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[oota-llvm.git] / lib / Transforms / Scalar / TailRecursionElimination.cpp
1 //===- TailRecursionElimination.cpp - Eliminate Tail Calls ----------------===//
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 transforms calls of the current function (self recursion) followed
11 // by a return instruction with a branch to the entry of the function, creating
12 // a loop.  This pass also implements the following extensions to the basic
13 // algorithm:
14 //
15 //  1. Trivial instructions between the call and return do not prevent the
16 //     transformation from taking place, though currently the analysis cannot
17 //     support moving any really useful instructions (only dead ones).
18 //  2. This pass transforms functions that are prevented from being tail
19 //     recursive by an associative and commutative expression to use an
20 //     accumulator variable, thus compiling the typical naive factorial or
21 //     'fib' implementation into efficient code.
22 //  3. TRE is performed if the function returns void, if the return
23 //     returns the result returned by the call, or if the function returns a
24 //     run-time constant on all exits from the function.  It is possible, though
25 //     unlikely, that the return returns something else (like constant 0), and
26 //     can still be TRE'd.  It can be TRE'd if ALL OTHER return instructions in
27 //     the function return the exact same value.
28 //  4. If it can prove that callees do not access their caller stack frame,
29 //     they are marked as eligible for tail call elimination (by the code
30 //     generator).
31 //
32 // There are several improvements that could be made:
33 //
34 //  1. If the function has any alloca instructions, these instructions will be
35 //     moved out of the entry block of the function, causing them to be
36 //     evaluated each time through the tail recursion.  Safely keeping allocas
37 //     in the entry block requires analysis to proves that the tail-called
38 //     function does not read or write the stack object.
39 //  2. Tail recursion is only performed if the call immediately precedes the
40 //     return instruction.  It's possible that there could be a jump between
41 //     the call and the return.
42 //  3. There can be intervening operations between the call and the return that
43 //     prevent the TRE from occurring.  For example, there could be GEP's and
44 //     stores to memory that will not be read or written by the call.  This
45 //     requires some substantial analysis (such as with DSA) to prove safe to
46 //     move ahead of the call, but doing so could allow many more TREs to be
47 //     performed, for example in TreeAdd/TreeAlloc from the treeadd benchmark.
48 //  4. The algorithm we use to detect if callees access their caller stack
49 //     frames is very primitive.
50 //
51 //===----------------------------------------------------------------------===//
52
53 #define DEBUG_TYPE "tailcallelim"
54 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
55 #include "llvm/ADT/STLExtras.h"
56 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
57 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
58 #include "llvm/Analysis/CaptureTracking.h"
59 #include "llvm/Analysis/InlineCost.h"
60 #include "llvm/Analysis/InstructionSimplify.h"
61 #include "llvm/Analysis/Loads.h"
62 #include "llvm/Analysis/TargetTransformInfo.h"
63 #include "llvm/IR/CFG.h"
64 #include "llvm/IR/CallSite.h"
65 #include "llvm/IR/Constants.h"
66 #include "llvm/IR/DerivedTypes.h"
67 #include "llvm/IR/Function.h"
68 #include "llvm/IR/Instructions.h"
69 #include "llvm/IR/IntrinsicInst.h"
70 #include "llvm/IR/Module.h"
71 #include "llvm/IR/ValueHandle.h"
72 #include "llvm/Pass.h"
73 #include "llvm/Support/Debug.h"
74 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
75 #include "llvm/Transforms/Utils/BasicBlockUtils.h"
76 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
77 using namespace llvm;
78
79 STATISTIC(NumEliminated, "Number of tail calls removed");
80 STATISTIC(NumRetDuped,   "Number of return duplicated");
81 STATISTIC(NumAccumAdded, "Number of accumulators introduced");
82
83 namespace {
84   struct TailCallElim : public FunctionPass {
85     const TargetTransformInfo *TTI;
86
87     static char ID; // Pass identification, replacement for typeid
88     TailCallElim() : FunctionPass(ID) {
89       initializeTailCallElimPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
90     }
91
92     void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const override;
93
94     bool runOnFunction(Function &F) override;
95
96   private:
97     CallInst *FindTRECandidate(Instruction *I,
98                                bool CannotTailCallElimCallsMarkedTail);
99     bool EliminateRecursiveTailCall(CallInst *CI, ReturnInst *Ret,
100                                     BasicBlock *&OldEntry,
101                                     bool &TailCallsAreMarkedTail,
102                                     SmallVectorImpl<PHINode *> &ArgumentPHIs,
103                                     bool CannotTailCallElimCallsMarkedTail);
104     bool FoldReturnAndProcessPred(BasicBlock *BB,
105                                   ReturnInst *Ret, BasicBlock *&OldEntry,
106                                   bool &TailCallsAreMarkedTail,
107                                   SmallVectorImpl<PHINode *> &ArgumentPHIs,
108                                   bool CannotTailCallElimCallsMarkedTail);
109     bool ProcessReturningBlock(ReturnInst *RI, BasicBlock *&OldEntry,
110                                bool &TailCallsAreMarkedTail,
111                                SmallVectorImpl<PHINode *> &ArgumentPHIs,
112                                bool CannotTailCallElimCallsMarkedTail);
113     bool CanMoveAboveCall(Instruction *I, CallInst *CI);
114     Value *CanTransformAccumulatorRecursion(Instruction *I, CallInst *CI);
115   };
116 }
117
118 char TailCallElim::ID = 0;
119 INITIALIZE_PASS_BEGIN(TailCallElim, "tailcallelim",
120                       "Tail Call Elimination", false, false)
121 INITIALIZE_AG_DEPENDENCY(TargetTransformInfo)
122 INITIALIZE_PASS_END(TailCallElim, "tailcallelim",
123                     "Tail Call Elimination", false, false)
124
125 // Public interface to the TailCallElimination pass
126 FunctionPass *llvm::createTailCallEliminationPass() {
127   return new TailCallElim();
128 }
129
130 void TailCallElim::getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
131   AU.addRequired<TargetTransformInfo>();
132 }
133
134 /// CanTRE - Scan the specified basic block for alloca instructions.
135 /// If it contains any that are variable-sized or not in the entry block,
136 /// returns false.
137 static bool CanTRE(AllocaInst *AI) {
138   // Because of PR962, we don't TRE allocas outside the entry block.
139
140   // If this alloca is in the body of the function, or if it is a variable
141   // sized allocation, we cannot tail call eliminate calls marked 'tail'
142   // with this mechanism.
143   BasicBlock *BB = AI->getParent();
144   return BB == &BB->getParent()->getEntryBlock() &&
145          isa<ConstantInt>(AI->getArraySize());
146 }
147
148 namespace {
149 struct AllocaCaptureTracker : public CaptureTracker {
150   AllocaCaptureTracker() : Captured(false) {}
151
152   void tooManyUses() override { Captured = true; }
153
154   bool shouldExplore(const Use *U) override {
155     Value *V = U->getUser();
156     if (isa<CallInst>(V) || isa<InvokeInst>(V))
157       UsesAlloca.insert(V);
158     return true;
159   }
160
161   bool captured(const Use *U) override {
162     if (isa<ReturnInst>(U->getUser()))
163       return false;
164     Captured = true;
165     return true;
166   }
167
168   bool Captured;
169   SmallPtrSet<const Value *, 16> UsesAlloca;
170 };
171 } // end anonymous namespace
172
173 bool TailCallElim::runOnFunction(Function &F) {
174   if (skipOptnoneFunction(F))
175     return false;
176
177   // If this function is a varargs function, we won't be able to PHI the args
178   // right, so don't even try to convert it...
179   if (F.getFunctionType()->isVarArg()) return false;
180
181   TTI = &getAnalysis<TargetTransformInfo>();
182   BasicBlock *OldEntry = 0;
183   bool TailCallsAreMarkedTail = false;
184   SmallVector<PHINode*, 8> ArgumentPHIs;
185   bool MadeChange = false;
186
187   // CanTRETailMarkedCall - If false, we cannot perform TRE on tail calls
188   // marked with the 'tail' attribute, because doing so would cause the stack
189   // size to increase (real TRE would deallocate variable sized allocas, TRE
190   // doesn't).
191   bool CanTRETailMarkedCall = true;
192
193   // Find calls that can be marked tail.
194   AllocaCaptureTracker ACT;
195   for (Function::iterator BB = F.begin(), EE = F.end(); BB != EE; ++BB) {
196     for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(), E = BB->end(); I != E; ++I) {
197       if (AllocaInst *AI = dyn_cast<AllocaInst>(I)) {
198         CanTRETailMarkedCall &= CanTRE(AI);
199         PointerMayBeCaptured(AI, &ACT);
200         // If any allocas are captured, exit.
201         if (ACT.Captured)
202           return false;
203       }
204     }
205   }
206
207   // If any byval or inalloca args are captured, exit. They are also allocated
208   // in our stack frame.
209   for (Argument &Arg : F.args()) {
210     if (Arg.hasByValOrInAllocaAttr())
211       PointerMayBeCaptured(&Arg, &ACT);
212     if (ACT.Captured)
213       return false;
214   }
215
216   // Second pass, change any tail recursive calls to loops.
217   //
218   // FIXME: The code generator produces really bad code when an 'escaping
219   // alloca' is changed from being a static alloca to being a dynamic alloca.
220   // Until this is resolved, disable this transformation if that would ever
221   // happen.  This bug is PR962.
222   if (ACT.UsesAlloca.empty()) {
223     for (Function::iterator BB = F.begin(), E = F.end(); BB != E; ++BB) {
224       if (ReturnInst *Ret = dyn_cast<ReturnInst>(BB->getTerminator())) {
225         bool Change = ProcessReturningBlock(Ret, OldEntry, TailCallsAreMarkedTail,
226                                             ArgumentPHIs, !CanTRETailMarkedCall);
227         if (!Change && BB->getFirstNonPHIOrDbg() == Ret)
228           Change = FoldReturnAndProcessPred(BB, Ret, OldEntry,
229                                             TailCallsAreMarkedTail, ArgumentPHIs,
230                                             !CanTRETailMarkedCall);
231         MadeChange |= Change;
232       }
233     }
234   }
235
236   // If we eliminated any tail recursions, it's possible that we inserted some
237   // silly PHI nodes which just merge an initial value (the incoming operand)
238   // with themselves.  Check to see if we did and clean up our mess if so.  This
239   // occurs when a function passes an argument straight through to its tail
240   // call.
241   if (!ArgumentPHIs.empty()) {
242     for (unsigned i = 0, e = ArgumentPHIs.size(); i != e; ++i) {
243       PHINode *PN = ArgumentPHIs[i];
244
245       // If the PHI Node is a dynamic constant, replace it with the value it is.
246       if (Value *PNV = SimplifyInstruction(PN)) {
247         PN->replaceAllUsesWith(PNV);
248         PN->eraseFromParent();
249       }
250     }
251   }
252
253   // At this point, we know that the function does not have any captured
254   // allocas. If additionally the function does not call setjmp, mark all calls
255   // in the function that do not access stack memory with the tail keyword. This
256   // implies ensuring that there does not exist any path from a call that takes
257   // in an alloca but does not capture it and the call which we wish to mark
258   // with "tail".
259   if (!F.callsFunctionThatReturnsTwice()) {
260     for (Function::iterator BB = F.begin(), E = F.end(); BB != E; ++BB) {
261       for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(), E = BB->end(); I != E; ++I) {
262         if (CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(I)) {
263           if (!ACT.UsesAlloca.count(CI)) {
264             CI->setTailCall();
265             MadeChange = true;
266           }
267         }
268       }
269     }
270   }
271
272   return MadeChange;
273 }
274
275
276 /// CanMoveAboveCall - Return true if it is safe to move the specified
277 /// instruction from after the call to before the call, assuming that all
278 /// instructions between the call and this instruction are movable.
279 ///
280 bool TailCallElim::CanMoveAboveCall(Instruction *I, CallInst *CI) {
281   // FIXME: We can move load/store/call/free instructions above the call if the
282   // call does not mod/ref the memory location being processed.
283   if (I->mayHaveSideEffects())  // This also handles volatile loads.
284     return false;
285
286   if (LoadInst *L = dyn_cast<LoadInst>(I)) {
287     // Loads may always be moved above calls without side effects.
288     if (CI->mayHaveSideEffects()) {
289       // Non-volatile loads may be moved above a call with side effects if it
290       // does not write to memory and the load provably won't trap.
291       // FIXME: Writes to memory only matter if they may alias the pointer
292       // being loaded from.
293       if (CI->mayWriteToMemory() ||
294           !isSafeToLoadUnconditionally(L->getPointerOperand(), L,
295                                        L->getAlignment()))
296         return false;
297     }
298   }
299
300   // Otherwise, if this is a side-effect free instruction, check to make sure
301   // that it does not use the return value of the call.  If it doesn't use the
302   // return value of the call, it must only use things that are defined before
303   // the call, or movable instructions between the call and the instruction
304   // itself.
305   for (unsigned i = 0, e = I->getNumOperands(); i != e; ++i)
306     if (I->getOperand(i) == CI)
307       return false;
308   return true;
309 }
310
311 // isDynamicConstant - Return true if the specified value is the same when the
312 // return would exit as it was when the initial iteration of the recursive
313 // function was executed.
314 //
315 // We currently handle static constants and arguments that are not modified as
316 // part of the recursion.
317 //
318 static bool isDynamicConstant(Value *V, CallInst *CI, ReturnInst *RI) {
319   if (isa<Constant>(V)) return true; // Static constants are always dyn consts
320
321   // Check to see if this is an immutable argument, if so, the value
322   // will be available to initialize the accumulator.
323   if (Argument *Arg = dyn_cast<Argument>(V)) {
324     // Figure out which argument number this is...
325     unsigned ArgNo = 0;
326     Function *F = CI->getParent()->getParent();
327     for (Function::arg_iterator AI = F->arg_begin(); &*AI != Arg; ++AI)
328       ++ArgNo;
329
330     // If we are passing this argument into call as the corresponding
331     // argument operand, then the argument is dynamically constant.
332     // Otherwise, we cannot transform this function safely.
333     if (CI->getArgOperand(ArgNo) == Arg)
334       return true;
335   }
336
337   // Switch cases are always constant integers. If the value is being switched
338   // on and the return is only reachable from one of its cases, it's
339   // effectively constant.
340   if (BasicBlock *UniquePred = RI->getParent()->getUniquePredecessor())
341     if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(UniquePred->getTerminator()))
342       if (SI->getCondition() == V)
343         return SI->getDefaultDest() != RI->getParent();
344
345   // Not a constant or immutable argument, we can't safely transform.
346   return false;
347 }
348
349 // getCommonReturnValue - Check to see if the function containing the specified
350 // tail call consistently returns the same runtime-constant value at all exit
351 // points except for IgnoreRI.  If so, return the returned value.
352 //
353 static Value *getCommonReturnValue(ReturnInst *IgnoreRI, CallInst *CI) {
354   Function *F = CI->getParent()->getParent();
355   Value *ReturnedValue = 0;
356
357   for (Function::iterator BBI = F->begin(), E = F->end(); BBI != E; ++BBI) {
358     ReturnInst *RI = dyn_cast<ReturnInst>(BBI->getTerminator());
359     if (RI == 0 || RI == IgnoreRI) continue;
360
361     // We can only perform this transformation if the value returned is
362     // evaluatable at the start of the initial invocation of the function,
363     // instead of at the end of the evaluation.
364     //
365     Value *RetOp = RI->getOperand(0);
366     if (!isDynamicConstant(RetOp, CI, RI))
367       return 0;
368
369     if (ReturnedValue && RetOp != ReturnedValue)
370       return 0;     // Cannot transform if differing values are returned.
371     ReturnedValue = RetOp;
372   }
373   return ReturnedValue;
374 }
375
376 /// CanTransformAccumulatorRecursion - If the specified instruction can be
377 /// transformed using accumulator recursion elimination, return the constant
378 /// which is the start of the accumulator value.  Otherwise return null.
379 ///
380 Value *TailCallElim::CanTransformAccumulatorRecursion(Instruction *I,
381                                                       CallInst *CI) {
382   if (!I->isAssociative() || !I->isCommutative()) return 0;
383   assert(I->getNumOperands() == 2 &&
384          "Associative/commutative operations should have 2 args!");
385
386   // Exactly one operand should be the result of the call instruction.
387   if ((I->getOperand(0) == CI && I->getOperand(1) == CI) ||
388       (I->getOperand(0) != CI && I->getOperand(1) != CI))
389     return 0;
390
391   // The only user of this instruction we allow is a single return instruction.
392   if (!I->hasOneUse() || !isa<ReturnInst>(I->user_back()))
393     return 0;
394
395   // Ok, now we have to check all of the other return instructions in this
396   // function.  If they return non-constants or differing values, then we cannot
397   // transform the function safely.
398   return getCommonReturnValue(cast<ReturnInst>(I->user_back()), CI);
399 }
400
401 static Instruction *FirstNonDbg(BasicBlock::iterator I) {
402   while (isa<DbgInfoIntrinsic>(I))
403     ++I;
404   return &*I;
405 }
406
407 CallInst*
408 TailCallElim::FindTRECandidate(Instruction *TI,
409                                bool CannotTailCallElimCallsMarkedTail) {
410   BasicBlock *BB = TI->getParent();
411   Function *F = BB->getParent();
412
413   if (&BB->front() == TI) // Make sure there is something before the terminator.
414     return 0;
415
416   // Scan backwards from the return, checking to see if there is a tail call in
417   // this block.  If so, set CI to it.
418   CallInst *CI = 0;
419   BasicBlock::iterator BBI = TI;
420   while (true) {
421     CI = dyn_cast<CallInst>(BBI);
422     if (CI && CI->getCalledFunction() == F)
423       break;
424
425     if (BBI == BB->begin())
426       return 0;          // Didn't find a potential tail call.
427     --BBI;
428   }
429
430   // If this call is marked as a tail call, and if there are dynamic allocas in
431   // the function, we cannot perform this optimization.
432   if (CI->isTailCall() && CannotTailCallElimCallsMarkedTail)
433     return 0;
434
435   // As a special case, detect code like this:
436   //   double fabs(double f) { return __builtin_fabs(f); } // a 'fabs' call
437   // and disable this xform in this case, because the code generator will
438   // lower the call to fabs into inline code.
439   if (BB == &F->getEntryBlock() &&
440       FirstNonDbg(BB->front()) == CI &&
441       FirstNonDbg(std::next(BB->begin())) == TI &&
442       CI->getCalledFunction() &&
443       !TTI->isLoweredToCall(CI->getCalledFunction())) {
444     // A single-block function with just a call and a return. Check that
445     // the arguments match.
446     CallSite::arg_iterator I = CallSite(CI).arg_begin(),
447                            E = CallSite(CI).arg_end();
448     Function::arg_iterator FI = F->arg_begin(),
449                            FE = F->arg_end();
450     for (; I != E && FI != FE; ++I, ++FI)
451       if (*I != &*FI) break;
452     if (I == E && FI == FE)
453       return 0;
454   }
455
456   return CI;
457 }
458
459 bool TailCallElim::EliminateRecursiveTailCall(CallInst *CI, ReturnInst *Ret,
460                                        BasicBlock *&OldEntry,
461                                        bool &TailCallsAreMarkedTail,
462                                        SmallVectorImpl<PHINode *> &ArgumentPHIs,
463                                        bool CannotTailCallElimCallsMarkedTail) {
464   // If we are introducing accumulator recursion to eliminate operations after
465   // the call instruction that are both associative and commutative, the initial
466   // value for the accumulator is placed in this variable.  If this value is set
467   // then we actually perform accumulator recursion elimination instead of
468   // simple tail recursion elimination.  If the operation is an LLVM instruction
469   // (eg: "add") then it is recorded in AccumulatorRecursionInstr.  If not, then
470   // we are handling the case when the return instruction returns a constant C
471   // which is different to the constant returned by other return instructions
472   // (which is recorded in AccumulatorRecursionEliminationInitVal).  This is a
473   // special case of accumulator recursion, the operation being "return C".
474   Value *AccumulatorRecursionEliminationInitVal = 0;
475   Instruction *AccumulatorRecursionInstr = 0;
476
477   // Ok, we found a potential tail call.  We can currently only transform the
478   // tail call if all of the instructions between the call and the return are
479   // movable to above the call itself, leaving the call next to the return.
480   // Check that this is the case now.
481   BasicBlock::iterator BBI = CI;
482   for (++BBI; &*BBI != Ret; ++BBI) {
483     if (CanMoveAboveCall(BBI, CI)) continue;
484
485     // If we can't move the instruction above the call, it might be because it
486     // is an associative and commutative operation that could be transformed
487     // using accumulator recursion elimination.  Check to see if this is the
488     // case, and if so, remember the initial accumulator value for later.
489     if ((AccumulatorRecursionEliminationInitVal =
490                            CanTransformAccumulatorRecursion(BBI, CI))) {
491       // Yes, this is accumulator recursion.  Remember which instruction
492       // accumulates.
493       AccumulatorRecursionInstr = BBI;
494     } else {
495       return false;   // Otherwise, we cannot eliminate the tail recursion!
496     }
497   }
498
499   // We can only transform call/return pairs that either ignore the return value
500   // of the call and return void, ignore the value of the call and return a
501   // constant, return the value returned by the tail call, or that are being
502   // accumulator recursion variable eliminated.
503   if (Ret->getNumOperands() == 1 && Ret->getReturnValue() != CI &&
504       !isa<UndefValue>(Ret->getReturnValue()) &&
505       AccumulatorRecursionEliminationInitVal == 0 &&
506       !getCommonReturnValue(0, CI)) {
507     // One case remains that we are able to handle: the current return
508     // instruction returns a constant, and all other return instructions
509     // return a different constant.
510     if (!isDynamicConstant(Ret->getReturnValue(), CI, Ret))
511       return false; // Current return instruction does not return a constant.
512     // Check that all other return instructions return a common constant.  If
513     // so, record it in AccumulatorRecursionEliminationInitVal.
514     AccumulatorRecursionEliminationInitVal = getCommonReturnValue(Ret, CI);
515     if (!AccumulatorRecursionEliminationInitVal)
516       return false;
517   }
518
519   BasicBlock *BB = Ret->getParent();
520   Function *F = BB->getParent();
521
522   // OK! We can transform this tail call.  If this is the first one found,
523   // create the new entry block, allowing us to branch back to the old entry.
524   if (OldEntry == 0) {
525     OldEntry = &F->getEntryBlock();
526     BasicBlock *NewEntry = BasicBlock::Create(F->getContext(), "", F, OldEntry);
527     NewEntry->takeName(OldEntry);
528     OldEntry->setName("tailrecurse");
529     BranchInst::Create(OldEntry, NewEntry);
530
531     // If this tail call is marked 'tail' and if there are any allocas in the
532     // entry block, move them up to the new entry block.
533     TailCallsAreMarkedTail = CI->isTailCall();
534     if (TailCallsAreMarkedTail)
535       // Move all fixed sized allocas from OldEntry to NewEntry.
536       for (BasicBlock::iterator OEBI = OldEntry->begin(), E = OldEntry->end(),
537              NEBI = NewEntry->begin(); OEBI != E; )
538         if (AllocaInst *AI = dyn_cast<AllocaInst>(OEBI++))
539           if (isa<ConstantInt>(AI->getArraySize()))
540             AI->moveBefore(NEBI);
541
542     // Now that we have created a new block, which jumps to the entry
543     // block, insert a PHI node for each argument of the function.
544     // For now, we initialize each PHI to only have the real arguments
545     // which are passed in.
546     Instruction *InsertPos = OldEntry->begin();
547     for (Function::arg_iterator I = F->arg_begin(), E = F->arg_end();
548          I != E; ++I) {
549       PHINode *PN = PHINode::Create(I->getType(), 2,
550                                     I->getName() + ".tr", InsertPos);
551       I->replaceAllUsesWith(PN); // Everyone use the PHI node now!
552       PN->addIncoming(I, NewEntry);
553       ArgumentPHIs.push_back(PN);
554     }
555   }
556
557   // If this function has self recursive calls in the tail position where some
558   // are marked tail and some are not, only transform one flavor or another.  We
559   // have to choose whether we move allocas in the entry block to the new entry
560   // block or not, so we can't make a good choice for both.  NOTE: We could do
561   // slightly better here in the case that the function has no entry block
562   // allocas.
563   if (TailCallsAreMarkedTail && !CI->isTailCall())
564     return false;
565
566   // Ok, now that we know we have a pseudo-entry block WITH all of the
567   // required PHI nodes, add entries into the PHI node for the actual
568   // parameters passed into the tail-recursive call.
569   for (unsigned i = 0, e = CI->getNumArgOperands(); i != e; ++i)
570     ArgumentPHIs[i]->addIncoming(CI->getArgOperand(i), BB);
571
572   // If we are introducing an accumulator variable to eliminate the recursion,
573   // do so now.  Note that we _know_ that no subsequent tail recursion
574   // eliminations will happen on this function because of the way the
575   // accumulator recursion predicate is set up.
576   //
577   if (AccumulatorRecursionEliminationInitVal) {
578     Instruction *AccRecInstr = AccumulatorRecursionInstr;
579     // Start by inserting a new PHI node for the accumulator.
580     pred_iterator PB = pred_begin(OldEntry), PE = pred_end(OldEntry);
581     PHINode *AccPN =
582       PHINode::Create(AccumulatorRecursionEliminationInitVal->getType(),
583                       std::distance(PB, PE) + 1,
584                       "accumulator.tr", OldEntry->begin());
585
586     // Loop over all of the predecessors of the tail recursion block.  For the
587     // real entry into the function we seed the PHI with the initial value,
588     // computed earlier.  For any other existing branches to this block (due to
589     // other tail recursions eliminated) the accumulator is not modified.
590     // Because we haven't added the branch in the current block to OldEntry yet,
591     // it will not show up as a predecessor.
592     for (pred_iterator PI = PB; PI != PE; ++PI) {
593       BasicBlock *P = *PI;
594       if (P == &F->getEntryBlock())
595         AccPN->addIncoming(AccumulatorRecursionEliminationInitVal, P);
596       else
597         AccPN->addIncoming(AccPN, P);
598     }
599
600     if (AccRecInstr) {
601       // Add an incoming argument for the current block, which is computed by
602       // our associative and commutative accumulator instruction.
603       AccPN->addIncoming(AccRecInstr, BB);
604
605       // Next, rewrite the accumulator recursion instruction so that it does not
606       // use the result of the call anymore, instead, use the PHI node we just
607       // inserted.
608       AccRecInstr->setOperand(AccRecInstr->getOperand(0) != CI, AccPN);
609     } else {
610       // Add an incoming argument for the current block, which is just the
611       // constant returned by the current return instruction.
612       AccPN->addIncoming(Ret->getReturnValue(), BB);
613     }
614
615     // Finally, rewrite any return instructions in the program to return the PHI
616     // node instead of the "initval" that they do currently.  This loop will
617     // actually rewrite the return value we are destroying, but that's ok.
618     for (Function::iterator BBI = F->begin(), E = F->end(); BBI != E; ++BBI)
619       if (ReturnInst *RI = dyn_cast<ReturnInst>(BBI->getTerminator()))
620         RI->setOperand(0, AccPN);
621     ++NumAccumAdded;
622   }
623
624   // Now that all of the PHI nodes are in place, remove the call and
625   // ret instructions, replacing them with an unconditional branch.
626   BranchInst *NewBI = BranchInst::Create(OldEntry, Ret);
627   NewBI->setDebugLoc(CI->getDebugLoc());
628
629   BB->getInstList().erase(Ret);  // Remove return.
630   BB->getInstList().erase(CI);   // Remove call.
631   ++NumEliminated;
632   return true;
633 }
634
635 bool TailCallElim::FoldReturnAndProcessPred(BasicBlock *BB,
636                                        ReturnInst *Ret, BasicBlock *&OldEntry,
637                                        bool &TailCallsAreMarkedTail,
638                                        SmallVectorImpl<PHINode *> &ArgumentPHIs,
639                                        bool CannotTailCallElimCallsMarkedTail) {
640   bool Change = false;
641
642   // If the return block contains nothing but the return and PHI's,
643   // there might be an opportunity to duplicate the return in its
644   // predecessors and perform TRC there. Look for predecessors that end
645   // in unconditional branch and recursive call(s).
646   SmallVector<BranchInst*, 8> UncondBranchPreds;
647   for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), E = pred_end(BB); PI != E; ++PI) {
648     BasicBlock *Pred = *PI;
649     TerminatorInst *PTI = Pred->getTerminator();
650     if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(PTI))
651       if (BI->isUnconditional())
652         UncondBranchPreds.push_back(BI);
653   }
654
655   while (!UncondBranchPreds.empty()) {
656     BranchInst *BI = UncondBranchPreds.pop_back_val();
657     BasicBlock *Pred = BI->getParent();
658     if (CallInst *CI = FindTRECandidate(BI, CannotTailCallElimCallsMarkedTail)){
659       DEBUG(dbgs() << "FOLDING: " << *BB
660             << "INTO UNCOND BRANCH PRED: " << *Pred);
661       EliminateRecursiveTailCall(CI, FoldReturnIntoUncondBranch(Ret, BB, Pred),
662                                  OldEntry, TailCallsAreMarkedTail, ArgumentPHIs,
663                                  CannotTailCallElimCallsMarkedTail);
664       ++NumRetDuped;
665       Change = true;
666     }
667   }
668
669   return Change;
670 }
671
672 bool
673 TailCallElim::ProcessReturningBlock(ReturnInst *Ret, BasicBlock *&OldEntry,
674                                     bool &TailCallsAreMarkedTail,
675                                     SmallVectorImpl<PHINode *> &ArgumentPHIs,
676                                     bool CannotTailCallElimCallsMarkedTail) {
677   CallInst *CI = FindTRECandidate(Ret, CannotTailCallElimCallsMarkedTail);
678   if (!CI)
679     return false;
680
681   return EliminateRecursiveTailCall(CI, Ret, OldEntry, TailCallsAreMarkedTail,
682                                     ArgumentPHIs,
683                                     CannotTailCallElimCallsMarkedTail);
684 }