents instructions which are always
430 /// safe to mark with the nounwind attribute..
431 static bool IsNoThrow(InstructionClass Class) {
432   // objc_retainBlock is not nounwind because it calls user copy constructors
433   // which could theoretically throw.
434   return Class == IC_Retain ||
435          Class == IC_RetainRV ||
436          Class == IC_Release ||
437          Class == IC_Autorelease ||
438          Class == IC_AutoreleaseRV ||
439          Class == IC_AutoreleasepoolPush ||
440          Class == IC_AutoreleasepoolPop;
441 }
442
443 /// EraseInstruction - Erase the given instruction. ObjC calls return their
444 /// argument verbatim, so if it's such a call and the return value has users,
445 /// replace them with the argument value.
446 static void EraseInstruction(Instruction *CI) {
447   Value *OldArg = cast<CallInst>(CI)->getArgOperand(0);
448
449   bool Unused = CI->use_empty();
450
451   if (!Unused) {
452     // Replace the return value with the argument.
453     assert(IsForwarding(GetBasicInstructionClass(CI)) &&
454            "Can't delete non-forwarding instruction with users!");
455     CI->replaceAllUsesWith(OldArg);
456   }
457
458   CI->eraseFromParent();
459
460   if (Unused)
461     RecursivelyDeleteTriviallyDeadInstructions(OldArg);
462 }
463
464 /// GetUnderlyingObjCPtr - This is a wrapper around getUnderlyingObject which
465 /// also knows how to look through objc_retain and objc_autorelease calls, which
466 /// we know to return their argument verbatim.
467 static const Value *GetUnderlyingObjCPtr(const Value *V) {
468   for (;;) {
469     V = GetUnderlyingObject(V);
470     if (!IsForwarding(GetBasicInstructionClass(V)))
471       break;
472     V = cast<CallInst>(V)->getArgOperand(0);
473   }
474
475   return V;
476 }
477
478 /// StripPointerCastsAndObjCCalls - This is a wrapper around
479 /// Value::stripPointerCasts which also knows how to look through objc_retain
480 /// and objc_autorelease calls, which we know to return their argument verbatim.
481 static const Value *StripPointerCastsAndObjCCalls(const Value *V) {
482   for (;;) {
483     V = V->stripPointerCasts();
484     if (!IsForwarding(GetBasicInstructionClass(V)))
485       break;
486     V = cast<CallInst>(V)->getArgOperand(0);
487   }
488   return V;
489 }
490
491 /// StripPointerCastsAndObjCCalls - This is a wrapper around
492 /// Value::stripPointerCasts which also knows how to look through objc_retain
493 /// and objc_autorelease calls, which we know to return their argument verbatim.
494 static Value *StripPointerCastsAndObjCCalls(Value *V) {
495   for (;;) {
496     V = V->stripPointerCasts();
497     if (!IsForwarding(GetBasicInstructionClass(V)))
498       break;
499     V = cast<CallInst>(V)->getArgOperand(0);
500   }
501   return V;
502 }
503
504 /// GetObjCArg - Assuming the given instruction is one of the special calls such
505 /// as objc_retain or objc_release, return the argument value, stripped of no-op
506 /// casts and forwarding calls.
507 static Value *GetObjCArg(Value *Inst) {
508   return StripPointerCastsAndObjCCalls(cast<CallInst>(Inst)->getArgOperand(0));
509 }
510
511 /// IsObjCIdentifiedObject - This is similar to AliasAnalysis'
512 /// isObjCIdentifiedObject, except that it uses special knowledge of
513 /// ObjC conventions...
514 static bool IsObjCIdentifiedObject(const Value *V) {
515   // Assume that call results and arguments have their own "provenance".
516   // Constants (including GlobalVariables) and Allocas are never
517   // reference-counted.
518   if (isa<CallInst>(V) || isa<InvokeInst>(V) ||
519       isa<Argument>(V) || isa<Constant>(V) ||
520       isa<AllocaInst>(V))
521     return true;
522
523   if (const LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(V)) {
524     const Value *Pointer =
525       StripPointerCastsAndObjCCalls(LI->getPointerOperand());
526     if (const GlobalVariable *GV = dyn_cast<GlobalVariable>(Pointer)) {
527       // A constant pointer can't be pointing to an object on the heap. It may
528       // be reference-counted, but it won't be deleted.
529       if (GV->isConstant())
530         return true;
531       StringRef Name = GV->getName();
532       // These special variables are known to hold values which are not
533       // reference-counted pointers.
534       if (Name.startswith("\01L_OBJC_SELECTOR_REFERENCES_") ||
535           Name.startswith("\01L_OBJC_CLASSLIST_REFERENCES_") ||
536           Name.startswith("\01L_OBJC_CLASSLIST_SUP_REFS_$_") ||
537           Name.startswith("\01L_OBJC_METH_VAR_NAME_") ||
538           Name.startswith("\01l_objc_msgSend_fixup_"))
539         return true;
540     }
541   }
542
543   return false;
544 }
545
546 /// FindSingleUseIdentifiedObject - This is similar to
547 /// StripPointerCastsAndObjCCalls but it stops as soon as it finds a value
548 /// with multiple uses.
549 static const Value *FindSingleUseIdentifiedObject(const Value *Arg) {
550   if (Arg->hasOneUse()) {
551     if (const BitCastInst *BC = dyn_cast<BitCastInst>(Arg))
552       return FindSingleUseIdentifiedObject(BC->getOperand(0));
553     if (const GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(Arg))
554       if (GEP->hasAllZeroIndices())
555         return FindSingleUseIdentifiedObject(GEP->getPointerOperand());
556     if (IsForwarding(GetBasicInstructionClass(Arg)))
557       return FindSingleUseIdentifiedObject(
558                cast<CallInst>(Arg)->getArgOperand(0));
559     if (!IsObjCIdentifiedObject(Arg))
560       return 0;
561     return Arg;
562   }
563
564   // If we found an identifiable object but it has multiple uses, but they
565   // are trivial uses, we can still consider this to be a single-use
566   // value.
567   if (IsObjCIdentifiedObject(Arg)) {
568     for (Value::const_use_iterator UI = Arg->use_begin(), UE = Arg->use_end();
569          UI != UE; ++UI) {
570       const User *U = *UI;
571       if (!U->use_empty() || StripPointerCastsAndObjCCalls(U) != Arg)
572          return 0;
573     }
574
575     return Arg;
576   }
577
578   return 0;
579 }
580
581 /// ModuleHasARC - Test if the given module looks interesting to run ARC
582 /// optimization on.
583 static bool ModuleHasARC(const Module &M) {
584   return
585     M.getNamedValue("objc_retain") ||
586     M.getNamedValue("objc_release") ||
587     M.getNamedValue("objc_autorelease") ||
588     M.getNamedValue("objc_retainAutoreleasedReturnValue") ||
589     M.getNamedValue("objc_retainBlock") ||
590     M.getNamedValue("objc_autoreleaseReturnValue") ||
591     M.getNamedValue("objc_autoreleasePoolPush") ||
592     M.getNamedValue("objc_loadWeakRetained") ||
593     M.getNamedValue("objc_loadWeak") ||
594     M.getNamedValue("objc_destroyWeak") ||
595     M.getNamedValue("objc_storeWeak") ||
596     M.getNamedValue("objc_initWeak") ||
597     M.getNamedValue("objc_moveWeak") ||
598     M.getNamedValue("objc_copyWeak") ||
599     M.getNamedValue("objc_retainedObject") ||
600     M.getNamedValue("objc_unretainedObject") ||
601     M.getNamedValue("objc_unretainedPointer");
602 }
603
604 /// DoesObjCBlockEscape - Test whether the given pointer, which is an
605 /// Objective C block pointer, does not "escape". This differs from regular
606 /// escape analysis in that a use as an argument to a call is not considered
607 /// an escape.
608 static bool DoesObjCBlockEscape(const Value *BlockPtr) {
609   // Walk the def-use chains.
610   SmallVector<const Value *, 4> Worklist;
611   Worklist.push_back(BlockPtr);
612   do {
613     const Value *V = Worklist.pop_back_val();
614     for (Value::const_use_iterator UI = V->use_begin(), UE = V->use_end();
615          UI != UE; ++UI) {
616       const User *UUser = *UI;
617       // Special - Use by a call (callee or argument) is not considered
618       // to be an escape.
619       if (isa<CallInst>(UUser) || isa<InvokeInst>(UUser))
620         continue;
621       // Use by an instruction which copies the value is an escape if the
622       // result is an escape.
623       if (isa<BitCastInst>(UUser) || isa<GetElementPtrInst>(UUser) ||
624           isa<PHINode>(UUser) || isa<SelectInst>(UUser)) {
625         Worklist.push_back(UUser);
626         continue;
627       }
628       // Use by a load is not an escape.
629       if (isa<LoadInst>(UUser))
630         continue;
631       // Use by a store is not an escape if the use is the address.
632       if (const StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(UUser))
633         if (V != SI->getValueOperand())
634           continue;
635       // Otherwise, conservatively assume an escape.
636       return true;
637     }
638   } while (!Worklist.empty());
639
640   // No escapes found.
641   return false;
642 }
643
644 //===----------------------------------------------------------------------===//
645 // ARC AliasAnalysis.
646 //===----------------------------------------------------------------------===//
647
648 #include "llvm/Pass.h"
649 #include "llvm/Analysis/AliasAnalysis.h"
650 #include "llvm/Analysis/Passes.h"
651
652 namespace {
653   /// ObjCARCAliasAnalysis - This is a simple alias analysis
654   /// implementation that uses knowledge of ARC constructs to answer queries.
655   ///
656   /// TODO: This class could be generalized to know about other ObjC-specific
657   /// tricks. Such as knowing that ivars in the non-fragile ABI are non-aliasing
658   /// even though their offsets are dynamic.
659   class ObjCARCAliasAnalysis : public ImmutablePass,
660                                public AliasAnalysis {
661   public:
662     static char ID; // Class identification, replacement for typeinfo
663     ObjCARCAliasAnalysis() : ImmutablePass(ID) {
664       initializeObjCARCAliasAnalysisPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
665     }
666
667   private:
668     virtual void initializePass() {
669       InitializeAliasAnalysis(this);
670     }
671
672     /// getAdjustedAnalysisPointer - This method is used when a pass implements
673     /// an analysis interface through multiple inheritance.  If needed, it
674     /// should override this to adjust the this pointer as needed for the
675     /// specified pass info.
676     virtual void *getAdjustedAnalysisPointer(const void *PI) {
677       if (PI == &AliasAnalysis::ID)
678         return (AliasAnalysis*)this;
679       return this;
680     }
681
682     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const;
683     virtual AliasResult alias(const Location &LocA, const Location &LocB);
684     virtual bool pointsToConstantMemory(const Location &Loc, bool OrLocal);
685     virtual ModRefBehavior getModRefBehavior(ImmutableCallSite CS);
686     virtual ModRefBehavior getModRefBehavior(const Function *F);
687     virtual ModRefResult getModRefInfo(ImmutableCallSite CS,
688                                        const Location &Loc);
689     virtual ModRefResult getModRefInfo(ImmutableCallSite CS1,
690                                        ImmutableCallSite CS2);
691   };
692 }  // End of anonymous namespace
693
694 // Register this pass...
695 char ObjCARCAliasAnalysis::ID = 0;
696 INITIALIZE_AG_PASS(ObjCARCAliasAnalysis, AliasAnalysis, "objc-arc-aa",
697                    "ObjC-ARC-Based Alias Analysis", false, true, false)
698
699 ImmutablePass *llvm::createObjCARCAliasAnalysisPass() {
700   return new ObjCARCAliasAnalysis();
701 }
702
703 void
704 ObjCARCAliasAnalysis::getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
705   AU.setPreservesAll();
706   AliasAnalysis::getAnalysisUsage(AU);
707 }
708
709 AliasAnalysis::AliasResult
710 ObjCARCAliasAnalysis::alias(const Location &LocA, const Location &LocB) {
711   if (!EnableARCOpts)
712     return AliasAnalysis::alias(LocA, LocB);
713
714   // First, strip off no-ops, including ObjC-specific no-ops, and try making a
715   // precise alias query.
716   const Value *SA = StripPointerCastsAndObjCCalls(LocA.Ptr);
717   const Value *SB = StripPointerCastsAndObjCCalls(LocB.Ptr);
718   AliasResult Result =
719     AliasAnalysis::alias(Location(SA, LocA.Size, LocA.TBAATag),
720                          Location(SB, LocB.Size, LocB.TBAATag));
721   if (Result != MayAlias)
722     return Result;
723
724   // If that failed, climb to the underlying object, including climbing through
725   // ObjC-specific no-ops, and try making an imprecise alias query.
726   const Value *UA = GetUnderlyingObjCPtr(SA);
727   const Value *UB = GetUnderlyingObjCPtr(SB);
728   if (UA != SA || UB != SB) {
729     Result = AliasAnalysis::alias(Location(UA), Location(UB));
730     // We can't use MustAlias or PartialAlias results here because
731     // GetUnderlyingObjCPtr may return an offsetted pointer value.
732     if (Result == NoAlias)
733       return NoAlias;
734   }
735
736   // If that failed, fail. We don't need to chain here, since that's covered
737   // by the earlier precise query.
738   return MayAlias;
739 }
740
741 bool
742 ObjCARCAliasAnalysis::pointsToConstantMemory(const Location &Loc,
743                                              bool OrLocal) {
744   if (!EnableARCOpts)
745     return AliasAnalysis::pointsToConstantMemory(Loc, OrLocal);
746
747   // First, strip off no-ops, including ObjC-specific no-ops, and try making
748   // a precise alias query.
749   const Value *S = StripPointerCastsAndObjCCalls(Loc.Ptr);
750   if (AliasAnalysis::pointsToConstantMemory(Location(S, Loc.Size, Loc.TBAATag),
751                                             OrLocal))
752     return true;
753
754   // If that failed, climb to the underlying object, including climbing through
755   // ObjC-specific no-ops, and try making an imprecise alias query.
756   const Value *U = GetUnderlyingObjCPtr(S);
757   if (U != S)
758     return AliasAnalysis::pointsToConstantMemory(Location(U), OrLocal);
759
760   // If that failed, fail. We don't need to chain here, since that's covered
761   // by the earlier precise query.
762   return false;
763 }
764
765 AliasAnalysis::ModRefBehavior
766 ObjCARCAliasAnalysis::getModRefBehavior(ImmutableCallSite CS) {
767   // We have nothing to do. Just chain to the next AliasAnalysis.
768   return AliasAnalysis::getModRefBehavior(CS);
769 }
770
771 AliasAnalysis::ModRefBehavior
772 ObjCARCAliasAnalysis::getModRefBehavior(const Function *F) {
773   if (!EnableARCOpts)
774     return AliasAnalysis::getModRefBehavior(F);
775
776   switch (GetFunctionClass(F)) {
777   case IC_NoopCast:
778     return DoesNotAccessMemory;
779   default:
780     break;
781   }
782
783   return AliasAnalysis::getModRefBehavior(F);
784 }
785
786 AliasAnalysis::ModRefResult
787 ObjCARCAliasAnalysis::getModRefInfo(ImmutableCallSite CS, const Location &Loc) {
788   if (!EnableARCOpts)
789     return AliasAnalysis::getModRefInfo(CS, Loc);
790
791   switch (GetBasicInstructionClass(CS.getInstruction())) {
792   case IC_Retain:
793   case IC_RetainRV:
794   case IC_Autorelease:
795   case IC_AutoreleaseRV:
796   case IC_NoopCast:
797   case IC_AutoreleasepoolPush:
798   case IC_FusedRetainAutorelease:
799   case IC_FusedRetainAutoreleaseRV:
800     // These functions don't access any memory visible to the compiler.
801     // Note that this doesn't include objc_retainBlock, becuase it updates
802     // pointers when it copies block data.
803     return NoModRef;
804   default:
805     break;
806   }
807
808   return AliasAnalysis::getModRefInfo(CS, Loc);
809 }
810
811 AliasAnalysis::ModRefResult
812 ObjCARCAliasAnalysis::getModRefInfo(ImmutableCallSite CS1,
813                                     ImmutableCallSite CS2) {
814   // TODO: Theoretically we could check for dependencies between objc_* calls
815   // and OnlyAccessesArgumentPointees calls or other well-behaved calls.
816   return AliasAnalysis::getModRefInfo(CS1, CS2);
817 }
818
819 //===----------------------------------------------------------------------===//
820 // ARC expansion.
821 //===----------------------------------------------------------------------===//
822
823 #include "llvm/Support/InstIterator.h"
824 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
825
826 namespace {
827   /// ObjCARCExpand - Early ARC transformations.
828   class ObjCARCExpand : public FunctionPass {
829     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const;
830     virtual bool doInitialization(Module &M);
831     virtual bool runOnFunction(Function &F);
832
833     /// Run - A flag indicating whether this optimization pass should run.
834     bool Run;
835
836   public:
837     static char ID;
838     ObjCARCExpand() : FunctionPass(ID) {
839       initializeObjCARCExpandPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
840     }
841   };
842 }
843
844 char ObjCARCExpand::ID = 0;
845 INITIALIZE_PASS(ObjCARCExpand,
846                 "objc-arc-expand", "ObjC ARC expansion", false, false)
847
848 Pass *llvm::createObjCARCExpandPass() {
849   return new ObjCARCExpand();
850 }
851
852 void ObjCARCExpand::getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
853   AU.setPreservesCFG();
854 }
855
856 bool ObjCARCExpand::doInitialization(Module &M) {
857   Run = ModuleHasARC(M);
858   return false;
859 }
860
861 bool ObjCARCExpand::runOnFunction(Function &F) {
862   if (!EnableARCOpts)
863     return false;
864
865   // If nothing in the Module uses ARC, don't do anything.
866   if (!Run)
867     return false;
868
869   bool Changed = false;
870
871   for (inst_iterator I = inst_begin(&F), E = inst_end(&F); I != E; ++I) {
872     Instruction *Inst = &*I;
873
874     switch (GetBasicInstructionClass(Inst)) {
875     case IC_Retain:
876     case IC_RetainRV:
877     case IC_Autorelease:
878     case IC_AutoreleaseRV:
879     case IC_FusedRetainAutorelease:
880     case IC_FusedRetainAutoreleaseRV:
881       // These calls return their argument verbatim, as a low-level
882       // optimization. However, this makes high-level optimizations
883       // harder. Undo any uses of this optimization that the front-end
884       // emitted here. We'll redo them in a later pass.
885       Changed = true;
886       Inst->replaceAllUsesWith(cast<CallInst>(Inst)->getArgOperand(0));
887       break;
888     default:
889       break;
890     }
891   }
892
893   return Changed;
894 }
895
896 //===----------------------------------------------------------------------===//
897 // ARC autorelease pool elimination.
898 //===----------------------------------------------------------------------===//
899
900 #include "llvm/Constants.h"
901
902 namespace {
903   /// ObjCARCAPElim - Autorelease pool elimination.
904   class ObjCARCAPElim : public ModulePass {
905     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const;
906     virtual bool runOnModule(Module &M);
907
908     bool MayAutorelease(CallSite CS, unsigned Depth = 0);
909     bool OptimizeBB(BasicBlock *BB);
910
911   public:
912     static char ID;
913     ObjCARCAPElim() : ModulePass(ID) {
914       initializeObjCARCAPElimPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
915     }
916   };
917 }
918
919 char ObjCARCAPElim::ID = 0;
920 INITIALIZE_PASS(ObjCARCAPElim,
921                 "objc-arc-apelim",
922                 "ObjC ARC autorelease pool elimination",
923                 false, false)
924
925 Pass *llvm::createObjCARCAPElimPass() {
926   return new ObjCARCAPElim();
927 }
928
929 void ObjCARCAPElim::getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
930   AU.setPreservesCFG();
931 }
932
933 /// MayAutorelease - Interprocedurally determine if calls made by the
934 /// given call site can possibly produce autoreleases.
935 bool ObjCARCAPElim::MayAutorelease(CallSite CS, unsigned Depth) {
936   if (Function *Callee = CS.getCalledFunction()) {
937     if (Callee->isDeclaration() || Callee->mayBeOverridden())
938       return true;
939     for (Function::iterator I = Callee->begin(), E = Callee->end();
940          I != E; ++I) {
941       BasicBlock *BB = I;
942       for (BasicBlock::iterator J = BB->begin(), F = BB->end(); J != F; ++J)
943         if (CallSite JCS = CallSite(J))
944           // This recursion depth limit is arbitrary. It's just great
945           // enough to cover known interesting testcases.
946           if (Depth < 3 &&
947               !JCS.onlyReadsMemory() &&
948               MayAutorelease(JCS, Depth + 1))
949             return true;
950     }
951     return false;
952   }
953
954   return true;
955 }
956
957 bool ObjCARCAPElim::OptimizeBB(BasicBlock *BB) {
958   bool Changed = false;
959
960   Instruction *Push = 0;
961   for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(), E = BB->end(); I != E; ) {
962     Instruction *Inst = I++;
963     switch (GetBasicInstructionClass(Inst)) {
964     case IC_AutoreleasepoolPush:
965       Push = Inst;
966       break;
967     case IC_AutoreleasepoolPop:
968       // If this pop matches a push and nothing in between can autorelease,
969       // zap the pair.
970       if (Push && cast<CallInst>(Inst)->getArgOperand(0) == Push) {
971         Changed = true;
972         Inst->eraseFromParent();
973         Push->eraseFromParent();
974       }
975       Push = 0;
976       break;
977     case IC_CallOrUser:
978       if (MayAutorelease(CallSite(Inst)))
979         Push = 0;
980       break;
981     default:
982       break;
983     }
984   }
985
986   return Changed;
987 }
988
989 bool ObjCARCAPElim::runOnModule(Module &M) {
990   if (!EnableARCOpts)
991     return false;
992
993   // If nothing in the Module uses ARC, don't do anything.
994   if (!ModuleHasARC(M))
995     return false;
996
997   // Find the llvm.global_ctors variable, as the first step in
998   // identifying the global constructors.
999   GlobalVariable *GV = M.getGlobalVariable("llvm.global_ctors");
1000   if (!GV)
1001     return false;
1002
1003   assert(GV->hasDefinitiveInitializer() &&
1004          "llvm.global_ctors is uncooperative!");
1005
1006   bool Changed = false;
1007
1008   // Dig the constructor functions out of GV's initializer.
1009   ConstantArray *Init = cast<ConstantArray>(GV->getInitializer());
1010   for (User::op_iterator OI = Init->op_begin(), OE = Init->op_end();
1011        OI != OE; ++OI) {
1012     Value *Op = *OI;
1013     // llvm.global_ctors is an array of pairs where the second members
1014     // are constructor functions.
1015     Function *F = cast<Function>(cast<ConstantStruct>(Op)->getOperand(1));
1016     // Only look at function definitions.
1017     if (F->isDeclaration())
1018       continue;
1019     // Only look at functions with one basic block.
1020     if (llvm::next(F->begin()) != F->end())
1021       continue;
1022     // Ok, a single-block constructor function definition. Try to optimize it.
1023     Changed |= OptimizeBB(F->begin());
1024   }
1025
1026   return Changed;
1027 }
1028
1029 //===----------------------------------------------------------------------===//
1030 // ARC optimization.
1031 //===----------------------------------------------------------------------===//
1032
1033 // TODO: On code like this:
1034 //
1035 // objc_retain(%x)
1036 // stuff_that_cannot_release()
1037 // objc_autorelease(%x)
1038 // stuff_that_cannot_release()
1039 // objc_retain(%x)
1040 // stuff_that_cannot_release()
1041 // objc_autorelease(%x)
1042 //
1043 // The second retain and autorelease can be deleted.
1044
1045 // TODO: It should be possible to delete
1046 // objc_autoreleasePoolPush and objc_autoreleasePoolPop
1047 // pairs if nothing is actually autoreleased between them. Also, autorelease
1048 // calls followed by objc_autoreleasePoolPop calls (perhaps in ObjC++ code
1049 // after inlining) can be turned into plain release calls.
1050
1051 // TODO: Critical-edge splitting. If the optimial insertion point is
1052 // a critical edge, the current algorithm has to fail, because it doesn't
1053 // know how to split edges. It should be possible to make the optimizer
1054 // think in terms of edges, rather than blocks, and then split critical
1055 // edges on demand.
1056
1057 // TODO: OptimizeSequences could generalized to be Interprocedural.
1058
1059 // TODO: Recognize that a bunch of other objc runtime calls have
1060 // non-escaping arguments and non-releasing arguments, and may be
1061 // non-autoreleasing.
1062
1063 // TODO: Sink autorelease calls as far as possible. Unfortunately we
1064 // usually can't sink them past other calls, which would be the main
1065 // case where it would be useful.
1066
1067 // TODO: The pointer returned from objc_loadWeakRetained is retained.
1068
1069 // TODO: Delete release+retain pairs (rare).
1070
1071 #include "llvm/GlobalAlias.h"
1072 #include "llvm/Constants.h"
1073 #include "llvm/LLVMContext.h"
1074 #include "llvm/Support/ErrorHandling.h"
1075 #include "llvm/Support/CFG.h"
1076 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
1077 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
1078 #include "llvm/ADT/DenseSet.h"
1079
1080 STATISTIC(NumNoops,       "Number of no-op objc calls eliminated");
1081 STATISTIC(NumPartialNoops, "Number of partially no-op objc calls eliminated");
1082 STATISTIC(NumAutoreleases,"Number of autoreleases converted to releases");
1083 STATISTIC(NumRets,        "Number of return value forwarding "
1084                           "retain+autoreleaes eliminated");
1085 STATISTIC(NumRRs,         "Number of retain+release paths eliminated");
1086 STATISTIC(NumPeeps,       "Number of calls peephole-optimized");
1087
1088 namespace {
1089   /// ProvenanceAnalysis - This is similar to BasicAliasAnalysis, and it
1090   /// uses many of the same techniques, except it uses special ObjC-specific
1091   /// reasoning about pointer relationships.
1092   class ProvenanceAnalysis {
1093     AliasAnalysis *AA;
1094
1095     typedef std::pair<const Value *, const Value *> ValuePairTy;
1096     typedef DenseMap<ValuePairTy, bool> CachedResultsTy;
1097     CachedResultsTy CachedResults;
1098
1099     bool relatedCheck(const Value *A, const Value *B);
1100     bool relatedSelect(const SelectInst *A, const Value *B);
1101     bool relatedPHI(const PHINode *A, const Value *B);
1102
1103     // Do not implement.
1104     void operator=(const ProvenanceAnalysis &);
1105     ProvenanceAnalysis(const ProvenanceAnalysis &);
1106
1107   public:
1108     ProvenanceAnalysis() {}
1109
1110     void setAA(AliasAnalysis *aa) { AA = aa; }
1111
1112     AliasAnalysis *getAA() const { return AA; }
1113
1114     bool related(const Value *A, const Value *B);
1115
1116     void clear() {
1117       CachedResults.clear();
1118     }
1119   };
1120 }
1121
1122 bool ProvenanceAnalysis::relatedSelect(const SelectInst *A, const Value *B) {
1123   // If the values are Selects with the same condition, we can do a more precise
1124   // check: just check for relations between the values on corresponding arms.
1125   if (const SelectInst *SB = dyn_cast<SelectInst>(B))
1126     if (A->getCondition() == SB->getCondition()) {
1127       if (related(A->getTrueValue(), SB->getTrueValue()))
1128         return true;
1129       if (related(A->getFalseValue(), SB->getFalseValue()))
1130         return true;
1131       return false;
1132     }
1133
1134   // Check both arms of the Select node individually.
1135   if (related(A->getTrueValue(), B))
1136     return true;
1137   if (related(A->getFalseValue(), B))
1138     return true;
1139
1140   // The arms both checked out.
1141   return false;
1142 }
1143
1144 bool ProvenanceAnalysis::relatedPHI(const PHINode *A, const Value *B) {
1145   // If the values are PHIs in the same block, we can do a more precise as well
1146   // as efficient check: just check for relations between the values on
1147   // corresponding edges.
1148   if (const PHINode *PNB = dyn_cast<PHINode>(B))
1149     if (PNB->getParent() == A->getParent()) {
1150       for (unsigned i = 0, e = A->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
1151         if (related(A->getIncomingValue(i),
1152                     PNB->getIncomingValueForBlock(A->getIncomingBlock(i))))
1153           return true;
1154       return false;
1155     }
1156
1157   // Check each unique source of the PHI node against B.
1158   SmallPtrSet<const Value *, 4> UniqueSrc;
1159   for (unsigned i = 0, e = A->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
1160     const Value *PV1 = A->getIncomingValue(i);
1161     if (UniqueSrc.insert(PV1) && related(PV1, B))
1162       return true;
1163   }
1164
1165   // All of the arms checked out.
1166   return false;
1167 }
1168
1169 /// isStoredObjCPointer - Test if the value of P, or any value covered by its
1170 /// provenance, is ever stored within the function (not counting callees).
1171 static bool isStoredObjCPointer(const Value *P) {
1172   SmallPtrSet<const Value *, 8> Visited;
1173   SmallVector<const Value *, 8> Worklist;
1174   Worklist.push_back(P);
1175   Visited.insert(P);
1176   do {
1177     P = Worklist.pop_back_val();
1178     for (Value::const_use_iterator UI = P->use_begin(), UE = P->use_end();
1179          UI != UE; ++UI) {
1180       const User *Ur = *UI;
1181       if (isa<StoreInst>(Ur)) {
1182         if (UI.getOperandNo() == 0)
1183           // The pointer is stored.
1184           return true;
1185         // The pointed is stored through.
1186         continue;
1187       }
1188       if (isa<CallInst>(Ur))
1189         // The pointer is passed as an argument, ignore this.
1190         continue;
1191       if (isa<PtrToIntInst>(P))
1192         // Assume the worst.
1193         return true;
1194       if (Visited.insert(Ur))
1195         Worklist.push_back(Ur);
1196     }
1197   } while (!Worklist.empty());
1198
1199   // Everything checked out.
1200   return false;
1201 }
1202
1203 bool ProvenanceAnalysis::relatedCheck(const Value *A, const Value *B) {
1204   // Skip past provenance pass-throughs.
1205   A = GetUnderlyingObjCPtr(A);
1206   B = GetUnderlyingObjCPtr(B);
1207
1208   // Quick check.
1209   if (A == B)
1210     return true;
1211
1212   // Ask regular AliasAnalysis, for a first approximation.
1213   switch (AA->alias(A, B)) {
1214   case AliasAnalysis::NoAlias:
1215     return false;
1216   case AliasAnalysis::MustAlias:
1217   case AliasAnalysis::PartialAlias:
1218     return true;
1219   case AliasAnalysis::MayAlias:
1220     break;
1221   }
1222
1223   bool AIsIdentified = IsObjCIdentifiedObject(A);
1224   bool BIsIdentified = IsObjCIdentifiedObject(B);
1225
1226   // An ObjC-Identified object can't alias a load if it is never locally stored.
1227   if (AIsIdentified) {
1228     if (BIsIdentified) {
1229       // If both pointers have provenance, they can be directly compared.
1230       if (A != B)
1231         return false;
1232     } else {
1233       if (isa<LoadInst>(B))
1234         return isStoredObjCPointer(A);
1235     }
1236   } else {
1237     if (BIsIdentified && isa<LoadInst>(A))
1238       return isStoredObjCPointer(B);
1239   }
1240
1241    // Special handling for PHI and Select.
1242   if (const PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(A))
1243     return relatedPHI(PN, B);
1244   if (const PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(B))
1245     return relatedPHI(PN, A);
1246   if (const SelectInst *S = dyn_cast<SelectInst>(A))
1247     return relatedSelect(S, B);
1248   if (const SelectInst *S = dyn_cast<SelectInst>(B))
1249     return relatedSelect(S, A);
1250
1251   // Conservative.
1252   return true;
1253 }
1254
1255 bool ProvenanceAnalysis::related(const Value *A, const Value *B) {
1256   // Begin by inserting a conservative value into the map. If the insertion
1257   // fails, we have the answer already. If it succeeds, leave it there until we
1258   // compute the real answer to guard against recursive queries.
1259   if (A > B) std::swap(A, B);
1260   std::pair<CachedResultsTy::iterator, bool> Pair =
1261     CachedResults.insert(std::make_pair(ValuePairTy(A, B), true));
1262   if (!Pair.second)
1263     return Pair.first->second;
1264
1265   bool Result = relatedCheck(A, B);
1266   CachedResults[ValuePairTy(A, B)] = Result;
1267   return Result;
1268 }
1269
1270 namespace {
1271   // Sequence - A sequence of states that a pointer may go through in which an
1272   // objc_retain and objc_release are actually needed.
1273   enum Sequence {
1274     S_None,
1275     S_Retain,         ///< objc_retain(x)
1276     S_CanRelease,     ///< foo(x) -- x could possibly see a ref count decrement
1277     S_Use,            ///< any use of x
1278     S_Stop,           ///< like S_Release, but code motion is stopped
1279     S_Release,        ///< objc_release(x)
1280     S_MovableRelease  ///< objc_release(x), !clang.imprecise_release
1281   };
1282 }
1283
1284 static Sequence MergeSeqs(Sequence A, Sequence B, bool TopDown) {
1285   // The easy cases.
1286   if (A == B)
1287     return A;
1288   if (A == S_None || B == S_None)
1289     return S_None;
1290
1291   if (A > B) std::swap(A, B);
1292   if (TopDown) {
1293     // Choose the side which is further along in the sequence.
1294     if ((A == S_Retain || A == S_CanRelease) &&
1295         (B == S_CanRelease || B == S_Use))
1296       return B;
1297   } else {
1298     // Choose the side which is further along in the sequence.
1299     if ((A == S_Use || A == S_CanRelease) &&
1300         (B == S_Use || B == S_Release || B == S_Stop || B == S_MovableRelease))
1301       return A;
1302     // If both sides are releases, choose the more conservative one.
1303     if (A == S_Stop && (B == S_Release || B == S_MovableRelease))
1304       return A;
1305     if (A == S_Release && B == S_MovableRelease)
1306       return A;
1307   }
1308
1309   return S_None;
1310 }
1311
1312 namespace {
1313   /// RRInfo - Unidirectional information about either a
1314   /// retain-decrement-use-release sequence or release-use-decrement-retain
1315   /// reverese sequence.
1316   struct RRInfo {
1317     /// KnownSafe - After an objc_retain, the reference count of the referenced
1318     /// object is known to be positive. Similarly, before an objc_release, the
1319     /// reference count of the referenced object is known to be positive. If
1320     /// there are retain-release pairs in code regions where the retain count
1321     /// is known to be positive, they can be eliminated, regardless of any side
1322     /// effects between them.
1323     ///
1324     /// Also, a retain+release pair nested within another retain+release
1325     /// pair all on the known same pointer value can be eliminated, regardless
1326     /// of any intervening side effects.
1327     ///
1328     /// KnownSafe is true when either of these conditions is satisfied.
1329     bool KnownSafe;
1330
1331     /// IsRetainBlock - True if the Calls are objc_retainBlock calls (as
1332     /// opposed to objc_retain calls).
1333     bool IsRetainBlock;
1334
1335     /// IsTailCallRelease - True of the objc_release calls are all marked
1336     /// with the "tail" keyword.
1337     bool IsTailCallRelease;
1338
1339     /// Partial - True of we've seen an opportunity for partial RR elimination,
1340     /// such as pushing calls into a CFG triangle or into one side of a
1341     /// CFG diamond.
1342     /// TODO: Consider moving this to PtrState.
1343     bool Partial;
1344
1345     /// ReleaseMetadata - If the Calls are objc_release calls and they all have
1346     /// a clang.imprecise_release tag, this is the metadata tag.
1347     MDNode *ReleaseMetadata;
1348
1349     /// Calls - For a top-down sequence, the set of objc_retains or
1350     /// objc_retainBlocks. For bottom-up, the set of objc_releases.
1351     SmallPtrSet<Instruction *, 2> Calls;
1352
1353     /// ReverseInsertPts - The set of optimal insert positions for
1354     /// moving calls in the opposite sequence.
1355     SmallPtrSet<Instruction *, 2> ReverseInsertPts;
1356
1357     RRInfo() :
1358       KnownSafe(false), IsRetainBlock(false),
1359       IsTailCallRelease(false), Partial(false),
1360       ReleaseMetadata(0) {}
1361
1362     void clear();
1363   };
1364 }
1365
1366 void RRInfo::clear() {
1367   KnownSafe = false;
1368   IsRetainBlock = false;
1369   IsTailCallRelease = false;
1370   Partial = false;
1371   ReleaseMetadata = 0;
1372   Calls.clear();
1373   ReverseInsertPts.clear();
1374 }
1375
1376 namespace {
1377   /// PtrState - This class summarizes several per-pointer runtime properties
1378   /// which are propogated through the flow graph.
1379   class PtrState {
1380     /// RefCount - The known minimum number of reference count increments.
1381     unsigned RefCount;
1382
1383     /// NestCount - The known minimum level of retain+release nesting.
1384     unsigned NestCount;
1385
1386     /// Seq - The current position in the sequence.
1387     Sequence Seq;
1388
1389   public:
1390     /// RRI - Unidirectional information about the current sequence.
1391     /// TODO: Encapsulate this better.
1392     RRInfo RRI;
1393
1394     PtrState() : RefCount(0), NestCount(0), Seq(S_None) {}
1395
1396     void SetAtLeastOneRefCount()  {
1397       if (RefCount == 0) RefCount = 1;
1398     }
1399
1400     void IncrementRefCount() {
1401       if (RefCount != UINT_MAX) ++RefCount;
1402     }
1403
1404     void DecrementRefCount() {
1405       if (RefCount != 0) --RefCount;
1406     }
1407
1408     bool IsKnownIncremented() const {
1409       return RefCount > 0;
1410     }
1411
1412     void IncrementNestCount() {
1413       if (NestCount != UINT_MAX) ++NestCount;
1414     }
1415
1416     void DecrementNestCount() {
1417       if (NestCount != 0) --NestCount;
1418     }
1419
1420     bool IsKnownNested() const {
1421       return NestCount > 0;
1422     }
1423
1424     void SetSeq(Sequence NewSeq) {
1425       Seq = NewSeq;
1426     }
1427
1428     Sequence GetSeq() const {
1429       return Seq;
1430     }
1431
1432     void ClearSequenceProgress() {
1433       Seq = S_None;
1434       RRI.clear();
1435     }
1436
1437     void Merge(const PtrState &Other, bool TopDown);
1438   };
1439 }
1440
1441 void
1442 PtrState::Merge(const PtrState &Other, bool TopDown) {
1443   Seq = MergeSeqs(Seq, Other.Seq, TopDown);
1444   RefCount = std::min(RefCount, Other.RefCount);
1445   NestCount = std::min(NestCount, Other.NestCount);
1446
1447   // We can't merge a plain objc_retain with an objc_retainBlock.
1448   if (RRI.IsRetainBlock != Other.RRI.IsRetainBlock)
1449     Seq = S_None;
1450
1451   // If we're not in a sequence (anymore), drop all associated state.
1452   if (Seq == S_None) {
1453     RRI.clear();
1454   } else if (RRI.Partial || Other.RRI.Partial) {
1455     // If we're doing a merge on a path that's previously seen a partial
1456     // merge, conservatively drop the sequence, to avoid doing partial
1457     // RR elimination. If the branch predicates for the two merge differ,
1458     // mixing them is unsafe.
1459     Seq = S_None;
1460     RRI.clear();
1461   } else {
1462     // Conservatively merge the ReleaseMetadata information.
1463     if (RRI.ReleaseMetadata != Other.RRI.ReleaseMetadata)
1464       RRI.ReleaseMetadata = 0;
1465
1466     RRI.KnownSafe = RRI.KnownSafe && Other.RRI.KnownSafe;
1467     RRI.IsTailCallRelease = RRI.IsTailCallRelease && Other.RRI.IsTailCallRelease;
1468     RRI.Calls.insert(Other.RRI.Calls.begin(), Other.RRI.Calls.end());
1469
1470     // Merge the insert point sets. If there are any differences,
1471     // that makes this a partial merge.
1472     RRI.Partial = RRI.ReverseInsertPts.size() !=
1473                   Other.RRI.ReverseInsertPts.size();
1474     for (SmallPtrSet<Instruction *, 2>::const_iterator
1475          I = Other.RRI.ReverseInsertPts.begin(),
1476          E = Other.RRI.ReverseInsertPts.end(); I != E; ++I)
1477       RRI.Partial |= RRI.ReverseInsertPts.insert(*I);
1478   }
1479 }
1480
1481 namespace {
1482   /// BBState - Per-BasicBlock state.
1483   class BBState {
1484     /// TopDownPathCount - The number of unique control paths from the entry
1485     /// which can reach this block.
1486     unsigned TopDownPathCount;
1487
1488     /// BottomUpPathCount - The number of unique control paths to exits
1489     /// from this block.
1490     unsigned BottomUpPathCount;
1491
1492     /// MapTy - A type for PerPtrTopDown and PerPtrBottomUp.
1493     typedef MapVector<const Value *, PtrState> MapTy;
1494
1495     /// PerPtrTopDown - The top-down traversal uses this to record information
1496     /// known about a pointer at the bottom of each block.
1497     MapTy PerPtrTopDown;
1498
1499     /// PerPtrBottomUp - The bottom-up traversal uses this to record information
1500     /// known about a pointer at the top of each block.
1501     MapTy PerPtrBottomUp;
1502
1503   public:
1504     BBState() : TopDownPathCount(0), BottomUpPathCount(0) {}
1505
1506     typedef MapTy::iterator ptr_iterator;
1507     typedef MapTy::const_iterator ptr_const_iterator;
1508
1509     ptr_iterator top_down_ptr_begin() { return PerPtrTopDown.begin(); }
1510     ptr_iterator top_down_ptr_end() { return PerPtrTopDown.end(); }
1511     ptr_const_iterator top_down_ptr_begin() const {
1512       return PerPtrTopDown.begin();
1513     }
1514     ptr_const_iterator top_down_ptr_end() const {
1515       return PerPtrTopDown.end();
1516     }
1517
1518     ptr_iterator bottom_up_ptr_begin() { return PerPtrBottomUp.begin(); }
1519     ptr_iterator bottom_up_ptr_end() { return PerPtrBottomUp.end(); }
1520     ptr_const_iterator bottom_up_ptr_begin() const {
1521       return PerPtrBottomUp.begin();
1522     }
1523     ptr_const_iterator bottom_up_ptr_end() const {
1524       return PerPtrBottomUp.end();
1525     }
1526
1527     /// SetAsEntry - Mark this block as being an entry block, which has one
1528     /// path from the entry by definition.
1529     void SetAsEntry() { TopDownPathCount = 1; }
1530
1531     /// SetAsExit - Mark this block as being an exit block, which has one
1532     /// path to an exit by definition.
1533     void SetAsExit()  { BottomUpPathCount = 1; }
1534
1535     PtrState &getPtrTopDownState(const Value *Arg) {
1536       return PerPtrTopDown[Arg];
1537     }
1538
1539     PtrState &getPtrBottomUpState(const Value *Arg) {
1540       return PerPtrBottomUp[Arg];
1541     }
1542
1543     void clearBottomUpPointers() {
1544       PerPtrBottomUp.clear();
1545     }
1546
1547     void clearTopDownPointers() {
1548       PerPtrTopDown.clear();
1549     }
1550
1551     void InitFromPred(const BBState &Other);
1552     void InitFromSucc(const BBState &Other);
1553     void MergePred(const BBState &Other);
1554     void MergeSucc(const BBState &Other);
1555
1556     /// GetAllPathCount - Return the number of possible unique paths from an
1557     /// entry to an exit which pass through this block. This is only valid
1558     /// after both the top-down and bottom-up traversals are complete.
1559     unsigned GetAllPathCount() const {
1560       return TopDownPathCount * BottomUpPathCount;
1561     }
1562
1563     /// IsVisitedTopDown - Test whether the block for this BBState has been
1564     /// visited by the top-down portion of the algorithm.
1565     bool isVisitedTopDown() const {
1566       return TopDownPathCount != 0;
1567     }
1568   };
1569 }
1570
1571 void BBState::InitFromPred(const BBState &Other) {
1572   PerPtrTopDown = Other.PerPtrTopDown;
1573   TopDownPathCount = Other.TopDownPathCount;
1574 }
1575
1576 void BBState::InitFromSucc(const BBState &Other) {
1577   PerPtrBottomUp = Other.PerPtrBottomUp;
1578   BottomUpPathCount = Other.BottomUpPathCount;
1579 }
1580
1581 /// MergePred - The top-down traversal uses this to merge information about
1582 /// predecessors to form the initial state for a new block.
1583 void BBState::MergePred(const BBState &Other) {
1584   // Other.TopDownPathCount can be 0, in which case it is either dead or a
1585   // loop backedge. Loop backedges are special.
1586   TopDownPathCount += Other.TopDownPathCount;
1587
1588   // For each entry in the other set, if our set has an entry with the same key,
1589   // merge the entries. Otherwise, copy the entry and merge it with an empty
1590   // entry.
1591   for (ptr_const_iterator MI = Other.top_down_ptr_begin(),
1592        ME = Other.top_down_ptr_end(); MI != ME; ++MI) {
1593     std::pair<ptr_iterator, bool> Pair = PerPtrTopDown.insert(*MI);
1594     Pair.first->second.Merge(Pair.second ? PtrState() : MI->second,
1595                              /*TopDown=*/true);
1596   }
1597
1598   // For each entry in our set, if the other set doesn't have an entry with the
1599   // same key, force it to merge with an empty entry.
1600   for (ptr_iterator MI = top_down_ptr_begin(),
1601        ME = top_down_ptr_end(); MI != ME; ++MI)
1602     if (Other.PerPtrTopDown.find(MI->first) == Other.PerPtrTopDown.end())
1603       MI->second.Merge(PtrState(), /*TopDown=*/true);
1604 }
1605
1606 /// MergeSucc - The bottom-up traversal uses this to merge information about
1607 /// successors to form the initial state for a new block.
1608 void BBState::MergeSucc(const BBState &Other) {
1609   // Other.BottomUpPathCount can be 0, in which case it is either dead or a
1610   // loop backedge. Loop backedges are special.
1611   BottomUpPathCount += Other.BottomUpPathCount;
1612
1613   // For each entry in the other set, if our set has an entry with the
1614   // same key, merge the entries. Otherwise, copy the entry and merge
1615   // it with an empty entry.
1616   for (ptr_const_iterator MI = Other.bottom_up_ptr_begin(),
1617        ME = Other.bottom_up_ptr_end(); MI != ME; ++MI) {
1618     std::pair<ptr_iterator, bool> Pair = PerPtrBottomUp.insert(*MI);
1619     Pair.first->second.Merge(Pair.second ? PtrState() : MI->second,
1620                              /*TopDown=*/false);
1621   }
1622
1623   // For each entry in our set, if the other set doesn't have an entry
1624   // with the same key, force it to merge with an empty entry.
1625   for (ptr_iterator MI = bottom_up_ptr_begin(),
1626        ME = bottom_up_ptr_end(); MI != ME; ++MI)
1627     if (Other.PerPtrBottomUp.find(MI->first) == Other.PerPtrBottomUp.end())
1628       MI->second.Merge(PtrState(), /*TopDown=*/false);
1629 }
1630
1631 namespace {
1632   /// ObjCARCOpt - The main ARC optimization pass.
1633   class ObjCARCOpt : public FunctionPass {
1634     bool Changed;
1635     ProvenanceAnalysis PA;
1636
1637     /// Run - A flag indicating whether this optimization pass should run.
1638     bool Run;
1639
1640     /// RetainRVCallee, etc. - Declarations for ObjC runtime
1641     /// functions, for use in creating calls to them. These are initialized
1642     /// lazily to avoid cluttering up the Module with unused declarations.
1643     Constant *RetainRVCallee, *AutoreleaseRVCallee, *ReleaseCallee,
1644              *RetainCallee, *RetainBlockCallee, *AutoreleaseCallee;
1645
1646     /// UsedInThisFunciton - Flags which determine whether each of the
1647     /// interesting runtine functions is in fact used in the current function.
1648     unsigned UsedInThisFunction;
1649
1650     /// ImpreciseReleaseMDKind - The Metadata Kind for clang.imprecise_release
1651     /// metadata.
1652     unsigned ImpreciseReleaseMDKind;
1653
1654     /// CopyOnEscapeMDKind - The Metadata Kind for clang.arc.copy_on_escape
1655     /// metadata.
1656     unsigned CopyOnEscapeMDKind;
1657
1658     /// NoObjCARCExceptionsMDKind - The Metadata Kind for
1659     /// clang.arc.no_objc_arc_exceptions metadata.
1660     unsigned NoObjCARCExceptionsMDKind;
1661
1662     Constant *getRetainRVCallee(Module *M);
1663     Constant *getAutoreleaseRVCallee(Module *M);
1664     Constant *getReleaseCallee(Module *M);
1665     Constant *getRetainCallee(Module *M);
1666     Constant *getRetainBlockCallee(Module *M);
1667     Constant *getAutoreleaseCallee(Module *M);
1668
1669     bool IsRetainBlockOptimizable(const Instruction *Inst);
1670
1671     void OptimizeRetainCall(Function &F, Instruction *Retain);
1672     bool OptimizeRetainRVCall(Function &F, Instruction *RetainRV);
1673     void OptimizeAutoreleaseRVCall(Function &F, Instruction *AutoreleaseRV);
1674     void OptimizeIndividualCalls(Function &F);
1675
1676     void CheckForCFGHazards(const BasicBlock *BB,
1677                             DenseMap<const BasicBlock *, BBState> &BBStates,
1678                             BBState &MyStates) const;
1679     bool VisitBottomUp(BasicBlock *BB,
1680                        DenseMap<const BasicBlock *, BBState> &BBStates,
1681                        MapVector<Value *, RRInfo> &Retains);
1682     bool VisitTopDown(BasicBlock *BB,
1683                       DenseMap<const BasicBlock *, BBState> &BBStates,
1684                       DenseMap<Value *, RRInfo> &Releases);
1685     bool Visit(Function &F,
1686                DenseMap<const BasicBlock *, BBState> &BBStates,
1687                MapVector<Value *, RRInfo> &Retains,
1688                DenseMap<Value *, RRInfo> &Releases);
1689
1690     void MoveCalls(Value *Arg, RRInfo &RetainsToMove, RRInfo &ReleasesToMove,
1691                    MapVector<Value *, RRInfo> &Retains,
1692                    DenseMap<Value *, RRInfo> &Releases,
1693                    SmallVectorImpl<Instruction *> &DeadInsts,
1694                    Module *M);
1695
1696     bool PerformCodePlacement(DenseMap<const BasicBlock *, BBState> &BBStates,
1697                               MapVector<Value *, RRInfo> &Retains,
1698                               DenseMap<Value *, RRInfo> &Releases,
1699                               Module *M);
1700
1701     void OptimizeWeakCalls(Function &F);
1702
1703     bool OptimizeSequences(Function &F);
1704
1705     void OptimizeReturns(Function &F);
1706
1707     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const;
1708     virtual bool doInitialization(Module &M);
1709     virtual bool runOnFunction(Function &F);
1710     virtual void releaseMemory();
1711
1712   public:
1713     static char ID;
1714     ObjCARCOpt() : FunctionPass(ID) {
1715       initializeObjCARCOptPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
1716     }
1717   };
1718 }
1719
1720 char ObjCARCOpt::ID = 0;
1721 INITIALIZE_PASS_BEGIN(ObjCARCOpt,
1722                       "objc-arc", "ObjC ARC optimization", false, false)
1723 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(ObjCARCAliasAnalysis)
1724 INITIALIZE_PASS_END(ObjCARCOpt,
1725                     "objc-arc", "ObjC ARC optimization", false, false)
1726
1727 Pass *llvm::createObjCARCOptPass() {
1728   return new ObjCARCOpt();
1729 }
1730
1731 void ObjCARCOpt::getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
1732   AU.addRequired<ObjCARCAliasAnalysis>();
1733   AU.addRequired<AliasAnalysis>();
1734   // ARC optimization doesn't currently split critical edges.
1735   AU.setPreservesCFG();
1736 }
1737
1738 bool ObjCARCOpt::IsRetainBlockOptimizable(const Instruction *Inst) {
1739   // Without the magic metadata tag, we have to assume this might be an
1740   // objc_retainBlock call inserted to convert a block pointer to an id,
1741   // in which case it really is needed.
1742   if (!Inst->getMetadata(CopyOnEscapeMDKind))
1743     return false;
1744
1745   // If the pointer "escapes" (not including being used in a call),
1746   // the copy may be needed.
1747   if (DoesObjCBlockEscape(Inst))
1748     return false;
1749
1750   // Otherwise, it's not needed.
1751   return true;
1752 }
1753
1754 Constant *ObjCARCOpt::getRetainRVCallee(Module *M) {
1755   if (!RetainRVCallee) {
1756     LLVMContext &C = M->getContext();
1757     Type *I8X = PointerType::getUnqual(Type::getInt8Ty(C));
1758     std::vector<Type *> Params;
1759     Params.push_back(I8X);
1760     FunctionType *FTy =
1761       FunctionType::get(I8X, Params, /*isVarArg=*/false);
1762     AttrListPtr Attributes;
1763     Attributes.addAttr(~0u, Attribute::NoUnwind);
1764     RetainRVCallee =
1765       M->getOrInsertFunction("objc_retainAutoreleasedReturnValue", FTy,
1766                              Attributes);
1767   }
1768   return RetainRVCallee;
1769 }
1770
1771 Constant *ObjCARCOpt::getAutoreleaseRVCallee(Module *M) {
1772   if (!AutoreleaseRVCallee) {
1773     LLVMContext &C = M->getContext();
1774     Type *I8X = PointerType::getUnqual(Type::getInt8Ty(C));
1775     std::vector<Type *> Params;
1776     Params.push_back(I8X);
1777     FunctionType *FTy =
1778       FunctionType::get(I8X, Params, /*isVarArg=*/false);
1779     AttrListPtr Attributes;
1780     Attributes.addAttr(~0u, Attribute::NoUnwind);
1781     AutoreleaseRVCallee =
1782       M->getOrInsertFunction("objc_autoreleaseReturnValue", FTy,
1783                              Attributes);
1784   }
1785   return AutoreleaseRVCallee;
1786 }
1787
1788 Constant *ObjCARCOpt::getReleaseCallee(Module *M) {
1789   if (!ReleaseCallee) {
1790     LLVMContext &C = M->getContext();
1791     std::vector<Type *> Params;
1792     Params.push_back(PointerType::getUnqual(Type::getInt8Ty(C)));
1793     AttrListPtr Attributes;
1794     Attributes.addAttr(~0u, Attribute::NoUnwind);
1795     ReleaseCallee =
1796       M->getOrInsertFunction(
1797         "objc_release",
1798         FunctionType::get(Type::getVoidTy(C), Params, /*isVarArg=*/false),
1799         Attributes);
1800   }
1801   return ReleaseCallee;
1802 }
1803
1804 Constant *ObjCARCOpt::getRetainCallee(Module *M) {
1805   if (!RetainCallee) {
1806     LLVMContext &C = M->getContext();
1807     std::vector<Type *> Params;
1808     Params.push_back(PointerType::getUnqual(Type::getInt8Ty(C)));
1809     AttrListPtr Attributes;
1810     Attributes.addAttr(~0u, Attribute::NoUnwind);
1811     RetainCallee =
1812       M->getOrInsertFunction(
1813         "objc_retain",
1814         FunctionType::get(Params[0], Params, /*isVarArg=*/false),
1815         Attributes);
1816   }
1817   return RetainCallee;
1818 }
1819
1820 Constant *ObjCARCOpt::getRetainBlockCallee(Module *M) {
1821   if (!RetainBlockCallee) {
1822     LLVMContext &C = M->getContext();
1823     std::vector<Type *> Params;
1824     Params.push_back(PointerType::getUnqual(Type::getInt8Ty(C)));
1825     AttrListPtr Attributes;
1826     // objc_retainBlock is not nounwind because it calls user copy constructors
1827     // which could theoretically throw.
1828     RetainBlockCallee =
1829       M->getOrInsertFunction(
1830         "objc_retainBlock",
1831         FunctionType::get(Params[0], Params, /*isVarArg=*/false),
1832         Attributes);
1833   }
1834   return RetainBlockCallee;
1835 }
1836
1837 Constant *ObjCARCOpt::getAutoreleaseCallee(Module *M) {
1838   if (!AutoreleaseCallee) {
1839     LLVMContext &C = M->getContext();
1840     std::vector<Type *> Params;
1841     Params.push_back(PointerType::getUnqual(Type::getInt8Ty(C)));
1842     AttrListPtr Attributes;
1843     Attributes.addAttr(~0u, Attribute::NoUnwind);
1844     AutoreleaseCallee =
1845       M->getOrInsertFunction(
1846         "objc_autorelease",
1847         FunctionType::get(Params[0], Params, /*isVarArg=*/false),
1848         Attributes);
1849   }
1850   return AutoreleaseCallee;
1851 }
1852
1853 /// CanAlterRefCount - Test whether the given instruction can result in a
1854 /// reference count modification (positive or negative) for the pointer's
1855 /// object.
1856 static bool
1857 CanAlterRefCount(const Instruction *Inst, const Value *Ptr,
1858                  ProvenanceAnalysis &PA, InstructionClass Class) {
1859   switch (Class) {
1860   case IC_Autorelease:
1861   case IC_AutoreleaseRV:
1862   case IC_User:
1863     // These operations never directly modify a reference count.
1864     return false;
1865   default: break;
1866   }
1867
1868   ImmutableCallSite CS = static_cast<const Value *>(Inst);
1869   assert(CS && "Only calls can alter reference counts!");
1870
1871   // See if AliasAnalysis can help us with the call.
1872   AliasAnalysis::ModRefBehavior MRB = PA.getAA()->getModRefBehavior(CS);
1873   if (AliasAnalysis::onlyReadsMemory(MRB))
1874     return false;
1875   if (AliasAnalysis::onlyAccessesArgPointees(MRB)) {
1876     for (ImmutableCallSite::arg_iterator I = CS.arg_begin(), E = CS.arg_end();
1877          I != E; ++I) {
1878       const Value *Op = *I;
1879       if (IsPotentialUse(Op) && PA.related(Ptr, Op))
1880         return true;
1881     }
1882     return false;
1883   }
1884
1885   // Assume the worst.
1886   return true;
1887 }
1888
1889 /// CanUse - Test whether the given instruction can "use" the given pointer's
1890 /// object in a way that requires the reference count to be positive.
1891 static bool
1892 CanUse(const Instruction *Inst, const Value *Ptr, ProvenanceAnalysis &PA,
1893        InstructionClass Class) {
1894   // IC_Call operations (as opposed to IC_CallOrUser) never "use" objc pointers.
1895   if (Class == IC_Call)
1896     return false;
1897
1898   // Consider various instructions which may have pointer arguments which are
1899   // not "uses".
1900   if (const ICmpInst *ICI = dyn_cast<ICmpInst>(Inst)) {
1901     // Comparing a pointer with null, or any other constant, isn't really a use,
1902     // because we don't care what the pointer points to, or about the values
1903     // of any other dynamic reference-counted pointers.
1904     if (!IsPotentialUse(ICI->getOperand(1)))
1905       return false;
1906   } else if (ImmutableCallSite CS = static_cast<const Value *>(Inst)) {
1907     // For calls, just check the arguments (and not the callee operand).
1908     for (ImmutableCallSite::arg_iterator OI = CS.arg_begin(),
1909          OE = CS.arg_end(); OI != OE; ++OI) {
1910       const Value *Op = *OI;
1911       if (IsPotentialUse(Op) && PA.related(Ptr, Op))
1912         return true;
1913     }
1914     return false;
1915   } else if (const StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Inst)) {
1916     // Special-case stores, because we don't care about the stored value, just
1917     // the store address.
1918     const Value *Op = GetUnderlyingObjCPtr(SI->getPointerOperand());
1919     // If we can't tell what the underlying object was, assume there is a
1920     // dependence.
1921     return IsPotentialUse(Op) && PA.related(Op, Ptr);
1922   }
1923
1924   // Check each operand for a match.
1925   for (User::const_op_iterator OI = Inst->op_begin(), OE = Inst->op_end();
1926        OI != OE; ++OI) {
1927     const Value *Op = *OI;
1928     if (IsPotentialUse(Op) && PA.related(Ptr, Op))
1929       return true;
1930   }
1931   return false;
1932 }
1933
1934 /// CanInterruptRV - Test whether the given instruction can autorelease
1935 /// any pointer or cause an autoreleasepool pop.
1936 static bool
1937 CanInterruptRV(InstructionClass Class) {
1938   switch (Class) {
1939   case IC_AutoreleasepoolPop:
1940   case IC_CallOrUser:
1941   case IC_Call:
1942   case IC_Autorelease:
1943   case IC_AutoreleaseRV:
1944   case IC_FusedRetainAutorelease:
1945   case IC_FusedRetainAutoreleaseRV:
1946     return true;
1947   default:
1948     return false;
1949   }
1950 }
1951
1952 namespace {
1953   /// DependenceKind - There are several kinds of dependence-like concepts in
1954   /// use here.
1955   enum DependenceKind {
1956     NeedsPositiveRetainCount,
1957     CanChangeRetainCount,
1958     RetainAutoreleaseDep,       ///< Blocks objc_retainAutorelease.
1959     RetainAutoreleaseRVDep,     ///< Blocks objc_retainAutoreleaseReturnValue.
1960     RetainRVDep                 ///< Blocks objc_retainAutoreleasedReturnValue.
1961   };
1962 }
1963
1964 /// Depends - Test if there can be dependencies on Inst through Arg. This
1965 /// function only tests dependencies relevant for removing pairs of calls.
1966 static bool
1967 Depends(DependenceKind Flavor, Instruction *Inst, const Value *Arg,
1968         ProvenanceAnalysis &PA) {
1969   // If we've reached the definition of Arg, stop.
1970   if (Inst == Arg)
1971     return true;
1972
1973   switch (Flavor) {
1974   case NeedsPositiveRetainCount: {
1975     InstructionClass Class = GetInstructionClass(Inst);
1976     switch (Class) {
1977     case IC_AutoreleasepoolPop:
1978     case IC_AutoreleasepoolPush:
1979     case IC_None:
1980       return false;
1981     default:
1982       return CanUse(Inst, Arg, PA, Class);
1983     }
1984   }
1985
1986   case CanChangeRetainCount: {
1987     InstructionClass Class = GetInstructionClass(Inst);
1988     switch (Class) {
1989     case IC_AutoreleasepoolPop:
1990       // Conservatively assume this can decrement any count.
1991       return true;
1992     case IC_AutoreleasepoolPush:
1993     case IC_None:
1994       return false;
1995     default:
1996       return CanAlterRefCount(Inst, Arg, PA, Class);
1997     }
1998   }
1999
2000   case RetainAutoreleaseDep:
2001     switch (GetBasicInstructionClass(Inst)) {
2002     case IC_AutoreleasepoolPop:
2003       // Don't merge an objc_autorelease with an objc_retain inside a different
2004       // autoreleasepool scope.
2005       return true;
2006     case IC_Retain:
2007     case IC_RetainRV:
2008       // Check for a retain of the same pointer for merging.
2009       return GetObjCArg(Inst) == Arg;
2010     default:
2011       // Nothing else matters for objc_retainAutorelease formation.
2012       return false;
2013     }
2014
2015   case RetainAutoreleaseRVDep: {
2016     InstructionClass Class = GetBasicInstructionClass(Inst);
2017     switch (Class) {
2018     case IC_Retain:
2019     case IC_RetainRV:
2020       // Check for a retain of the same pointer for merging.
2021       return GetObjCArg(Inst) == Arg;
2022     default:
2023       // Anything that can autorelease interrupts
2024       // retainAutoreleaseReturnValue formation.
2025       return CanInterruptRV(Class);
2026     }
2027   }
2028
2029   case RetainRVDep:
2030     return CanInterruptRV(GetBasicInstructionClass(Inst));
2031   }
2032
2033   llvm_unreachable("Invalid dependence flavor");
2034 }
2035
2036 /// FindDependencies - Walk up the CFG from StartPos (which is in StartBB) and
2037 /// find local and non-local dependencies on Arg.
2038 /// TODO: Cache results?
2039 static void
2040 FindDependencies(DependenceKind Flavor,
2041                  const Value *Arg,
2042                  BasicBlock *StartBB, Instruction *StartInst,
2043                  SmallPtrSet<Instruction *, 4> &DependingInstructions,
2044                  SmallPtrSet<const BasicBlock *, 4> &Visited,
2045                  ProvenanceAnalysis &PA) {
2046   BasicBlock::iterator StartPos = StartInst;
2047
2048   SmallVector<std::pair<BasicBlock *, BasicBlock::iterator>, 4> Worklist;
2049   Worklist.push_back(std::make_pair(StartBB, StartPos));
2050   do {
2051     std::pair<BasicBlock *, BasicBlock::iterator> Pair =
2052       Worklist.pop_back_val();
2053     BasicBlock *LocalStartBB = Pair.first;
2054     BasicBlock::iterator LocalStartPos = Pair.second;
2055     BasicBlock::iterator StartBBBegin = LocalStartBB->begin();
2056     for (;;) {
2057       if (LocalStartPos == StartBBBegin) {
2058         pred_iterator PI(LocalStartBB), PE(LocalStartBB, false);
2059         if (PI == PE)
2060           // If we've reached the function entry, produce a null dependence.
2061           DependingInstructions.insert(0);
2062         else
2063           // Add the predecessors to the worklist.
2064           do {
2065             BasicBlock *PredBB = *PI;
2066             if (Visited.insert(PredBB))
2067               Worklist.push_back(std::make_pair(PredBB, PredBB->end()));
2068           } while (++PI != PE);
2069         break;
2070       }
2071
2072       Instruction *Inst = --LocalStartPos;
2073       if (Depends(Flavor, Inst, Arg, PA)) {
2074         DependingInstructions.insert(Inst);
2075         break;
2076       }
2077     }
2078   } while (!Worklist.empty());
2079
2080   // Determine whether the original StartBB post-dominates all of the blocks we
2081   // visited. If not, insert a sentinal indicating that most optimizations are
2082   // not safe.
2083   for (SmallPtrSet<const BasicBlock *, 4>::const_iterator I = Visited.begin(),
2084        E = Visited.end(); I != E; ++I) {
2085     const BasicBlock *BB = *I;
2086     if (BB == StartBB)
2087       continue;
2088     const TerminatorInst *TI = cast<TerminatorInst>(&BB->back());
2089     for (succ_const_iterator SI(TI), SE(TI, false); SI != SE; ++SI) {
2090       const BasicBlock *Succ = *SI;
2091       if (Succ != StartBB && !Visited.count(Succ)) {
2092         DependingInstructions.insert(reinterpret_cast<Instruction *>(-1));
2093         return;
2094       }
2095     }
2096   }
2097 }
2098
2099 static bool isNullOrUndef(const Value *V) {
2100   return isa<ConstantPointerNull>(V) || isa<UndefValue>(V);
2101 }
2102
2103 static bool isNoopInstruction(const Instruction *I) {
2104   return isa<BitCastInst>(I) ||
2105          (isa<GetElementPtrInst>(I) &&
2106           cast<GetElementPtrInst>(I)->hasAllZeroIndices());
2107 }
2108
2109 /// OptimizeRetainCall - Turn objc_retain into
2110 /// objc_retainAutoreleasedReturnValue if the operand is a return value.
2111 void
2112 ObjCARCOpt::OptimizeRetainCall(Function &F, Instruction *Retain) {
2113   CallSite CS(GetObjCArg(Retain));
2114   Instruction *Call = CS.getInstruction();
2115   if (!Call) return;
2116   if (Call->getParent() != Retain->getParent()) return;
2117
2118   // Check that the call is next to the retain.
2119   BasicBlock::iterator I = Call;
2120   ++I;
2121   while (isNoopInstruction(I)) ++I;
2122   if (&*I != Retain)
2123     return;
2124
2125   // Turn it to an objc_retainAutoreleasedReturnValue..
2126   Changed = true;
2127   ++NumPeeps;
2128   cast<CallInst>(Retain)->setCalledFunction(getRetainRVCallee(F.getParent()));
2129 }
2130
2131 /// OptimizeRetainRVCall - Turn objc_retainAutoreleasedReturnValue into
2132 /// objc_retain if the operand is not a return value.  Or, if it can be
2133 /// paired with an objc_autoreleaseReturnValue, delete the pair and
2134 /// return true.
2135 bool
2136 ObjCARCOpt::OptimizeRetainRVCall(Function &F, Instruction *RetainRV) {
2137   // Check for the argument being from an immediately preceding call.
2138   Value *Arg = GetObjCArg(RetainRV);
2139   CallSite CS(Arg);
2140   if (Instruction *Call = CS.getInstruction())
2141     if (Call->getParent() == RetainRV->getParent()) {
2142       BasicBlock::iterator I = Call;
2143       ++I;
2144       while (isNoopInstruction(I)) ++I;
2145       if (&*I == RetainRV)
2146         return false;
2147     }
2148
2149   // Check for being preceded by an objc_autoreleaseReturnValue on the same
2150   // pointer. In this case, we can delete the pair.
2151   BasicBlock::iterator I = RetainRV, Begin = RetainRV->getParent()->begin();
2152   if (I != Begin) {
2153     do --I; while (I != Begin && isNoopInstruction(I));
2154     if (GetBasicInstructionClass(I) == IC_AutoreleaseRV &&
2155         GetObjCArg(I) == Arg) {
2156       Changed = true;
2157       ++NumPeeps;
2158       EraseInstruction(I);
2159       EraseInstruction(RetainRV);
2160       return true;
2161     }
2162   }
2163
2164   // Turn it to a plain objc_retain.
2165   Changed = true;
2166   ++NumPeeps;
2167   cast<CallInst>(RetainRV)->setCalledFunction(getRetainCallee(F.getParent()));
2168   return false;
2169 }
2170
2171 /// OptimizeAutoreleaseRVCall - Turn objc_autoreleaseReturnValue into
2172 /// objc_autorelease if the result is not used as a return value.
2173 void
2174 ObjCARCOpt::OptimizeAutoreleaseRVCall(Function &F, Instruction *AutoreleaseRV) {
2175   // Check for a return of the pointer value.
2176   const Value *Ptr = GetObjCArg(AutoreleaseRV);
2177   SmallVector<const Value *, 2> Users;
2178   Users.push_back(Ptr);
2179   do {
2180     Ptr = Users.pop_back_val();
2181     for (Value::const_use_iterator UI = Ptr->use_begin(), UE = Ptr->use_end();
2182          UI != UE; ++UI) {
2183       const User *I = *UI;
2184       if (isa<ReturnInst>(I) || GetBasicInstructionClass(I) == IC_RetainRV)
2185         return;
2186       if (isa<BitCastInst>(I))
2187         Users.push_back(I);
2188     }
2189   } while (!Users.empty());
2190
2191   Changed = true;
2192   ++NumPeeps;
2193   cast<CallInst>(AutoreleaseRV)->
2194     setCalledFunction(getAutoreleaseCallee(F.getParent()));
2195 }
2196
2197 /// OptimizeIndividualCalls - Visit each call, one at a time, and make
2198 /// simplifications without doing any additional analysis.
2199 void ObjCARCOpt::OptimizeIndividualCalls(Function &F) {
2200   // Reset all the flags in preparation for recomputing them.
2201   UsedInThisFunction = 0;
2202
2203   // Visit all objc_* calls in F.
2204   for (inst_iterator I = inst_begin(&F), E = inst_end(&F); I != E; ) {
2205     Instruction *Inst = &*I++;
2206     InstructionClass Class = GetBasicInstructionClass(Inst);
2207
2208     switch (Class) {
2209     default: break;
2210
2211     // Delete no-op casts. These function calls have special semantics, but
2212     // the semantics are entirely implemented via lowering in the front-end,
2213     // so by the time they reach the optimizer, they are just no-op calls
2214     // which return their argument.
2215     //
2216     // There are gray areas here, as the ability to cast reference-counted
2217     // pointers to raw void* and back allows code to break ARC assumptions,
2218     // however these are currently considered to be unimportant.
2219     case IC_NoopCast:
2220       Changed = true;
2221       ++NumNoops;
2222       EraseInstruction(Inst);
2223       continue;
2224
2225     // If the pointer-to-weak-pointer is null, it's undefined behavior.
2226     case IC_StoreWeak:
2227     case IC_LoadWeak:
2228     case IC_LoadWeakRetained:
2229     case IC_InitWeak:
2230     case IC_DestroyWeak: {
2231       CallInst *CI = cast<CallInst>(Inst);
2232       if (isNullOrUndef(CI->getArgOperand(0))) {
2233         Type *Ty = CI->getArgOperand(0)->getType();
2234         new StoreInst(UndefValue::get(cast<PointerType>(Ty)->getElementType()),
2235                       Constant::getNullValue(Ty),
2236                       CI);
2237         CI->replaceAllUsesWith(UndefValue::get(CI->getType()));
2238         CI->eraseFromParent();
2239         continue;
2240       }
2241       break;
2242     }
2243     case IC_CopyWeak:
2244     case IC_MoveWeak: {
2245       CallInst *CI = cast<CallInst>(Inst);
2246       if (isNullOrUndef(CI->getArgOperand(0)) ||
2247           isNullOrUndef(CI->getArgOperand(1))) {
2248         Type *Ty = CI->getArgOperand(0)->getType();
2249         new StoreInst(UndefValue::get(cast<PointerType>(Ty)->getElementType()),
2250                       Constant::getNullValue(Ty),
2251                       CI);
2252         CI->replaceAllUsesWith(UndefValue::get(CI->getType()));
2253         CI->eraseFromParent();
2254         continue;
2255       }
2256       break;
2257     }
2258     case IC_Retain:
2259       OptimizeRetainCall(F, Inst);
2260       break;
2261     case IC_RetainRV:
2262       if (OptimizeRetainRVCall(F, Inst))
2263         continue;
2264       break;
2265     case IC_AutoreleaseRV:
2266       OptimizeAutoreleaseRVCall(F, Inst);
2267       break;
2268     }
2269
2270     // objc_autorelease(x) -> objc_release(x) if x is otherwise unused.
2271     if (IsAutorelease(Class) && Inst->use_empty()) {
2272       CallInst *Call = cast<CallInst>(Inst);
2273       const Value *Arg = Call->getArgOperand(0);
2274       Arg = FindSingleUseIdentifiedObject(Arg);
2275       if (Arg) {
2276         Changed = true;
2277         ++NumAutoreleases;
2278
2279         // Create the declaration lazily.
2280         LLVMContext &C = Inst->getContext();
2281         CallInst *NewCall =
2282           CallInst::Create(getReleaseCallee(F.getParent()),
2283                            Call->getArgOperand(0), "", Call);
2284         NewCall->setMetadata(ImpreciseReleaseMDKind,
2285                              MDNode::get(C, ArrayRef<Value *>()));
2286         EraseInstruction(Call);
2287         Inst = NewCall;
2288         Class = IC_Release;
2289       }
2290     }
2291
2292     // For functions which can never be passed stack arguments, add
2293     // a tail keyword.
2294     if (IsAlwaysTail(Class)) {
2295       Changed = true;
2296       cast<CallInst>(Inst)->setTailCall();
2297     }
2298
2299     // Set nounwind as needed.
2300     if (IsNoThrow(Class)) {
2301       Changed = true;
2302       cast<CallInst>(Inst)->setDoesNotThrow();
2303     }
2304
2305     if (!IsNoopOnNull(Class)) {
2306       UsedInThisFunction |= 1 << Class;
2307       continue;
2308     }
2309
2310     const Value *Arg = GetObjCArg(Inst);
2311
2312     // ARC calls with null are no-ops. Delete them.
2313     if (isNullOrUndef(Arg)) {
2314       Changed = true;
2315       ++NumNoops;
2316       EraseInstruction(Inst);
2317       continue;
2318     }
2319
2320     // Keep track of which of retain, release, autorelease, and retain_block
2321     // are actually present in this function.
2322     UsedInThisFunction |= 1 << Class;
2323
2324     // If Arg is a PHI, and one or more incoming values to the
2325     // PHI are null, and the call is control-equivalent to the PHI, and there
2326     // are no relevant side effects between the PHI and the call, the call
2327     // could be pushed up to just those paths with non-null incoming values.
2328     // For now, don't bother splitting critical edges for this.
2329     SmallVector<std::pair<Instruction *, const Value *>, 4> Worklist;
2330     Worklist.push_back(std::make_pair(Inst, Arg));
2331     do {
2332       std::pair<Instruction *, const Value *> Pair = Worklist.pop_back_val();
2333       Inst = Pair.first;
2334       Arg = Pair.second;
2335
2336       const PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(Arg);
2337       if (!PN) continue;
2338
2339       // Determine if the PHI has any null operands, or any incoming
2340       // critical edges.
2341       bool HasNull = false;
2342       bool HasCriticalEdges = false;
2343       for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
2344         Value *Incoming =
2345           StripPointerCastsAndObjCCalls(PN->getIncomingValue(i));
2346         if (isNullOrUndef(Incoming))
2347           HasNull = true;
2348         else if (cast<TerminatorInst>(PN->getIncomingBlock(i)->back())
2349                    .getNumSuccessors() != 1) {
2350           HasCriticalEdges = true;
2351           break;
2352         }
2353       }
2354       // If we have null operands and no critical edges, optimize.
2355       if (!HasCriticalEdges && HasNull) {
2356         SmallPtrSet<Instruction *, 4> DependingInstructions;
2357         SmallPtrSet<const BasicBlock *, 4> Visited;
2358
2359         // Check that there is nothing that cares about the reference
2360         // count between the call and the phi.
2361         FindDependencies(NeedsPositiveRetainCount, Arg,
2362                          Inst->getParent(), Inst,
2363                          DependingInstructions, Visited, PA);
2364         if (DependingInstructions.size() == 1 &&
2365             *DependingInstructions.begin() == PN) {
2366           Changed = true;
2367           ++NumPartialNoops;
2368           // Clone the call into each predecessor that has a non-null value.
2369           CallInst *CInst = cast<CallInst>(Inst);
2370           Type *ParamTy = CInst->getArgOperand(0)->getType();
2371           for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
2372             Value *Incoming =
2373               StripPointerCastsAndObjCCalls(PN->getIncomingValue(i));
2374             if (!isNullOrUndef(Incoming)) {
2375               CallInst *Clone = cast<CallInst>(CInst->clone());
2376               Value *Op = PN->getIncomingValue(i);
2377               Instruction *InsertPos = &PN->getIncomingBlock(i)->back();
2378               if (Op->getType() != ParamTy)
2379                 Op = new BitCastInst(Op, ParamTy, "", InsertPos);
2380               Clone->setArgOperand(0, Op);
2381               Clone->insertBefore(InsertPos);
2382               Worklist.push_back(std::make_pair(Clone, Incoming));
2383             }
2384           }
2385           // Erase the original call.
2386           EraseInstruction(CInst);
2387           continue;
2388         }
2389       }
2390     } while (!Worklist.empty());
2391   }
2392 }
2393
2394 /// CheckForCFGHazards - Check for critical edges, loop boundaries, irreducible
2395 /// control flow, or other CFG structures where moving code across the edge
2396 /// would result in it being executed more.
2397 void
2398 ObjCARCOpt::CheckForCFGHazards(const BasicBlock *BB,
2399                                DenseMap<const BasicBlock *, BBState> &BBStates,
2400                                BBState &MyStates) const {
2401   // If any top-down local-use or possible-dec has a succ which is earlier in
2402   // the sequence, forget it.
2403   for (BBState::ptr_const_iterator I = MyStates.top_down_ptr_begin(),
2404        E = MyStates.top_down_ptr_end(); I != E; ++I)
2405     switch (I->second.GetSeq()) {
2406     default: break;
2407     case S_Use: {
2408       const Value *Arg = I->first;
2409       const TerminatorInst *TI = cast<TerminatorInst>(&BB->back());
2410       bool SomeSuccHasSame = false;
2411       bool AllSuccsHaveSame = true;
2412       PtrState &S = MyStates.getPtrTopDownState(Arg);
2413       succ_const_iterator SI(TI), SE(TI, false);
2414
2415       // If the terminator is an invoke marked with the
2416       // clang.arc.no_objc_arc_exceptions metadata, the unwind edge can be
2417       // ignored, for ARC purposes.
2418       if (isa<InvokeInst>(TI) && TI->getMetadata(NoObjCARCExceptionsMDKind))
2419         --SE;
2420
2421       for (; SI != SE; ++SI) {
2422         PtrState &SuccS = BBStates[*SI].getPtrBottomUpState(Arg);
2423         switch (SuccS.GetSeq()) {
2424         case S_None:
2425         case S_CanRelease: {
2426           if (!S.RRI.KnownSafe && !SuccS.RRI.KnownSafe)
2427             S.ClearSequenceProgress();
2428           continue;
2429         }
2430         case S_Use:
2431           SomeSuccHasSame = true;
2432           break;
2433         case S_Stop:
2434         case S_Release:
2435         case S_MovableRelease:
2436           if (!S.RRI.KnownSafe && !SuccS.RRI.KnownSafe)
2437             AllSuccsHaveSame = false;
2438           break;
2439         case S_Retain:
2440           llvm_unreachable("bottom-up pointer in retain state!");
2441         }
2442       }
2443       // If the state at the other end of any of the successor edges
2444       // matches the current state, require all edges to match. This
2445       // guards against loops in the middle of a sequence.
2446       if (SomeSuccHasSame && !AllSuccsHaveSame)
2447         S.ClearSequenceProgress();
2448       break;
2449     }
2450     case S_CanRelease: {
2451       const Value *Arg = I->first;
2452       const TerminatorInst *TI = cast<TerminatorInst>(&BB->back());
2453       bool SomeSuccHasSame = false;
2454       bool AllSuccsHaveSame = true;
2455       PtrState &S = MyStates.getPtrTopDownState(Arg);
2456       succ_const_iterator SI(TI), SE(TI, false);
2457
2458       // If the terminator is an invoke marked with the
2459       // clang.arc.no_objc_arc_exceptions metadata, the unwind edge can be
2460       // ignored, for ARC purposes.
2461       if (isa<InvokeInst>(TI) && TI->getMetadata(NoObjCARCExceptionsMDKind))
2462         --SE;
2463
2464       for (; SI != SE; ++SI) {
2465         PtrState &SuccS = BBStates[*SI].getPtrBottomUpState(Arg);
2466         switch (SuccS.GetSeq()) {
2467         case S_None: {
2468           if (!S.RRI.KnownSafe && !SuccS.RRI.KnownSafe)
2469             S.ClearSequenceProgress();
2470           continue;
2471         }
2472         case S_CanRelease:
2473           SomeSuccHasSame = true;
2474           break;
2475         case S_Stop:
2476         case S_Release:
2477         case S_MovableRelease:
2478         case S_Use:
2479           if (!S.RRI.KnownSafe && !SuccS.RRI.KnownSafe)
2480             AllSuccsHaveSame = false;
2481           break;
2482         case S_Retain:
2483           llvm_unreachable("bottom-up pointer in retain state!");
2484         }
2485       }
2486       // If the state at the other end of any of the successor edges
2487       // matches the current state, require all edges to match. This
2488       // guards against loops in the middle of a sequence.
2489       if (SomeSuccHasSame && !AllSuccsHaveSame)
2490         S.ClearSequenceProgress();
2491       break;
2492     }
2493     }
2494 }
2495
2496 bool
2497 ObjCARCOpt::VisitBottomUp(BasicBlock *BB,
2498                           DenseMap<const BasicBlock *, BBState> &BBStates,
2499                           MapVector<Value *, RRInfo> &Retains) {
2500   bool NestingDetected = false;
2501   BBState &MyStates = BBStates[BB];
2502
2503   // Merge the states from each successor to compute the initial state
2504   // for the current block.
2505   const TerminatorInst *TI = cast<TerminatorInst>(&BB->back());
2506   succ_const_iterator SI(TI), SE(TI, false);
2507   if (SI == SE)
2508     MyStates.SetAsExit();
2509   else {
2510     // If the terminator is an invoke marked with the
2511     // clang.arc.no_objc_arc_exceptions metadata, the unwind edge can be
2512     // ignored, for ARC purposes.
2513     if (isa<InvokeInst>(TI) && TI->getMetadata(NoObjCARCExceptionsMDKind))
2514       --SE;
2515
2516     do {
2517       const BasicBlock *Succ = *SI++;
2518       if (Succ == BB)
2519         continue;
2520       DenseMap<const BasicBlock *, BBState>::iterator I = BBStates.find(Succ);
2521       // If we haven't seen this node yet, then we've found a CFG cycle.
2522       // Be optimistic here; it's CheckForCFGHazards' job detect trouble.
2523       if (I == BBStates.end())
2524         continue;
2525       MyStates.InitFromSucc(I->second);
2526       while (SI != SE) {
2527         Succ = *SI++;
2528         if (Succ != BB) {
2529           I = BBStates.find(Succ);
2530           if (I != BBStates.end())
2531             MyStates.MergeSucc(I->second);
2532         }
2533       }
2534       break;
2535     } while (SI != SE);
2536   }
2537
2538   // Visit all the instructions, bottom-up.
2539   for (BasicBlock::iterator I = BB->end(), E = BB->begin(); I != E; --I) {
2540     Instruction *Inst = llvm::prior(I);
2541     InstructionClass Class = GetInstructionClass(Inst);
2542     const Value *Arg = 0;
2543
2544     switch (Class) {
2545     case IC_Release: {
2546       Arg = GetObjCArg(Inst);
2547
2548       PtrState &S = MyStates.getPtrBottomUpState(Arg);
2549
2550       // If we see two releases in a row on the same pointer. If so, make
2551       // a note, and we'll cicle back to revisit it after we've
2552       // hopefully eliminated the second release, which may allow us to
2553       // eliminate the first release too.
2554       // Theoretically we could implement removal of nested retain+release
2555       // pairs by making PtrState hold a stack of states, but this is
2556       // simple and avoids adding overhead for the non-nested case.
2557       if (S.GetSeq() == S_Release || S.GetSeq() == S_MovableRelease)
2558         NestingDetected = true;
2559
2560       S.RRI.clear();
2561
2562       MDNode *ReleaseMetadata = Inst->getMetadata(ImpreciseReleaseMDKind);
2563       S.SetSeq(ReleaseMetadata ? S_MovableRelease : S_Release);
2564       S.RRI.ReleaseMetadata = ReleaseMetadata;
2565       S.RRI.KnownSafe = S.IsKnownNested() || S.IsKnownIncremented();
2566       S.RRI.IsTailCallRelease = cast<CallInst>(Inst)->isTailCall();
2567       S.RRI.Calls.insert(Inst);
2568
2569       S.IncrementRefCount();
2570       S.IncrementNestCount();
2571       break;
2572     }
2573     case IC_RetainBlock:
2574       // An objc_retainBlock call with just a use may need to be kept,
2575       // because it may be copying a block from the stack to the heap.
2576       if (!IsRetainBlockOptimizable(Inst))
2577         break;
2578       // FALLTHROUGH
2579     case IC_Retain:
2580     case IC_RetainRV: {
2581       Arg = GetObjCArg(Inst);
2582
2583       PtrState &S = MyStates.getPtrBottomUpState(Arg);
2584       S.DecrementRefCount();
2585       S.SetAtLeastOneRefCount();
2586       S.DecrementNestCount();
2587
2588       switch (S.GetSeq()) {
2589       case S_Stop:
2590       case S_Release:
2591       case S_MovableRelease:
2592       case S_Use:
2593         S.RRI.ReverseInsertPts.clear();
2594         // FALL THROUGH
2595       case S_CanRelease:
2596         // Don't do retain+release tracking for IC_RetainRV, because it's
2597         // better to let it remain as the first instruction after a call.
2598         if (Class != IC_RetainRV) {
2599           S.RRI.IsRetainBlock = Class == IC_RetainBlock;
2600           Retains[Inst] = S.RRI;
2601         }
2602         S.ClearSequenceProgress();
2603         break;
2604       case S_None:
2605         break;
2606       case S_Retain:
2607         llvm_unreachable("bottom-up pointer in retain state!");
2608       }
2609       continue;
2610     }
2611     case IC_AutoreleasepoolPop:
2612       // Conservatively, clear MyStates for all known pointers.
2613       MyStates.clearBottomUpPointers();
2614       continue;
2615     case IC_AutoreleasepoolPush:
2616     case IC_None:
2617       // These are irrelevant.
2618       continue;
2619     default:
2620       break;
2621     }
2622
2623     // Consider any other possible effects of this instruction on each
2624     // pointer being tracked.
2625     for (BBState::ptr_iterator MI = MyStates.bottom_up_ptr_begin(),
2626          ME = MyStates.bottom_up_ptr_end(); MI != ME; ++MI) {
2627       const Value *Ptr = MI->first;
2628       if (Ptr == Arg)
2629         continue; // Handled above.
2630       PtrState &S = MI->second;
2631       Sequence Seq = S.GetSeq();
2632
2633       // Check for possible releases.
2634       if (CanAlterRefCount(Inst, Ptr, PA, Class)) {
2635         S.DecrementRefCount();
2636         switch (Seq) {
2637         case S_Use:
2638           S.SetSeq(S_CanRelease);
2639           continue;
2640         case S_CanRelease:
2641         case S_Release:
2642         case S_MovableRelease:
2643         case S_Stop:
2644         case S_None:
2645           break;
2646         case S_Retain:
2647           llvm_unreachable("bottom-up pointer in retain state!");
2648         }
2649       }
2650
2651       // Check for possible direct uses.
2652       switch (Seq) {
2653       case S_Release:
2654       case S_MovableRelease:
2655         if (CanUse(Inst, Ptr, PA, Class)) {
2656           assert(S.RRI.ReverseInsertPts.empty());
2657           S.RRI.ReverseInsertPts.insert(Inst);
2658           S.SetSeq(S_Use);
2659         } else if (Seq == S_Release &&
2660                    (Class == IC_User || Class == IC_CallOrUser)) {
2661           // Non-movable releases depend on any possible objc pointer use.
2662           S.SetSeq(S_Stop);
2663           assert(S.RRI.ReverseInsertPts.empty());
2664           S.RRI.ReverseInsertPts.insert(Inst);
2665         }
2666         break;
2667       case S_Stop:
2668         if (CanUse(Inst, Ptr, PA, Class))
2669           S.SetSeq(S_Use);
2670         break;
2671       case S_CanRelease:
2672       case S_Use:
2673       case S_None:
2674         break;
2675       case S_Retain:
2676         llvm_unreachable("bottom-up pointer in retain state!");
2677       }
2678     }
2679   }
2680
2681   return NestingDetected;
2682 }
2683
2684 bool
2685 ObjCARCOpt::VisitTopDown(BasicBlock *BB,
2686                          DenseMap<const BasicBlock *, BBState> &BBStates,
2687                          DenseMap<Value *, RRInfo> &Releases) {
2688   bool NestingDetected = false;
2689   BBState &MyStates = BBStates[BB];
2690
2691   // Merge the states from each predecessor to compute the initial state
2692   // for the current block.
2693   const_pred_iterator PI(BB), PE(BB, false);
2694   if (PI == PE)
2695     MyStates.SetAsEntry();
2696   else
2697     do {
2698       unsigned OperandNo = PI.getOperandNo();
2699       const Use &Us = PI.getUse();
2700       ++PI;
2701
2702       // Skip invoke unwind edges on invoke instructions marked with
2703       // clang.arc.no_objc_arc_exceptions.
2704       if (const InvokeInst *II = dyn_cast<InvokeInst>(Us.getUser()))
2705         if (OperandNo == II->getNumArgOperands() + 2 &&
2706             II->getMetadata(NoObjCARCExceptionsMDKind))
2707           continue;
2708
2709       const BasicBlock *Pred = cast<TerminatorInst>(Us.getUser())->getParent();
2710       if (Pred == BB)
2711         continue;
2712       DenseMap<const BasicBlock *, BBState>::iterator I = BBStates.find(Pred);
2713       // If we haven't seen this node yet, then we've found a CFG cycle.
2714       // Be optimistic here; it's CheckForCFGHazards' job detect trouble.
2715       if (I == BBStates.end() || !I->second.isVisitedTopDown())
2716         continue;
2717       MyStates.InitFromPred(I->second);
2718       while (PI != PE) {
2719         Pred = *PI++;
2720         if (Pred != BB) {
2721           I = BBStates.find(Pred);
2722           if (I != BBStates.end() && I->second.isVisitedTopDown())
2723             MyStates.MergePred(I->second);
2724         }
2725       }
2726       break;
2727     } while (PI != PE);
2728
2729   // Visit all the instructions, top-down.
2730   for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(), E = BB->end(); I != E; ++I) {
2731     Instruction *Inst = I;
2732     InstructionClass Class = GetInstructionClass(Inst);
2733     const Value *Arg = 0;
2734
2735     switch (Class) {
2736     case IC_RetainBlock:
2737       // An objc_retainBlock call with just a use may need to be kept,
2738       // because it may be copying a block from the stack to the heap.
2739       if (!IsRetainBlockOptimizable(Inst))
2740         break;
2741       // FALLTHROUGH
2742     case IC_Retain:
2743     case IC_RetainRV: {
2744       Arg = GetObjCArg(Inst);
2745
2746       PtrState &S = MyStates.getPtrTopDownState(Arg);
2747
2748       // Don't do retain+release tracking for IC_RetainRV, because it's
2749       // better to let it remain as the first instruction after a call.
2750       if (Class != IC_RetainRV) {
2751         // If we see two retains in a row on the same pointer. If so, make
2752         // a note, and we'll cicle back to revisit it after we've
2753         // hopefully eliminated the second retain, which may allow us to
2754         // eliminate the first retain too.
2755         // Theoretically we could implement removal of nested retain+release
2756         // pairs by making PtrState hold a stack of states, but this is
2757         // simple and avoids adding overhead for the non-nested case.
2758         if (S.GetSeq() == S_Retain)
2759           NestingDetected = true;
2760
2761         S.SetSeq(S_Retain);
2762         S.RRI.clear();
2763         S.RRI.IsRetainBlock = Class == IC_RetainBlock;
2764         // Don't check S.IsKnownIncremented() here because it's not
2765         // sufficient.
2766         S.RRI.KnownSafe = S.IsKnownNested();
2767         S.RRI.Calls.insert(Inst);
2768       }
2769
2770       S.SetAtLeastOneRefCount();
2771       S.IncrementRefCount();
2772       S.IncrementNestCount();
2773       continue;
2774     }
2775     case IC_Release: {
2776       Arg = GetObjCArg(Inst);
2777
2778       PtrState &S = MyStates.getPtrTopDownState(Arg);
2779       S.DecrementRefCount();
2780       S.DecrementNestCount();
2781
2782       switch (S.GetSeq()) {
2783       case S_Retain:
2784       case S_CanRelease:
2785         S.RRI.ReverseInsertPts.clear();
2786         // FALL THROUGH
2787       case S_Use:
2788         S.RRI.ReleaseMetadata = Inst->getMetadata(ImpreciseReleaseMDKind);
2789         S.RRI.IsTailCallRelease = cast<CallInst>(Inst)->isTailCall();
2790         Releases[Inst] = S.RRI;
2791         S.ClearSequenceProgress();
2792         break;
2793       case S_None:
2794         break;
2795       case S_Stop:
2796       case S_Release:
2797       case S_MovableRelease:
2798         llvm_unreachable("top-down pointer in release state!");
2799       }
2800       break;
2801     }
2802     case IC_AutoreleasepoolPop:
2803       // Conservatively, clear MyStates for all known pointers.
2804       MyStates.clearTopDownPointers();
2805       continue;
2806     case IC_AutoreleasepoolPush:
2807     case IC_None:
2808       // These are irrelevant.
2809       continue;
2810     default:
2811       break;
2812     }
2813
2814     // Consider any other possible effects of this instruction on each
2815     // pointer being tracked.
2816     for (BBState::ptr_iterator MI = MyStates.top_down_ptr_begin(),
2817          ME = MyStates.top_down_ptr_end(); MI != ME; ++MI) {
2818       const Value *Ptr = MI->first;
2819       if (Ptr == Arg)
2820         continue; // Handled above.
2821       PtrState &S = MI->second;
2822       Sequence Seq = S.GetSeq();
2823
2824       // Check for possible releases.
2825       if (CanAlterRefCount(Inst, Ptr, PA, Class)) {
2826         S.DecrementRefCount();
2827         switch (Seq) {
2828         case S_Retain:
2829           S.SetSeq(S_CanRelease);
2830           assert(S.RRI.ReverseInsertPts.empty());
2831           S.RRI.ReverseInsertPts.insert(Inst);
2832
2833           // One call can't cause a transition from S_Retain to S_CanRelease
2834           // and S_CanRelease to S_Use. If we've made the first transition,
2835           // we're done.
2836           continue;
2837         case S_Use:
2838         case S_CanRelease:
2839         case S_None:
2840           break;
2841         case S_Stop:
2842         case S_Release:
2843         case S_MovableRelease:
2844           llvm_unreachable("top-down pointer in release state!");
2845         }
2846       }
2847
2848       // Check for possible direct uses.
2849       switch (Seq) {
2850       case S_CanRelease:
2851         if (CanUse(Inst, Ptr, PA, Class))
2852           S.SetSeq(S_Use);
2853         break;
2854       case S_Retain:
2855       case S_Use:
2856       case S_None:
2857         break;
2858       case S_Stop:
2859       case S_Release:
2860       case S_MovableRelease:
2861         llvm_unreachable("top-down pointer in release state!");
2862       }
2863     }
2864   }
2865
2866   CheckForCFGHazards(BB, BBStates, MyStates);
2867   return NestingDetected;
2868 }
2869
2870 static void
2871 ComputePostOrders(Function &F,
2872                   SmallVectorImpl<BasicBlock *> &PostOrder,
2873                   SmallVectorImpl<BasicBlock *> &ReverseCFGPostOrder) {
2874   /// Backedges - Backedges detected in the DFS. These edges will be
2875   /// ignored in the reverse-CFG DFS, so that loops with multiple exits will be
2876   /// traversed in the desired order.
2877   DenseSet<std::pair<BasicBlock *, BasicBlock *> > Backedges;
2878
2879   /// Visited - The visited set, for doing DFS walks.
2880   SmallPtrSet<BasicBlock *, 16> Visited;
2881
2882   // Do DFS, computing the PostOrder.
2883   SmallPtrSet<BasicBlock *, 16> OnStack;
2884   SmallVector<std::pair<BasicBlock *, succ_iterator>, 16> SuccStack;
2885   BasicBlock *EntryBB = &F.getEntryBlock();
2886   SuccStack.push_back(std::make_pair(EntryBB, succ_begin(EntryBB)));
2887   Visited.insert(EntryBB);
2888   OnStack.insert(EntryBB);
2889   do {
2890   dfs_next_succ:
2891     TerminatorInst *TI = cast<TerminatorInst>(&SuccStack.back().first->back());
2892     succ_iterator End = succ_iterator(TI, true);
2893     while (SuccStack.back().second != End) {
2894       BasicBlock *BB = *SuccStack.back().second++;
2895       if (Visited.insert(BB)) {
2896         SuccStack.push_back(std::make_pair(BB, succ_begin(BB)));
2897         OnStack.insert(BB);
2898         goto dfs_next_succ;
2899       }
2900       if (OnStack.count(BB))
2901         Backedges.insert(std::make_pair(SuccStack.back().first, BB));
2902     }
2903     OnStack.erase(SuccStack.back().first);
2904     PostOrder.push_back(SuccStack.pop_back_val().first);
2905   } while (!SuccStack.empty());
2906
2907   Visited.clear();
2908
2909   // Compute the exits, which are the starting points for reverse-CFG DFS.
2910   SmallVector<BasicBlock *, 4> Exits;
2911   for (Function::iterator I = F.begin(), E = F.end(); I != E; ++I) {
2912     BasicBlock *BB = I;
2913     if (cast<TerminatorInst>(&BB->back())->getNumSuccessors() == 0)
2914       Exits.push_back(BB);
2915   }
2916
2917   // Do reverse-CFG DFS, computing the reverse-CFG PostOrder.
2918   SmallVector<std::pair<BasicBlock *, pred_iterator>, 16> PredStack;
2919   for (SmallVectorImpl<BasicBlock *>::iterator I = Exits.begin(), E = Exits.end();
2920        I != E; ++I) {
2921     BasicBlock *ExitBB = *I;
2922     PredStack.push_back(std::make_pair(ExitBB, pred_begin(ExitBB)));
2923     Visited.insert(ExitBB);
2924     while (!PredStack.empty()) {
2925     reverse_dfs_next_succ:
2926       pred_iterator End = pred_end(PredStack.back().first);
2927       while (PredStack.back().second != End) {
2928         BasicBlock *BB = *PredStack.back().second++;
2929         // Skip backedges detected in the forward-CFG DFS.
2930         if (Backedges.count(std::make_pair(BB, PredStack.back().first)))
2931           continue;
2932         if (Visited.insert(BB)) {
2933           PredStack.push_back(std::make_pair(BB, pred_begin(BB)));
2934           goto reverse_dfs_next_succ;
2935         }
2936       }
2937       ReverseCFGPostOrder.push_back(PredStack.pop_back_val().first);
2938     }
2939   }
2940 }
2941
2942 // Visit - Visit the function both top-down and bottom-up.
2943 bool
2944 ObjCARCOpt::Visit(Function &F,
2945                   DenseMap<const BasicBlock *, BBState> &BBStates,
2946                   MapVector<Value *, RRInfo> &Retains,
2947                   DenseMap<Value *, RRInfo> &Releases) {
2948
2949   // Use reverse-postorder traversals, because we magically know that loops
2950   // will be well behaved, i.e. they won't repeatedly call retain on a single
2951   // pointer without doing a release. We can't use the ReversePostOrderTraversal
2952   // class here because we want the reverse-CFG postorder to consider each
2953   // function exit point, and we want to ignore selected cycle edges.
2954   SmallVector<BasicBlock *, 16> PostOrder;
2955   SmallVector<BasicBlock *, 16> ReverseCFGPostOrder;
2956   ComputePostOrders(F, PostOrder, ReverseCFGPostOrder);
2957
2958   // Use reverse-postorder on the reverse CFG for bottom-up.
2959   bool BottomUpNestingDetected = false;
2960   for (SmallVectorImpl<BasicBlock *>::const_reverse_iterator I =
2961        ReverseCFGPostOrder.rbegin(), E = ReverseCFGPostOrder.rend();
2962        I != E; ++I)
2963     BottomUpNestingDetected |= VisitBottomUp(*I, BBStates, Retains);
2964
2965   // Use reverse-postorder for top-down.
2966   bool TopDownNestingDetected = false;
2967   for (SmallVectorImpl<BasicBlock *>::const_reverse_iterator I =
2968        PostOrder.rbegin(), E = PostOrder.rend();
2969        I != E; ++I)
2970     TopDownNestingDetected |= VisitTopDown(*I, BBStates, Releases);
2971
2972   return TopDownNestingDetected && BottomUpNestingDetected;
2973 }
2974
2975 /// MoveCalls - Move the calls in RetainsToMove and ReleasesToMove.
2976 void ObjCARCOpt::MoveCalls(Value *Arg,
2977                            RRInfo &RetainsToMove,
2978                            RRInfo &ReleasesToMove,
2979                            MapVector<Value *, RRInfo> &Retains,
2980                            DenseMap<Value *, RRInfo> &Releases,
2981                            SmallVectorImpl<Instruction *> &DeadInsts,
2982                            Module *M) {
2983   Type *ArgTy = Arg->getType();
2984   Type *ParamTy = PointerType::getUnqual(Type::getInt8Ty(ArgTy->getContext()));
2985
2986   // Insert the new retain and release calls.
2987   for (SmallPtrSet<Instruction *, 2>::const_iterator
2988        PI = ReleasesToMove.ReverseInsertPts.begin(),
2989        PE = ReleasesToMove.ReverseInsertPts.end(); PI != PE; ++PI) {
2990     Instruction *InsertPt = *PI;
2991     Value *MyArg = ArgTy == ParamTy ? Arg :
2992                    new BitCastInst(Arg, ParamTy, "", InsertPt);
2993     CallInst *Call =
2994       CallInst::Create(RetainsToMove.IsRetainBlock ?
2995                          getRetainBlockCallee(M) : getRetainCallee(M),
2996                        MyArg, "", InsertPt);
2997     Call->setDoesNotThrow();
2998     if (RetainsToMove.IsRetainBlock)
2999       Call->setMetadata(CopyOnEscapeMDKind,
3000                         MDNode::get(M->getContext(), ArrayRef<Value *>()));
3001     else
3002       Call->setTailCall();
3003   }
3004   for (SmallPtrSet<Instruction *, 2>::const_iterator
3005        PI = RetainsToMove.ReverseInsertPts.begin(),
3006        PE = RetainsToMove.ReverseInsertPts.end(); PI != PE; ++PI) {
3007     Instruction *LastUse = *PI;
3008     Instruction *InsertPts[] = { 0, 0, 0 };
3009     if (InvokeInst *II = dyn_cast<InvokeInst>(LastUse)) {
3010       // We can't insert code immediately after an invoke instruction, so
3011       // insert code at the beginning of both successor blocks instead.
3012       // The invoke's return value isn't available in the unwind block,
3013       // but our releases will never depend on it, because they must be
3014       // paired with retains from before the invoke.
3015       InsertPts[0] = II->getNormalDest()->getFirstInsertionPt();
3016       InsertPts[1] = II->getUnwindDest()->getFirstInsertionPt();
3017     } else {
3018       // Insert code immediately after the last use.
3019       InsertPts[0] = llvm::next(BasicBlock::iterator(LastUse));
3020     }
3021
3022     for (Instruction **I = InsertPts; *I; ++I) {
3023       Instruction *InsertPt = *I;
3024       Value *MyArg = ArgTy == ParamTy ? Arg :
3025                      new BitCastInst(Arg, ParamTy, "", InsertPt);
3026       CallInst *Call = CallInst::Create(getReleaseCallee(M), MyArg,
3027                                         "", InsertPt);
3028       // Attach a clang.imprecise_release metadata tag, if appropriate.
3029       if (MDNode *M = ReleasesToMove.ReleaseMetadata)
3030         Call->setMetadata(ImpreciseReleaseMDKind, M);
3031       Call->setDoesNotThrow();
3032       if (ReleasesToMove.IsTailCallRelease)
3033         Call->setTailCall();
3034     }
3035   }
3036
3037   // Delete the original retain and release calls.
3038   for (SmallPtrSet<Instruction *, 2>::const_iterator
3039        AI = RetainsToMove.Calls.begin(),
3040        AE = RetainsToMove.Calls.end(); AI != AE; ++AI) {
3041     Instruction *OrigRetain = *AI;
3042     Retains.blot(OrigRetain);
3043     DeadInsts.push_back(OrigRetain);
3044   }
3045   for (SmallPtrSet<Instruction *, 2>::const_iterator
3046        AI = ReleasesToMove.Calls.begin(),
3047        AE = ReleasesToMove.Calls.end(); AI != AE; ++AI) {
3048     Instruction *OrigRelease = *AI;
3049     Releases.erase(OrigRelease);
3050     DeadInsts.push_back(OrigRelease);
3051   }
3052 }
3053
3054 bool
3055 ObjCARCOpt::PerformCodePlacement(DenseMap<const BasicBlock *, BBState>
3056                                    &BBStates,
3057                                  MapVector<Value *, RRInfo> &Retains,
3058                                  DenseMap<Value *, RRInfo> &Releases,
3059                                  Module *M) {
3060   bool AnyPairsCompletelyEliminated = false;
3061   RRInfo RetainsToMove;
3062   RRInfo ReleasesToMove;
3063   SmallVector<Instruction *, 4> NewRetains;
3064   SmallVector<Instruction *, 4> NewReleases;
3065   SmallVector<Instruction *, 8> DeadInsts;
3066
3067   for (MapVector<Value *, RRInfo>::const_iterator I = Retains.begin(),
3068        E = Retains.end(); I != E; ++I) {
3069     Value *V = I->first;
3070     if (!V) continue; // blotted
3071
3072     Instruction *Retain = cast<Instruction>(V);
3073     Value *Arg = GetObjCArg(Retain);
3074
3075     // If the object being released is in static or stack storage, we know it's
3076     // not being managed by ObjC reference counting, so we can delete pairs
3077     // regardless of what possible decrements or uses lie between them.
3078     bool KnownSafe = isa<Constant>(Arg) || isa<AllocaInst>(Arg);
3079    
3080     // A constant pointer can't be pointing to an object on the heap. It may
3081     // be reference-counted, but it won't be deleted.
3082     if (const LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(Arg))
3083       if (const GlobalVariable *GV =
3084             dyn_cast<GlobalVariable>(
3085               StripPointerCastsAndObjCCalls(LI->getPointerOperand())))
3086         if (GV->isConstant())
3087           KnownSafe = true;
3088
3089     // If a pair happens in a region where it is known that the reference count
3090     // is already incremented, we can similarly ignore possible decrements.
3091     bool KnownSafeTD = true, KnownSafeBU = true;
3092
3093     // Connect the dots between the top-down-collected RetainsToMove and
3094     // bottom-up-collected ReleasesToMove to form sets of related calls.
3095     // This is an iterative process so that we connect multiple releases
3096     // to multiple retains if needed.
3097     unsigned OldDelta = 0;
3098     unsigned NewDelta = 0;
3099     unsigned OldCount = 0;
3100     unsigned NewCount = 0;
3101     bool FirstRelease = true;
3102     bool FirstRetain = true;
3103     NewRetains.push_back(Retain);
3104     for (;;) {
3105       for (SmallVectorImpl<Instruction *>::const_iterator
3106            NI = NewRetains.begin(), NE = NewRetains.end(); NI != NE; ++NI) {
3107         Instruction *NewRetain = *NI;
3108         MapVector<Value *, RRInfo>::const_iterator It = Retains.find(NewRetain);
3109         assert(It != Retains.end());
3110         const RRInfo &NewRetainRRI = It->second;
3111         KnownSafeTD &= NewRetainRRI.KnownSafe;
3112         for (SmallPtrSet<Instruction *, 2>::const_iterator
3113              LI = NewRetainRRI.Calls.begin(),
3114              LE = NewRetainRRI.Calls.end(); LI != LE; ++LI) {
3115           Instruction *NewRetainRelease = *LI;
3116           DenseMap<Value *, RRInfo>::const_iterator Jt =
3117             Releases.find(NewRetainRelease);
3118           if (Jt == Releases.end())
3119             goto next_retain;
3120           const RRInfo &NewRetainReleaseRRI = Jt->second;
3121           assert(NewRetainReleaseRRI.Calls.count(NewRetain));
3122           if (ReleasesToMove.Calls.insert(NewRetainRelease)) {
3123             OldDelta -=
3124               BBStates[NewRetainRelease->getParent()].GetAllPathCount();
3125
3126             // Merge the ReleaseMetadata and IsTailCallRelease values.
3127             if (FirstRelease) {
3128               ReleasesToMove.ReleaseMetadata =
3129                 NewRetainReleaseRRI.ReleaseMetadata;
3130               ReleasesToMove.IsTailCallRelease =
3131                 NewRetainReleaseRRI.IsTailCallRelease;
3132               FirstRelease = false;
3133             } else {
3134               if (ReleasesToMove.ReleaseMetadata !=
3135                     NewRetainReleaseRRI.ReleaseMetadata)
3136                 ReleasesToMove.ReleaseMetadata = 0;
3137               if (ReleasesToMove.IsTailCallRelease !=
3138                     NewRetainReleaseRRI.IsTailCallRelease)
3139                 ReleasesToMove.IsTailCallRelease = false;
3140             }
3141
3142             // Collect the optimal insertion points.
3143             if (!KnownSafe)
3144               for (SmallPtrSet<Instruction *, 2>::const_iterator
3145                    RI = NewRetainReleaseRRI.ReverseInsertPts.begin(),
3146                    RE = NewRetainReleaseRRI.ReverseInsertPts.end();
3147                    RI != RE; ++RI) {
3148                 Instruction *RIP = *RI;
3149                 if (ReleasesToMove.ReverseInsertPts.insert(RIP))
3150                   NewDelta -= BBStates[RIP->getParent()].GetAllPathCount();
3151               }
3152             NewReleases.push_back(NewRetainRelease);
3153           }
3154         }
3155       }
3156       NewRetains.clear();
3157       if (NewReleases.empty()) break;
3158
3159       // Back the other way.
3160       for (SmallVectorImpl<Instruction *>::const_iterator
3161            NI = NewReleases.begin(), NE = NewReleases.end(); NI != NE; ++NI) {
3162         Instruction *NewRelease = *NI;
3163         DenseMap<Value *, RRInfo>::const_iterator It =
3164           Releases.find(NewRelease);
3165         assert(It != Releases.end());
3166         const RRInfo &NewReleaseRRI = It->second;
3167         KnownSafeBU &= NewReleaseRRI.KnownSafe;
3168         for (SmallPtrSet<Instruction *, 2>::const_iterator
3169              LI = NewReleaseRRI.Calls.begin(),
3170              LE = NewReleaseRRI.Calls.end(); LI != LE; ++LI) {
3171           Instruction *NewReleaseRetain = *LI;
3172           MapVector<Value *, RRInfo>::const_iterator Jt =
3173             Retains.find(NewReleaseRetain);
3174           if (Jt == Retains.end())
3175             goto next_retain;
3176           const RRInfo &NewReleaseRetainRRI = Jt->second;
3177           assert(NewReleaseRetainRRI.Calls.count(NewRelease));
3178           if (RetainsToMove.Calls.insert(NewReleaseRetain)) {
3179             unsigned PathCount =
3180               BBStates[NewReleaseRetain->getParent()].GetAllPathCount();
3181             OldDelta += PathCount;
3182             OldCount += PathCount;
3183
3184             // Merge the IsRetainBlock values.
3185             if (FirstRetain) {
3186               RetainsToMove.IsRetainBlock = NewReleaseRetainRRI.IsRetainBlock;
3187               FirstRetain = false;
3188             } else if (ReleasesToMove.IsRetainBlock !=
3189                        NewReleaseRetainRRI.IsRetainBlock)
3190               // It's not possible to merge the sequences if one uses
3191               // objc_retain and the other uses objc_retainBlock.
3192               goto next_retain;
3193
3194             // Collect the optimal insertion points.
3195             if (!KnownSafe)
3196               for (SmallPtrSet<Instruction *, 2>::const_iterator
3197                    RI = NewReleaseRetainRRI.ReverseInsertPts.begin(),
3198                    RE = NewReleaseRetainRRI.ReverseInsertPts.end();
3199                    RI != RE; ++RI) {
3200                 Instruction *RIP = *RI;
3201                 if (RetainsToMove.ReverseInsertPts.insert(RIP)) {
3202                   PathCount = BBStates[RIP->getParent()].GetAllPathCount();
3203                   NewDelta += PathCount;
3204                   NewCount += PathCount;
3205                 }
3206               }
3207             NewRetains.push_back(NewReleaseRetain);
3208           }
3209         }
3210       }
3211       NewReleases.clear();
3212       if (NewRetains.empty()) break;
3213     }
3214
3215     // If the pointer is known incremented or nested, we can safely delete the
3216     // pair regardless of what's between them.
3217     if (KnownSafeTD || KnownSafeBU) {
3218       RetainsToMove.ReverseInsertPts.clear();
3219       ReleasesToMove.ReverseInsertPts.clear();
3220       NewCount = 0;
3221     } else {
3222       // Determine whether the new insertion points we computed preserve the
3223       // balance of retain and release calls through the program.
3224       // TODO: If the fully aggressive solution isn't valid, try to find a
3225       // less aggressive solution which is.
3226       if (NewDelta != 0)
3227         goto next_retain;
3228     }
3229
3230     // Determine whether the original call points are balanced in the retain and
3231     // release calls through the program. If not, conservatively don't touch
3232     // them.
3233     // TODO: It's theoretically possible to do code motion in this case, as
3234     // long as the existing imbalances are maintained.
3235     if (OldDelta != 0)
3236       goto next_retain;
3237
3238     // Ok, everything checks out and we're all set. Let's move some code!
3239     Changed = true;
3240     AnyPairsCompletelyEliminated = NewCount == 0;
3241     NumRRs += OldCount - NewCount;
3242     MoveCalls(Arg, RetainsToMove, ReleasesToMove,
3243               Retains, Releases, DeadInsts, M);
3244
3245   next_retain:
3246     NewReleases.clear();
3247     NewRetains.clear();
3248     RetainsToMove.clear();
3249     ReleasesToMove.clear();
3250   }
3251
3252   // Now that we're done moving everything, we can delete the newly dead
3253   // instructions, as we no longer need them as insert points.
3254   while (!DeadInsts.empty())
3255     EraseInstruction(DeadInsts.pop_back_val());
3256
3257   return AnyPairsCompletelyEliminated;
3258 }
3259
3260 /// OptimizeWeakCalls - Weak pointer optimizations.
3261 void ObjCARCOpt::OptimizeWeakCalls(Function &F) {
3262   // First, do memdep-style RLE and S2L optimizations. We can't use memdep
3263   // itself because it uses AliasAnalysis and we need to do provenance
3264   // queries instead.
3265   for (inst_iterator I = inst_begin(&F), E = inst_end(&F); I != E; ) {
3266     Instruction *Inst = &*I++;
3267     InstructionClass Class = GetBasicInstructionClass(Inst);
3268     if (Class != IC_LoadWeak && Class != IC_LoadWeakRetained)
3269       continue;
3270
3271     // Delete objc_loadWeak calls with no users.
3272     if (Class == IC_LoadWeak && Inst->use_empty()) {
3273       Inst->eraseFromParent();
3274       continue;
3275     }
3276
3277     // TODO: For now, just look for an earlier available version of this value
3278     // within the same block. Theoretically, we could do memdep-style non-local
3279     // analysis too, but that would want caching. A better approach would be to
3280     // use the technique that EarlyCSE uses.
3281     inst_iterator Current = llvm::prior(I);
3282     BasicBlock *CurrentBB = Current.getBasicBlockIterator();
3283     for (BasicBlock::iterator B = CurrentBB->begin(),
3284                               J = Current.getInstructionIterator();
3285          J != B; --J) {
3286       Instruction *EarlierInst = &*llvm::prior(J);
3287       InstructionClass EarlierClass = GetInstructionClass(EarlierInst);
3288       switch (EarlierClass) {
3289       case IC_LoadWeak:
3290       case IC_LoadWeakRetained: {
3291         // If this is loading from the same pointer, replace this load's value
3292         // with that one.
3293         CallInst *Call = cast<CallInst>(Inst);
3294         CallInst *EarlierCall = cast<CallInst>(EarlierInst);
3295         Value *Arg = Call->getArgOperand(0);
3296         Value *EarlierArg = EarlierCall->getArgOperand(0);
3297         switch (PA.getAA()->alias(Arg, EarlierArg)) {
3298         case AliasAnalysis::MustAlias:
3299           Changed = true;
3300           // If the load has a builtin retain, insert a plain retain for it.
3301           if (Class == IC_LoadWeakRetained) {
3302             CallInst *CI =
3303               CallInst::Create(getRetainCallee(F.getParent()), EarlierCall,
3304                                "", Call);
3305             CI->setTailCall();
3306           }
3307           // Zap the fully redundant load.
3308           Call->replaceAllUsesWith(EarlierCall);
3309           Call->eraseFromParent();
3310           goto clobbered;
3311         case AliasAnalysis::MayAlias:
3312         case AliasAnalysis::PartialAlias:
3313           goto clobbered;
3314         case AliasAnalysis::NoAlias:
3315           break;
3316         }
3317         break;
3318       }
3319       case IC_StoreWeak:
3320       case IC_InitWeak: {
3321         // If this is storing to the same pointer and has the same size etc.
3322         // replace this load's value with the stored value.
3323         CallInst *Call = cast<CallInst>(Inst);
3324         CallInst *EarlierCall = cast<CallInst>(EarlierInst);
3325         Value *Arg = Call->getArgOperand(0);
3326         Value *EarlierArg = EarlierCall->getArgOperand(0);
3327         switch (PA.getAA()->alias(Arg, EarlierArg)) {
3328         case AliasAnalysis::MustAlias:
3329           Changed = true;
3330           // If the load has a builtin retain, insert a plain retain for it.
3331           if (Class == IC_LoadWeakRetained) {
3332             CallInst *CI =
3333               CallInst::Create(getRetainCallee(F.getParent()), EarlierCall,
3334                                "", Call);
3335             CI->setTailCall();
3336           }
3337           // Zap the fully redundant load.
3338           Call->replaceAllUsesWith(EarlierCall->getArgOperand(1));
3339           Call->eraseFromParent();
3340           goto clobbered;
3341         case AliasAnalysis::MayAlias:
3342         case AliasAnalysis::PartialAlias:
3343           goto clobbered;
3344         case AliasAnalysis::NoAlias:
3345           break;
3346         }
3347         break;
3348       }
3349       case IC_MoveWeak:
3350       case IC_CopyWeak:
3351         // TOOD: Grab the copied value.
3352         goto clobbered;
3353       case IC_AutoreleasepoolPush:
3354       case IC_None:
3355       case IC_User:
3356         // Weak pointers are only modified through the weak entry points
3357         // (and arbitrary calls, which could call the weak entry points).
3358         break;
3359       default:
3360         // Anything else could modify the weak pointer.
3361         goto clobbered;
3362       }
3363     }
3364   clobbered:;
3365   }
3366
3367   // Then, for each destroyWeak with an alloca operand, check to see if
3368   // the alloca and all its users can be zapped.
3369   for (inst_iterator I = inst_begin(&F), E = inst_end(&F); I != E; ) {
3370     Instruction *Inst = &*I++;
3371     InstructionClass Class = GetBasicInstructionClass(Inst);
3372     if (Class != IC_DestroyWeak)
3373       continue;
3374
3375     CallInst *Call = cast<CallInst>(Inst);
3376     Value *Arg = Call->getArgOperand(0);
3377     if (AllocaInst *Alloca = dyn_cast<AllocaInst>(Arg)) {
3378       for (Value::use_iterator UI = Alloca->use_begin(),
3379            UE = Alloca->use_end(); UI != UE; ++UI) {
3380         Instruction *UserInst = cast<Instruction>(*UI);
3381         switch (GetBasicInstructionClass(UserInst)) {
3382         case IC_InitWeak:
3383         case IC_StoreWeak:
3384         case IC_DestroyWeak:
3385           continue;
3386         default:
3387           goto done;
3388         }
3389       }
3390       Changed = true;
3391       for (Value::use_iterator UI = Alloca->use_begin(),
3392            UE = Alloca->use_end(); UI != UE; ) {
3393         CallInst *UserInst = cast<CallInst>(*UI++);
3394         if (!UserInst->use_empty())
3395           UserInst->replaceAllUsesWith(UserInst->getArgOperand(0));
3396         UserInst->eraseFromParent();
3397       }
3398       Alloca->eraseFromParent();
3399     done:;
3400     }
3401   }
3402 }
3403
3404 /// OptimizeSequences - Identify program paths which execute sequences of
3405 /// retains and releases which can be eliminated.
3406 bool ObjCARCOpt::OptimizeSequences(Function &F) {
3407   /// Releases, Retains - These are used to store the results of the main flow
3408   /// analysis. These use Value* as the key instead of Instruction* so that the
3409   /// map stays valid when we get around to rewriting code and calls get
3410   /// replaced by arguments.
3411   DenseMap<Value *, RRInfo> Releases;
3412   MapVector<Value *, RRInfo> Retains;
3413
3414   /// BBStates, This is used during the traversal of the function to track the
3415   /// states for each identified object at each block.
3416   DenseMap<const BasicBlock *, BBState> BBStates;
3417
3418   // Analyze the CFG of the function, and all instructions.
3419   bool NestingDetected = Visit(F, BBStates, Retains, Releases);
3420
3421   // Transform.
3422   return PerformCodePlacement(BBStates, Retains, Releases, F.getParent()) &&
3423          NestingDetected;
3424 }
3425
3426 /// OptimizeReturns - Look for this pattern:
3427 ///
3428 ///    %call = call i8* @something(...)
3429 ///    %2 = call i8* @objc_retain(i8* %call)
3430 ///    %3 = call i8* @objc_autorelease(i8* %2)
3431 ///    ret i8* %3
3432 ///
3433 /// And delete the retain and autorelease.
3434 ///
3435 /// Otherwise if it's just this:
3436 ///
3437 ///    %3 = call i8* @objc_autorelease(i8* %2)
3438 ///    ret i8* %3
3439 ///
3440 /// convert the autorelease to autoreleaseRV.
3441 void ObjCARCOpt::OptimizeReturns(Function &F) {
3442   if (!F.getReturnType()->isPointerTy())
3443     return;
3444
3445   SmallPtrSet<Instruction *, 4> DependingInstructions;
3446   SmallPtrSet<const BasicBlock *, 4> Visited;
3447   for (Function::iterator FI = F.begin(), FE = F.end(); FI != FE; ++FI) {
3448     BasicBlock *BB = FI;
3449     ReturnInst *Ret = dyn_cast<ReturnInst>(&BB->back());
3450     if (!Ret) continue;
3451
3452     const Value *Arg = StripPointerCastsAndObjCCalls(Ret->getOperand(0));
3453     FindDependencies(NeedsPositiveRetainCount, Arg,
3454                      BB, Ret, DependingInstructions, Visited, PA);
3455     if (DependingInstructions.size() != 1)
3456       goto next_block;
3457
3458     {
3459       CallInst *Autorelease =
3460         dyn_cast_or_null<CallInst>(*DependingInstructions.begin());
3461       if (!Autorelease)
3462         goto next_block;
3463       InstructionClass AutoreleaseClass =
3464         GetBasicInstructionClass(Autorelease);
3465       if (!IsAutorelease(AutoreleaseClass))
3466         goto next_block;
3467       if (GetObjCArg(Autorelease) != Arg)
3468         goto next_block;
3469
3470       DependingInstructions.clear();
3471       Visited.clear();
3472
3473       // Check that there is nothing that can affect the reference
3474       // count between the autorelease and the retain.
3475       FindDependencies(CanChangeRetainCount, Arg,
3476                        BB, Autorelease, DependingInstructions, Visited, PA);
3477       if (DependingInstructions.size() != 1)
3478         goto next_block;
3479
3480       {
3481         CallInst *Retain =
3482           dyn_cast_or_null<CallInst>(*DependingInstructions.begin());
3483
3484         // Check that we found a retain with the same argument.
3485         if (!Retain ||
3486             !IsRetain(GetBasicInstructionClass(Retain)) ||
3487             GetObjCArg(Retain) != Arg)
3488           goto next_block;
3489
3490         DependingInstructions.clear();
3491         Visited.clear();
3492
3493         // Convert the autorelease to an autoreleaseRV, since it's
3494         // returning the value.
3495         if (AutoreleaseClass == IC_Autorelease) {
3496           Autorelease->setCalledFunction(getAutoreleaseRVCallee(F.getParent()));
3497           AutoreleaseClass = IC_AutoreleaseRV;
3498         }
3499
3500         // Check that there is nothing that can affect the reference
3501         // count between the retain and the call.
3502         // Note that Retain need not be in BB.
3503         FindDependencies(CanChangeRetainCount, Arg, Retain->getParent(), Retain,
3504                          DependingInstructions, Visited, PA);
3505         if (DependingInstructions.size() != 1)
3506           goto next_block;
3507
3508         {
3509           CallInst *Call =
3510             dyn_cast_or_null<CallInst>(*DependingInstructions.begin());
3511
3512           // Check that the pointer is the return value of the call.
3513           if (!Call || Arg != Call)
3514             goto next_block;
3515
3516           // Check that the call is a regular call.
3517           InstructionClass Class = GetBasicInstructionClass(Call);
3518           if (Class != IC_CallOrUser && Class != IC_Call)
3519             goto next_block;
3520
3521           // If so, we can zap the retain and autorelease.
3522           Changed = true;
3523           ++NumRets;
3524           EraseInstruction(Retain);
3525           EraseInstruction(Autorelease);
3526         }
3527       }
3528     }
3529
3530   next_block:
3531     DependingInstructions.clear();
3532     Visited.clear();
3533   }
3534 }
3535
3536 bool ObjCARCOpt::doInitialization(Module &M) {
3537   if (!EnableARCOpts)
3538     return false;
3539
3540   Run = ModuleHasARC(M);
3541   if (!Run)
3542     return false;
3543
3544   // Identify the imprecise release metadata kind.
3545   ImpreciseReleaseMDKind =
3546     M.getContext().getMDKindID("clang.imprecise_release");
3547   CopyOnEscapeMDKind =
3548     M.getContext().getMDKindID("clang.arc.copy_on_escape");
3549   NoObjCARCExceptionsMDKind =
3550     M.getContext().getMDKindID("clang.arc.no_objc_arc_exceptions");
3551
3552   // Intuitively, objc_retain and others are nocapture, however in practice
3553   // they are not, because they return their argument value. And objc_release
3554   // calls finalizers.
3555
3556   // These are initialized lazily.
3557   RetainRVCallee = 0;
3558   AutoreleaseRVCallee = 0;
3559   ReleaseCallee = 0;
3560   RetainCallee = 0;
3561   RetainBlockCallee = 0;
3562   AutoreleaseCallee = 0;
3563
3564   return false;
3565 }
3566
3567 bool ObjCARCOpt::runOnFunction(Function &F) {
3568   if (!EnableARCOpts)
3569     return false;
3570
3571   // If nothing in the Module uses ARC, don't do anything.
3572   if (!Run)
3573     return false;
3574
3575   Changed = false;
3576
3577   PA.setAA(&getAnalysis<AliasAnalysis>());
3578
3579   // This pass performs several distinct transformations. As a compile-time aid
3580   // when compiling code that isn't ObjC, skip these if the relevant ObjC
3581   // library functions aren't declared.
3582
3583   // Preliminary optimizations. This also computs UsedInThisFunction.
3584   OptimizeIndividualCalls(F);
3585
3586   // Optimizations for weak pointers.
3587   if (UsedInThisFunction & ((1 << IC_LoadWeak) |
3588                             (1 << IC_LoadWeakRetained) |
3589                             (1 << IC_StoreWeak) |
3590                             (1 << IC_InitWeak) |
3591                             (1 << IC_CopyWeak) |
3592                             (1 << IC_MoveWeak) |
3593                             (1 << IC_DestroyWeak)))
3594     OptimizeWeakCalls(F);
3595
3596   // Optimizations for retain+release pairs.
3597   if (UsedInThisFunction & ((1 << IC_Retain) |
3598                             (1 << IC_RetainRV) |
3599                             (1 << IC_RetainBlock)))
3600     if (UsedInThisFunction & (1 << IC_Release))
3601       // Run OptimizeSequences until it either stops making changes or
3602       // no retain+release pair nesting is detected.
3603       while (OptimizeSequences(F)) {}
3604
3605   // Optimizations if objc_autorelease is used.
3606   if (UsedInThisFunction &
3607       ((1 << IC_Autorelease) | (1 << IC_AutoreleaseRV)))
3608     OptimizeReturns(F);
3609
3610   return Changed;
3611 }
3612
3613 void ObjCARCOpt::releaseMemory() {
3614   PA.clear();
3615 }
3616
3617 //===----------------------------------------------------------------------===//
3618 // ARC contraction.
3619 //===----------------------------------------------------------------------===//
3620
3621 // TODO: ObjCARCContract could insert PHI nodes when uses aren't
3622 // dominated by single calls.
3623
3624 #include "llvm/Operator.h"
3625 #include "llvm/InlineAsm.h"
3626 #include "llvm/Analysis/Dominators.h"
3627
3628 STATISTIC(NumStoreStrongs, "Number objc_storeStrong calls formed");
3629
3630 namespace {
3631   /// ObjCARCContract - Late ARC optimizations.  These change the IR in a way
3632   /// that makes it difficult to be analyzed by ObjCARCOpt, so it's run late.
3633   class ObjCARCContract : public FunctionPass {
3634     bool Changed;
3635     AliasAnalysis *AA;
3636     DominatorTree *DT;
3637     ProvenanceAnalysis PA;
3638
3639     /// Run - A flag indicating whether this optimization pass should run.
3640     bool Run;
3641
3642     /// StoreStrongCallee, etc. - Declarations for ObjC runtime
3643     /// functions, for use in creating calls to them. These are initialized
3644     /// lazily to avoid cluttering up the Module with unused declarations.
3645     Constant *StoreStrongCallee,
3646              *RetainAutoreleaseCallee, *RetainAutoreleaseRVCallee;
3647
3648     /// RetainRVMarker - The inline asm string to insert between calls and
3649     /// RetainRV calls to make the optimization work on targets which need it.
3650     const MDString *RetainRVMarker;
3651
3652     /// StoreStrongCalls - The set of inserted objc_storeStrong calls. If
3653     /// at the end of walking the function we have found no alloca
3654     /// instructions, these calls can be marked "tail".
3655     DenseSet<CallInst *> StoreStrongCalls;
3656
3657     Constant *getStoreStrongCallee(Module *M);
3658     Constant *getRetainAutoreleaseCallee(Module *M);
3659     Constant *getRetainAutoreleaseRVCallee(Module *M);
3660
3661     bool ContractAutorelease(Function &F, Instruction *Autorelease,
3662                              InstructionClass Class,
3663                              SmallPtrSet<Instruction *, 4>
3664                                &DependingInstructions,
3665                              SmallPtrSet<const BasicBlock *, 4>
3666                                &Visited);
3667
3668     void ContractRelease(Instruction *Release,
3669                          inst_iterator &Iter);
3670
3671     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const;
3672     virtual bool doInitialization(Module &M);
3673     virtual bool runOnFunction(Function &F);
3674
3675   public:
3676     static char ID;
3677     ObjCARCContract() : FunctionPass(ID) {
3678       initializeObjCARCContractPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
3679     }
3680   };
3681 }
3682
3683 char ObjCARCContract::ID = 0;
3684 INITIALIZE_PASS_BEGIN(ObjCARCContract,
3685                       "objc-arc-contract", "ObjC ARC contraction", false, false)
3686 INITIALIZE_AG_DEPENDENCY(AliasAnalysis)
3687 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(DominatorTree)
3688 INITIALIZE_PASS_END(ObjCARCContract,
3689                     "objc-arc-contract", "ObjC ARC contraction", false, false)
3690
3691 Pass *llvm::createObjCARCContractPass() {
3692   return new ObjCARCContract();
3693 }
3694
3695 void ObjCARCContract::getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
3696   AU.addRequired<AliasAnalysis>();
3697   AU.addRequired<DominatorTree>();
3698   AU.setPreservesCFG();
3699 }
3700
3701 Constant *ObjCARCContract::getStoreStrongCallee(Module *M) {
3702   if (!StoreStrongCallee) {
3703     LLVMContext &C = M->getContext();
3704     Type *I8X = PointerType::getUnqual(Type::getInt8Ty(C));
3705     Type *I8XX = PointerType::getUnqual(I8X);
3706     std::vector<Type *> Params;
3707     Params.push_back(I8XX);
3708     Params.push_back(I8X);
3709
3710     AttrListPtr Attributes;
3711     Attributes.addAttr(~0u, Attribute::NoUnwind);
3712     Attributes.addAttr(1, Attribute::NoCapture);
3713
3714     StoreStrongCallee =
3715       M->getOrInsertFunction(
3716         "objc_storeStrong",
3717         FunctionType::get(Type::getVoidTy(C), Params, /*isVarArg=*/false),
3718         Attributes);
3719   }
3720   return StoreStrongCallee;
3721 }
3722
3723 Constant *ObjCARCContract::getRetainAutoreleaseCallee(Module *M) {
3724   if (!RetainAutoreleaseCallee) {
3725     LLVMContext &C = M->getContext();
3726     Type *I8X = PointerType::getUnqual(Type::getInt8Ty(C));
3727     std::vector<Type *> Params;
3728     Params.push_back(I8X);
3729     FunctionType *FTy =
3730       FunctionType::get(I8X, Params, /*isVarArg=*/false);
3731     AttrListPtr Attributes;
3732     Attributes.addAttr(~0u, Attribute::NoUnwind);
3733     RetainAutoreleaseCallee =
3734       M->getOrInsertFunction("objc_retainAutorelease", FTy, Attributes);
3735   }
3736   return RetainAutoreleaseCallee;
3737 }
3738
3739 Constant *ObjCARCContract::getRetainAutoreleaseRVCallee(Module *M) {
3740   if (!RetainAutoreleaseRVCallee) {
3741     LLVMContext &C = M->getContext();
3742     Type *I8X = PointerType::getUnqual(Type::getInt8Ty(C));
3743     std::vector<Type *> Params;
3744     Params.push_back(I8X);
3745     FunctionType *FTy =
3746       FunctionType::get(I8X, Params, /*isVarArg=*/false);
3747     AttrListPtr Attributes;
3748     Attributes.addAttr(~0u, Attribute::NoUnwind);
3749     RetainAutoreleaseRVCallee =
3750       M->getOrInsertFunction("objc_retainAutoreleaseReturnValue", FTy,
3751                              Attributes);
3752   }
3753   return RetainAutoreleaseRVCallee;
3754 }
3755
3756 /// ContractAutorelease - Merge an autorelease with a retain into a fused
3757 /// call.
3758 bool
3759 ObjCARCContract::ContractAutorelease(Function &F, Instruction *Autorelease,
3760                                      InstructionClass Class,
3761                                      SmallPtrSet<Instruction *, 4>
3762                                        &DependingInstructions,
3763                                      SmallPtrSet<const BasicBlock *, 4>
3764                                        &Visited) {
3765   const Value *Arg = GetObjCArg(Autorelease);
3766
3767   // Check that there are no instructions between the retain and the autorelease
3768   // (such as an autorelease_pop) which may change the count.
3769   CallInst *Retain = 0;
3770   if (Class == IC_AutoreleaseRV)
3771     FindDependencies(RetainAutoreleaseRVDep, Arg,
3772                      Autorelease->getParent(), Autorelease,
3773                      DependingInstructions, Visited, PA);
3774   else
3775     FindDependencies(RetainAutoreleaseDep, Arg,
3776                      Autorelease->getParent(), Autorelease,
3777                      DependingInstructions, Visited, PA);
3778
3779   Visited.clear();
3780   if (DependingInstructions.size() != 1) {
3781     DependingInstructions.clear();
3782     return false;
3783   }
3784
3785   Retain = dyn_cast_or_null<CallInst>(*DependingInstructions.begin());
3786   DependingInstructions.clear();
3787
3788   if (!Retain ||
3789       GetBasicInstructionClass(Retain) != IC_Retain ||
3790       GetObjCArg(Retain) != Arg)
3791     return false;
3792
3793   Changed = true;
3794   ++NumPeeps;
3795
3796   if (Class == IC_AutoreleaseRV)
3797     Retain->setCalledFunction(getRetainAutoreleaseRVCallee(F.getParent()));
3798   else
3799     Retain->setCalledFunction(getRetainAutoreleaseCallee(F.getParent()));
3800
3801   EraseInstruction(Autorelease);
3802   return true;
3803 }
3804
3805 /// ContractRelease - Attempt to merge an objc_release with a store, load, and
3806 /// objc_retain to form an objc_storeStrong. This can be a little tricky because
3807 /// the instructions don't always appear in order, and there may be unrelated
3808 /// intervening instructions.
3809 void ObjCARCContract::ContractRelease(Instruction *Release,
3810                                       inst_iterator &Iter) {
3811   LoadInst *Load = dyn_cast<LoadInst>(GetObjCArg(Release));
3812   if (!Load || !Load->isSimple()) return;
3813
3814   // For now, require everything to be in one basic block.
3815   BasicBlock *BB = Release->getParent();
3816   if (Load->getParent() != BB) return;
3817
3818   // Walk down to find the store.
3819   BasicBlock::iterator I = Load, End = BB->end();
3820   ++I;
3821   AliasAnalysis::Location Loc = AA->getLocation(Load);
3822   while (I != End &&
3823          (&*I == Release ||
3824           IsRetain(GetBasicInstructionClass(I)) ||
3825           !(AA->getModRefInfo(I, Loc) & AliasAnalysis::Mod)))
3826     ++I;
3827   StoreInst *Store = dyn_cast<StoreInst>(I);
3828   if (!Store || !Store->isSimple()) return;
3829   if (Store->getPointerOperand() != Loc.Ptr) return;
3830
3831   Value *New = StripPointerCastsAndObjCCalls(Store->getValueOperand());
3832
3833   // Walk up to find the retain.
3834   I = Store;
3835   BasicBlock::iterator Begin = BB->begin();
3836   while (I != Begin && GetBasicInstructionClass(I) != IC_Retain)
3837     --I;
3838   Instruction *Retain = I;
3839   if (GetBasicInstructionClass(Retain) != IC_Retain) return;
3840   if (GetObjCArg(Retain) != New) return;
3841
3842   Changed = true;
3843   ++NumStoreStrongs;
3844
3845   LLVMContext &C = Release->getContext();
3846   Type *I8X = PointerType::getUnqual(Type::getInt8Ty(C));
3847   Type *I8XX = PointerType::getUnqual(I8X);
3848
3849   Value *Args[] = { Load->getPointerOperand(), New };
3850   if (Args[0]->getType() != I8XX)
3851     Args[0] = new BitCastInst(Args[0], I8XX, "", Store);
3852   if (Args[1]->getType() != I8X)
3853     Args[1] = new BitCastInst(Args[1], I8X, "", Store);
3854   CallInst *StoreStrong =
3855     CallInst::Create(getStoreStrongCallee(BB->getParent()->getParent()),
3856                      Args, "", Store);
3857   StoreStrong->setDoesNotThrow();
3858   StoreStrong->setDebugLoc(Store->getDebugLoc());
3859
3860   // We can't set the tail flag yet, because we haven't yet determined
3861   // whether there are any escaping allocas. Remember this call, so that
3862   // we can set the tail flag once we know it's safe.
3863   StoreStrongCalls.insert(StoreStrong);
3864
3865   if (&*Iter == Store) ++Iter;
3866   Store->eraseFromParent();
3867   Release->eraseFromParent();
3868   EraseInstruction(Retain);
3869   if (Load->use_empty())
3870     Load->eraseFromParent();
3871 }
3872
3873 bool ObjCARCContract::doInitialization(Module &M) {
3874   Run = ModuleHasARC(M);
3875   if (!Run)
3876     return false;
3877
3878   // These are initialized lazily.
3879   StoreStrongCallee = 0;
3880   RetainAutoreleaseCallee = 0;
3881   RetainAutoreleaseRVCallee = 0;
3882
3883   // Initialize RetainRVMarker.
3884   RetainRVMarker = 0;
3885   if (NamedMDNode *NMD =
3886         M.getNamedMetadata("clang.arc.retainAutoreleasedReturnValueMarker"))
3887     if (NMD->getNumOperands() == 1) {
3888       const MDNode *N = NMD->getOperand(0);
3889       if (N->getNumOperands() == 1)
3890         if (const MDString *S = dyn_cast<MDString>(N->getOperand(0)))
3891           RetainRVMarker = S;
3892     }
3893
3894   return false;
3895 }
3896
3897 bool ObjCARCContract::runOnFunction(Function &F) {
3898   if (!EnableARCOpts)
3899     return false;
3900
3901   // If nothing in the Module uses ARC, don't do anything.
3902   if (!Run)
3903     return false;
3904
3905   Changed = false;
3906   AA = &getAnalysis<AliasAnalysis>();
3907   DT = &getAnalysis<DominatorTree>();
3908
3909   PA.setAA(&getAnalysis<AliasAnalysis>());
3910
3911   // Track whether it's ok to mark objc_storeStrong calls with the "tail"
3912   // keyword. Be conservative if the function has variadic arguments.
3913   // It seems that functions which "return twice" are also unsafe for the
3914   // "tail" argument, because they are setjmp, which could need to
3915   // return to an earlier stack state.
3916   bool TailOkForStoreStrongs = !F.isVarArg() && !F.callsFunctionThatReturnsTwice();
3917
3918   // For ObjC library calls which return their argument, replace uses of the
3919   // argument with uses of the call return value, if it dominates the use. This
3920   // reduces register pressure.
3921   SmallPtrSet<Instruction *, 4> DependingInstructions;
3922   SmallPtrSet<const BasicBlock *, 4> Visited;
3923   for (inst_iterator I = inst_begin(&F), E = inst_end(&F); I != E; ) {
3924     Instruction *Inst = &*I++;
3925
3926     // Only these library routines return their argument. In particular,
3927     // objc_retainBlock does not necessarily return its argument.
3928     InstructionClass Class = GetBasicInstructionClass(Inst);
3929     switch (Class) {
3930     case IC_Retain:
3931     case IC_FusedRetainAutorelease:
3932     case IC_FusedRetainAutoreleaseRV:
3933       break;
3934     case IC_Autorelease:
3935     case IC_AutoreleaseRV:
3936       if (ContractAutorelease(F, Inst, Class, DependingInstructions, Visited))
3937         continue;
3938       break;
3939     case IC_RetainRV: {
3940       // If we're compiling for a target which needs a special inline-asm
3941       // marker to do the retainAutoreleasedReturnValue optimization,
3942       // insert it now.
3943       if (!RetainRVMarker)
3944         break;
3945       BasicBlock::iterator BBI = Inst;
3946       --BBI;
3947       while (isNoopInstruction(BBI)) --BBI;
3948       if (&*BBI == GetObjCArg(Inst)) {
3949         InlineAsm *IA =
3950           InlineAsm::get(FunctionType::get(Type::getVoidTy(Inst->getContext()),
3951                                            /*isVarArg=*/false),
3952                          RetainRVMarker->getString(),
3953                          /*Constraints=*/"", /*hasSideEffects=*/true);
3954         CallInst::Create(IA, "", Inst);
3955       }
3956       break;
3957     }
3958     case IC_InitWeak: {
3959       // objc_initWeak(p, null) => *p = null
3960       CallInst *CI = cast<CallInst>(Inst);
3961       if (isNullOrUndef(CI->getArgOperand(1))) {
3962         Value *Null =
3963           ConstantPointerNull::get(cast<PointerType>(CI->getType()));
3964         Changed = true;
3965         new StoreInst(Null, CI->getArgOperand(0), CI);
3966         CI->replaceAllUsesWith(Null);
3967         CI->eraseFromParent();
3968       }
3969       continue;
3970     }
3971     case IC_Release:
3972       ContractRelease(Inst, I);
3973       continue;
3974     case IC_User:
3975       // Be conservative if the function has any alloca instructions.
3976       // Technically we only care about escaping alloca instructions,
3977       // but this is sufficient to handle some interesting cases.
3978       if (isa<AllocaInst>(Inst))
3979         TailOkForStoreStrongs = false;
3980       continue;
3981     default:
3982       continue;
3983     }
3984
3985     // Don't use GetObjCArg because we don't want to look through bitcasts
3986     // and such; to do the replacement, the argument must have type i8*.
3987     const Value *Arg = cast<CallInst>(Inst)->getArgOperand(0);
3988     for (;;) {
3989       // If we're compiling bugpointed code, don't get in trouble.
3990       if (!isa<Instruction>(Arg) && !isa<Argument>(Arg))
3991         break;
3992       // Look through the uses of the pointer.
3993       for (Value::const_use_iterator UI = Arg->use_begin(), UE = Arg->use_end();
3994            UI != UE; ) {
3995         Use &U = UI.getUse();
3996         unsigned OperandNo = UI.getOperandNo();
3997         ++UI; // Increment UI now, because we may unlink its element.
3998         if (Instruction *UserInst = dyn_cast<Instruction>(U.getUser()))
3999           if (Inst != UserInst && DT->dominates(Inst, UserInst)) {
4000             Changed = true;
4001             Instruction *Replacement = Inst;
4002             Type *UseTy = U.get()->getType();
4003             if (PHINode *PHI = dyn_cast<PHINode>(UserInst)) {
4004               // For PHI nodes, insert the bitcast in the predecessor block.
4005               unsigned ValNo =
4006                 PHINode::getIncomingValueNumForOperand(OperandNo);
4007               BasicBlock *BB =
4008                 PHI->getIncomingBlock(ValNo);
4009               if (Replacement->getType() != UseTy)
4010                 Replacement = new BitCastInst(Replacement, UseTy, "",
4011                                               &BB->back());
4012               for (unsigned i = 0, e = PHI->getNumIncomingValues();
4013                    i != e; ++i)
4014                 if (PHI->getIncomingBlock(i) == BB) {
4015                   // Keep the UI iterator valid.
4016                   if (&PHI->getOperandUse(
4017                         PHINode::getOperandNumForIncomingValue(i)) ==
4018                         &UI.getUse())
4019                     ++UI;
4020                   PHI->setIncomingValue(i, Replacement);
4021                 }
4022             } else {
4023               if (Replacement->getType() != UseTy)
4024                 Replacement = new BitCastInst(Replacement, UseTy, "", UserInst);
4025               U.set(Replacement);
4026             }
4027           }
4028       }
4029
4030       // If Arg is a no-op casted pointer, strip one level of casts and
4031       // iterate.
4032       if (const BitCastInst *BI = dyn_cast<BitCastInst>(Arg))
4033         Arg = BI->getOperand(0);
4034       else if (isa<GEPOperator>(Arg) &&
4035                cast<GEPOperator>(Arg)->hasAllZeroIndices())
4036         Arg = cast<GEPOperator>(Arg)->getPointerOperand();
4037       else if (isa<GlobalAlias>(Arg) &&
4038                !cast<GlobalAlias>(Arg)->mayBeOverridden())
4039         Arg = cast<GlobalAlias>(Arg)->getAliasee();
4040       else
4041         break;
4042     }
4043   }
4044
4045   // If this function has no escaping allocas or suspicious vararg usage,
4046   // objc_storeStrong calls can be marked with the "tail" keyword.
4047   if (TailOkForStoreStrongs)
4048     for (DenseSet<CallInst *>::iterator I = StoreStrongCalls.begin(),
4049          E = StoreStrongCalls.end(); I != E; ++I)
4050       (*I)->setTailCall();
4051   StoreStrongCalls.clear();
4052
4053   return Changed;
4054 }