Detabify.
[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 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
54 #include "llvm/ADT/STLExtras.h"
55 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
56 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
57 #include "llvm/Analysis/CaptureTracking.h"
58 #include "llvm/Analysis/CFG.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 #define DEBUG_TYPE "tailcallelim"
80
81 STATISTIC(NumEliminated, "Number of tail calls removed");
82 STATISTIC(NumRetDuped,   "Number of return duplicated");
83 STATISTIC(NumAccumAdded, "Number of accumulators introduced");
84
85 namespace {
86   struct TailCallElim : public FunctionPass {
87     const TargetTransformInfo *TTI;
88
89     static char ID; // Pass identification, replacement for typeid
90     TailCallElim() : FunctionPass(ID) {
91       initializeTailCallElimPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
92     }
93
94     void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const override;
95
96     bool runOnFunction(Function &F) override;
97
98   private:
99     bool runTRE(Function &F);
100     bool markTails(Function &F, bool &AllCallsAreTailCalls);
101
102     CallInst *FindTRECandidate(Instruction *I,
103                                bool CannotTailCallElimCallsMarkedTail);
104     bool EliminateRecursiveTailCall(CallInst *CI, ReturnInst *Ret,
105                                     BasicBlock *&OldEntry,
106                                     bool &TailCallsAreMarkedTail,
107                                     SmallVectorImpl<PHINode *> &ArgumentPHIs,
108                                     bool CannotTailCallElimCallsMarkedTail);
109     bool FoldReturnAndProcessPred(BasicBlock *BB,
110                                   ReturnInst *Ret, BasicBlock *&OldEntry,
111                                   bool &TailCallsAreMarkedTail,
112                                   SmallVectorImpl<PHINode *> &ArgumentPHIs,
113                                   bool CannotTailCallElimCallsMarkedTail);
114     bool ProcessReturningBlock(ReturnInst *RI, BasicBlock *&OldEntry,
115                                bool &TailCallsAreMarkedTail,
116                                SmallVectorImpl<PHINode *> &ArgumentPHIs,
117                                bool CannotTailCallElimCallsMarkedTail);
118     bool CanMoveAboveCall(Instruction *I, CallInst *CI);
119     Value *CanTransformAccumulatorRecursion(Instruction *I, CallInst *CI);
120   };
121 }
122
123 char TailCallElim::ID = 0;
124 INITIALIZE_PASS_BEGIN(TailCallElim, "tailcallelim",
125                       "Tail Call Elimination", false, false)
126 INITIALIZE_AG_DEPENDENCY(TargetTransformInfo)
127 INITIALIZE_PASS_END(TailCallElim, "tailcallelim",
128                     "Tail Call Elimination", false, false)
129
130 // Public interface to the TailCallElimination pass
131 FunctionPass *llvm::createTailCallEliminationPass() {
132   return new TailCallElim();
133 }
134
135 void TailCallElim::getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
136   AU.addRequired<TargetTransformInfo>();
137 }
138
139 /// CanTRE - Scan the specified basic block for alloca instructions.
140 /// If it contains any that are variable-sized or not in the entry block,
141 /// returns false.
142 static bool CanTRE(AllocaInst *AI) {
143   // Because of PR962, we don't TRE allocas outside the entry block.
144
145   // If this alloca is in the body of the function, or if it is a variable
146   // sized allocation, we cannot tail call eliminate calls marked 'tail'
147   // with this mechanism.
148   BasicBlock *BB = AI->getParent();
149   return BB == &BB->getParent()->getEntryBlock() &&
150          isa<ConstantInt>(AI->getArraySize());
151 }
152
153 bool TailCallElim::runOnFunction(Function &F) {
154   if (skipOptnoneFunction(F))
155     return false;
156
157   bool AllCallsAreTailCalls = false;
158   bool Modified = markTails(F, AllCallsAreTailCalls);
159   if (AllCallsAreTailCalls)
160     Modified |= runTRE(F);
161   return Modified;
162 }
163
164 namespace {
165 struct AllocaDerivedValueTracker {
166   // Start at a root value and walk its use-def chain to mark calls that use the
167   // value or a derived value in AllocaUsers, and places where it may escape in
168   // EscapePoints.
169   void walk(Value *Root) {
170     SmallVector<Use *, 32> Worklist;
171     SmallPtrSet<Use *, 32> Visited;
172
173     auto AddUsesToWorklist = [&](Value *V) {
174       for (auto &U : V->uses()) {
175         if (!Visited.insert(&U))
176           continue;
177         Worklist.push_back(&U);
178       }
179     };
180
181     AddUsesToWorklist(Root);
182
183     while (!Worklist.empty()) {
184       Use *U = Worklist.pop_back_val();
185       Instruction *I = cast<Instruction>(U->getUser());
186
187       switch (I->getOpcode()) {
188       case Instruction::Call:
189       case Instruction::Invoke: {
190         CallSite CS(I);
191         bool IsNocapture = !CS.isCallee(U) &&
192                            CS.doesNotCapture(CS.getArgumentNo(U));
193         callUsesLocalStack(CS, IsNocapture);
194         if (IsNocapture) {
195           // If the alloca-derived argument is passed in as nocapture, then it
196           // can't propagate to the call's return. That would be capturing.
197           continue;
198         }
199         break;
200       }
201       case Instruction::Load: {
202         // The result of a load is not alloca-derived (unless an alloca has
203         // otherwise escaped, but this is a local analysis).
204         continue;
205       }
206       case Instruction::Store: {
207         if (U->getOperandNo() == 0)
208           EscapePoints.insert(I);
209         continue;  // Stores have no users to analyze.
210       }
211       case Instruction::BitCast:
212       case Instruction::GetElementPtr:
213       case Instruction::PHI:
214       case Instruction::Select:
215       case Instruction::AddrSpaceCast:
216         break;
217       default:
218         EscapePoints.insert(I);
219         break;
220       }
221
222       AddUsesToWorklist(I);
223     }
224   }
225
226   void callUsesLocalStack(CallSite CS, bool IsNocapture) {
227     // Add it to the list of alloca users. If it's already there, skip further
228     // processing.
229     if (!AllocaUsers.insert(CS.getInstruction()))
230       return;
231
232     // If it's nocapture then it can't capture the alloca.
233     if (IsNocapture)
234       return;
235
236     // If it can write to memory, it can leak the alloca value.
237     if (!CS.onlyReadsMemory())
238       EscapePoints.insert(CS.getInstruction());
239   }
240
241   SmallPtrSet<Instruction *, 32> AllocaUsers;
242   SmallPtrSet<Instruction *, 32> EscapePoints;
243 };
244 }
245
246 bool TailCallElim::markTails(Function &F, bool &AllCallsAreTailCalls) {
247   if (F.callsFunctionThatReturnsTwice())
248     return false;
249   AllCallsAreTailCalls = true;
250
251   // The local stack holds all alloca instructions and all byval arguments.
252   AllocaDerivedValueTracker Tracker;
253   for (Argument &Arg : F.args()) {
254     if (Arg.hasByValAttr())
255       Tracker.walk(&Arg);
256   }
257   for (auto &BB : F) {
258     for (auto &I : BB)
259       if (AllocaInst *AI = dyn_cast<AllocaInst>(&I))
260         Tracker.walk(AI);
261   }
262
263   bool Modified = false;
264
265   // Track whether a block is reachable after an alloca has escaped. Blocks that
266   // contain the escaping instruction will be marked as being visited without an
267   // escaped alloca, since that is how the block began.
268   enum VisitType {
269     UNVISITED,
270     UNESCAPED,
271     ESCAPED
272   };
273   DenseMap<BasicBlock *, VisitType> Visited;
274
275   // We propagate the fact that an alloca has escaped from block to successor.
276   // Visit the blocks that are propagating the escapedness first. To do this, we
277   // maintain two worklists.
278   SmallVector<BasicBlock *, 32> WorklistUnescaped, WorklistEscaped;
279
280   // We may enter a block and visit it thinking that no alloca has escaped yet,
281   // then see an escape point and go back around a loop edge and come back to
282   // the same block twice. Because of this, we defer setting tail on calls when
283   // we first encounter them in a block. Every entry in this list does not
284   // statically use an alloca via use-def chain analysis, but may find an alloca
285   // through other means if the block turns out to be reachable after an escape
286   // point.
287   SmallVector<CallInst *, 32> DeferredTails;
288
289   BasicBlock *BB = &F.getEntryBlock();
290   VisitType Escaped = UNESCAPED;
291   do {
292     for (auto &I : *BB) {
293       if (Tracker.EscapePoints.count(&I))
294         Escaped = ESCAPED;
295
296       CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(&I);
297       if (!CI || CI->isTailCall())
298         continue;
299
300       if (CI->doesNotAccessMemory()) {
301         // A call to a readnone function whose arguments are all things computed
302         // outside this function can be marked tail. Even if you stored the
303         // alloca address into a global, a readnone function can't load the
304         // global anyhow.
305         //
306         // Note that this runs whether we know an alloca has escaped or not. If
307         // it has, then we can't trust Tracker.AllocaUsers to be accurate.
308         bool SafeToTail = true;
309         for (auto &Arg : CI->arg_operands()) {
310           if (isa<Constant>(Arg.getUser()))
311             continue;
312           if (Argument *A = dyn_cast<Argument>(Arg.getUser()))
313             if (!A->hasByValAttr())
314               continue;
315           SafeToTail = false;
316           break;
317         }
318         if (SafeToTail) {
319           F.getContext().emitOptimizationRemark(
320               "tailcallelim", F, CI->getDebugLoc(),
321               "found readnone tail call candidate");
322           CI->setTailCall();
323           Modified = true;
324           continue;
325         }
326       }
327
328       if (Escaped == UNESCAPED && !Tracker.AllocaUsers.count(CI)) {
329         DeferredTails.push_back(CI);
330       } else {
331         AllCallsAreTailCalls = false;
332       }
333     }
334
335     for (auto *SuccBB : make_range(succ_begin(BB), succ_end(BB))) {
336       auto &State = Visited[SuccBB];
337       if (State < Escaped) {
338         State = Escaped;
339         if (State == ESCAPED)
340           WorklistEscaped.push_back(SuccBB);
341         else
342           WorklistUnescaped.push_back(SuccBB);
343       }
344     }
345
346     if (!WorklistEscaped.empty()) {
347       BB = WorklistEscaped.pop_back_val();
348       Escaped = ESCAPED;
349     } else {
350       BB = nullptr;
351       while (!WorklistUnescaped.empty()) {
352         auto *NextBB = WorklistUnescaped.pop_back_val();
353         if (Visited[NextBB] == UNESCAPED) {
354           BB = NextBB;
355           Escaped = UNESCAPED;
356           break;
357         }
358       }
359     }
360   } while (BB);
361
362   for (CallInst *CI : DeferredTails) {
363     if (Visited[CI->getParent()] != ESCAPED) {
364       // If the escape point was part way through the block, calls after the
365       // escape point wouldn't have been put into DeferredTails.
366       F.getContext().emitOptimizationRemark(
367           "tailcallelim", F, CI->getDebugLoc(), "found tail call candidate");
368       CI->setTailCall();
369       Modified = true;
370     } else {
371       AllCallsAreTailCalls = false;
372     }
373   }
374
375   return Modified;
376 }
377
378 bool TailCallElim::runTRE(Function &F) {
379   // If this function is a varargs function, we won't be able to PHI the args
380   // right, so don't even try to convert it...
381   if (F.getFunctionType()->isVarArg()) return false;
382
383   TTI = &getAnalysis<TargetTransformInfo>();
384   BasicBlock *OldEntry = nullptr;
385   bool TailCallsAreMarkedTail = false;
386   SmallVector<PHINode*, 8> ArgumentPHIs;
387   bool MadeChange = false;
388
389   // CanTRETailMarkedCall - If false, we cannot perform TRE on tail calls
390   // marked with the 'tail' attribute, because doing so would cause the stack
391   // size to increase (real TRE would deallocate variable sized allocas, TRE
392   // doesn't).
393   bool CanTRETailMarkedCall = true;
394
395   // Find dynamic allocas.
396   for (Function::iterator BB = F.begin(), EE = F.end(); BB != EE; ++BB) {
397     for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(), E = BB->end(); I != E; ++I) {
398       if (AllocaInst *AI = dyn_cast<AllocaInst>(I)) {
399         CanTRETailMarkedCall &= CanTRE(AI);
400       }
401     }
402   }
403
404   // Change any tail recursive calls to loops.
405   //
406   // FIXME: The code generator produces really bad code when an 'escaping
407   // alloca' is changed from being a static alloca to being a dynamic alloca.
408   // Until this is resolved, disable this transformation if that would ever
409   // happen.  This bug is PR962.
410   for (Function::iterator BB = F.begin(), E = F.end(); BB != E; ++BB) {
411     if (ReturnInst *Ret = dyn_cast<ReturnInst>(BB->getTerminator())) {
412       bool Change = ProcessReturningBlock(Ret, OldEntry, TailCallsAreMarkedTail,
413                                           ArgumentPHIs, !CanTRETailMarkedCall);
414       if (!Change && BB->getFirstNonPHIOrDbg() == Ret)
415         Change = FoldReturnAndProcessPred(BB, Ret, OldEntry,
416                                           TailCallsAreMarkedTail, ArgumentPHIs,
417                                           !CanTRETailMarkedCall);
418       MadeChange |= Change;
419     }
420   }
421
422   // If we eliminated any tail recursions, it's possible that we inserted some
423   // silly PHI nodes which just merge an initial value (the incoming operand)
424   // with themselves.  Check to see if we did and clean up our mess if so.  This
425   // occurs when a function passes an argument straight through to its tail
426   // call.
427   for (unsigned i = 0, e = ArgumentPHIs.size(); i != e; ++i) {
428     PHINode *PN = ArgumentPHIs[i];
429
430     // If the PHI Node is a dynamic constant, replace it with the value it is.
431     if (Value *PNV = SimplifyInstruction(PN)) {
432       PN->replaceAllUsesWith(PNV);
433       PN->eraseFromParent();
434     }
435   }
436
437   return MadeChange;
438 }
439
440
441 /// CanMoveAboveCall - Return true if it is safe to move the specified
442 /// instruction from after the call to before the call, assuming that all
443 /// instructions between the call and this instruction are movable.
444 ///
445 bool TailCallElim::CanMoveAboveCall(Instruction *I, CallInst *CI) {
446   // FIXME: We can move load/store/call/free instructions above the call if the
447   // call does not mod/ref the memory location being processed.
448   if (I->mayHaveSideEffects())  // This also handles volatile loads.
449     return false;
450
451   if (LoadInst *L = dyn_cast<LoadInst>(I)) {
452     // Loads may always be moved above calls without side effects.
453     if (CI->mayHaveSideEffects()) {
454       // Non-volatile loads may be moved above a call with side effects if it
455       // does not write to memory and the load provably won't trap.
456       // FIXME: Writes to memory only matter if they may alias the pointer
457       // being loaded from.
458       if (CI->mayWriteToMemory() ||
459           !isSafeToLoadUnconditionally(L->getPointerOperand(), L,
460                                        L->getAlignment()))
461         return false;
462     }
463   }
464
465   // Otherwise, if this is a side-effect free instruction, check to make sure
466   // that it does not use the return value of the call.  If it doesn't use the
467   // return value of the call, it must only use things that are defined before
468   // the call, or movable instructions between the call and the instruction
469   // itself.
470   for (unsigned i = 0, e = I->getNumOperands(); i != e; ++i)
471     if (I->getOperand(i) == CI)
472       return false;
473   return true;
474 }
475
476 // isDynamicConstant - Return true if the specified value is the same when the
477 // return would exit as it was when the initial iteration of the recursive
478 // function was executed.
479 //
480 // We currently handle static constants and arguments that are not modified as
481 // part of the recursion.
482 //
483 static bool isDynamicConstant(Value *V, CallInst *CI, ReturnInst *RI) {
484   if (isa<Constant>(V)) return true; // Static constants are always dyn consts
485
486   // Check to see if this is an immutable argument, if so, the value
487   // will be available to initialize the accumulator.
488   if (Argument *Arg = dyn_cast<Argument>(V)) {
489     // Figure out which argument number this is...
490     unsigned ArgNo = 0;
491     Function *F = CI->getParent()->getParent();
492     for (Function::arg_iterator AI = F->arg_begin(); &*AI != Arg; ++AI)
493       ++ArgNo;
494
495     // If we are passing this argument into call as the corresponding
496     // argument operand, then the argument is dynamically constant.
497     // Otherwise, we cannot transform this function safely.
498     if (CI->getArgOperand(ArgNo) == Arg)
499       return true;
500   }
501
502   // Switch cases are always constant integers. If the value is being switched
503   // on and the return is only reachable from one of its cases, it's
504   // effectively constant.
505   if (BasicBlock *UniquePred = RI->getParent()->getUniquePredecessor())
506     if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(UniquePred->getTerminator()))
507       if (SI->getCondition() == V)
508         return SI->getDefaultDest() != RI->getParent();
509
510   // Not a constant or immutable argument, we can't safely transform.
511   return false;
512 }
513
514 // getCommonReturnValue - Check to see if the function containing the specified
515 // tail call consistently returns the same runtime-constant value at all exit
516 // points except for IgnoreRI.  If so, return the returned value.
517 //
518 static Value *getCommonReturnValue(ReturnInst *IgnoreRI, CallInst *CI) {
519   Function *F = CI->getParent()->getParent();
520   Value *ReturnedValue = nullptr;
521
522   for (Function::iterator BBI = F->begin(), E = F->end(); BBI != E; ++BBI) {
523     ReturnInst *RI = dyn_cast<ReturnInst>(BBI->getTerminator());
524     if (RI == nullptr || RI == IgnoreRI) continue;
525
526     // We can only perform this transformation if the value returned is
527     // evaluatable at the start of the initial invocation of the function,
528     // instead of at the end of the evaluation.
529     //
530     Value *RetOp = RI->getOperand(0);
531     if (!isDynamicConstant(RetOp, CI, RI))
532       return nullptr;
533
534     if (ReturnedValue && RetOp != ReturnedValue)
535       return nullptr;     // Cannot transform if differing values are returned.
536     ReturnedValue = RetOp;
537   }
538   return ReturnedValue;
539 }
540
541 /// CanTransformAccumulatorRecursion - If the specified instruction can be
542 /// transformed using accumulator recursion elimination, return the constant
543 /// which is the start of the accumulator value.  Otherwise return null.
544 ///
545 Value *TailCallElim::CanTransformAccumulatorRecursion(Instruction *I,
546                                                       CallInst *CI) {
547   if (!I->isAssociative() || !I->isCommutative()) return nullptr;
548   assert(I->getNumOperands() == 2 &&
549          "Associative/commutative operations should have 2 args!");
550
551   // Exactly one operand should be the result of the call instruction.
552   if ((I->getOperand(0) == CI && I->getOperand(1) == CI) ||
553       (I->getOperand(0) != CI && I->getOperand(1) != CI))
554     return nullptr;
555
556   // The only user of this instruction we allow is a single return instruction.
557   if (!I->hasOneUse() || !isa<ReturnInst>(I->user_back()))
558     return nullptr;
559
560   // Ok, now we have to check all of the other return instructions in this
561   // function.  If they return non-constants or differing values, then we cannot
562   // transform the function safely.
563   return getCommonReturnValue(cast<ReturnInst>(I->user_back()), CI);
564 }
565
566 static Instruction *FirstNonDbg(BasicBlock::iterator I) {
567   while (isa<DbgInfoIntrinsic>(I))
568     ++I;
569   return &*I;
570 }
571
572 CallInst*
573 TailCallElim::FindTRECandidate(Instruction *TI,
574                                bool CannotTailCallElimCallsMarkedTail) {
575   BasicBlock *BB = TI->getParent();
576   Function *F = BB->getParent();
577
578   if (&BB->front() == TI) // Make sure there is something before the terminator.
579     return nullptr;
580
581   // Scan backwards from the return, checking to see if there is a tail call in
582   // this block.  If so, set CI to it.
583   CallInst *CI = nullptr;
584   BasicBlock::iterator BBI = TI;
585   while (true) {
586     CI = dyn_cast<CallInst>(BBI);
587     if (CI && CI->getCalledFunction() == F)
588       break;
589
590     if (BBI == BB->begin())
591       return nullptr;          // Didn't find a potential tail call.
592     --BBI;
593   }
594
595   // If this call is marked as a tail call, and if there are dynamic allocas in
596   // the function, we cannot perform this optimization.
597   if (CI->isTailCall() && CannotTailCallElimCallsMarkedTail)
598     return nullptr;
599
600   // As a special case, detect code like this:
601   //   double fabs(double f) { return __builtin_fabs(f); } // a 'fabs' call
602   // and disable this xform in this case, because the code generator will
603   // lower the call to fabs into inline code.
604   if (BB == &F->getEntryBlock() &&
605       FirstNonDbg(BB->front()) == CI &&
606       FirstNonDbg(std::next(BB->begin())) == TI &&
607       CI->getCalledFunction() &&
608       !TTI->isLoweredToCall(CI->getCalledFunction())) {
609     // A single-block function with just a call and a return. Check that
610     // the arguments match.
611     CallSite::arg_iterator I = CallSite(CI).arg_begin(),
612                            E = CallSite(CI).arg_end();
613     Function::arg_iterator FI = F->arg_begin(),
614                            FE = F->arg_end();
615     for (; I != E && FI != FE; ++I, ++FI)
616       if (*I != &*FI) break;
617     if (I == E && FI == FE)
618       return nullptr;
619   }
620
621   return CI;
622 }
623
624 bool TailCallElim::EliminateRecursiveTailCall(CallInst *CI, ReturnInst *Ret,
625                                        BasicBlock *&OldEntry,
626                                        bool &TailCallsAreMarkedTail,
627                                        SmallVectorImpl<PHINode *> &ArgumentPHIs,
628                                        bool CannotTailCallElimCallsMarkedTail) {
629   // If we are introducing accumulator recursion to eliminate operations after
630   // the call instruction that are both associative and commutative, the initial
631   // value for the accumulator is placed in this variable.  If this value is set
632   // then we actually perform accumulator recursion elimination instead of
633   // simple tail recursion elimination.  If the operation is an LLVM instruction
634   // (eg: "add") then it is recorded in AccumulatorRecursionInstr.  If not, then
635   // we are handling the case when the return instruction returns a constant C
636   // which is different to the constant returned by other return instructions
637   // (which is recorded in AccumulatorRecursionEliminationInitVal).  This is a
638   // special case of accumulator recursion, the operation being "return C".
639   Value *AccumulatorRecursionEliminationInitVal = nullptr;
640   Instruction *AccumulatorRecursionInstr = nullptr;
641
642   // Ok, we found a potential tail call.  We can currently only transform the
643   // tail call if all of the instructions between the call and the return are
644   // movable to above the call itself, leaving the call next to the return.
645   // Check that this is the case now.
646   BasicBlock::iterator BBI = CI;
647   for (++BBI; &*BBI != Ret; ++BBI) {
648     if (CanMoveAboveCall(BBI, CI)) continue;
649
650     // If we can't move the instruction above the call, it might be because it
651     // is an associative and commutative operation that could be transformed
652     // using accumulator recursion elimination.  Check to see if this is the
653     // case, and if so, remember the initial accumulator value for later.
654     if ((AccumulatorRecursionEliminationInitVal =
655                            CanTransformAccumulatorRecursion(BBI, CI))) {
656       // Yes, this is accumulator recursion.  Remember which instruction
657       // accumulates.
658       AccumulatorRecursionInstr = BBI;
659     } else {
660       return false;   // Otherwise, we cannot eliminate the tail recursion!
661     }
662   }
663
664   // We can only transform call/return pairs that either ignore the return value
665   // of the call and return void, ignore the value of the call and return a
666   // constant, return the value returned by the tail call, or that are being
667   // accumulator recursion variable eliminated.
668   if (Ret->getNumOperands() == 1 && Ret->getReturnValue() != CI &&
669       !isa<UndefValue>(Ret->getReturnValue()) &&
670       AccumulatorRecursionEliminationInitVal == nullptr &&
671       !getCommonReturnValue(nullptr, CI)) {
672     // One case remains that we are able to handle: the current return
673     // instruction returns a constant, and all other return instructions
674     // return a different constant.
675     if (!isDynamicConstant(Ret->getReturnValue(), CI, Ret))
676       return false; // Current return instruction does not return a constant.
677     // Check that all other return instructions return a common constant.  If
678     // so, record it in AccumulatorRecursionEliminationInitVal.
679     AccumulatorRecursionEliminationInitVal = getCommonReturnValue(Ret, CI);
680     if (!AccumulatorRecursionEliminationInitVal)
681       return false;
682   }
683
684   BasicBlock *BB = Ret->getParent();
685   Function *F = BB->getParent();
686
687   F->getContext().emitOptimizationRemark(
688       "tailcallelim", *F, CI->getDebugLoc(),
689       "transforming tail recursion to loop");
690
691   // OK! We can transform this tail call.  If this is the first one found,
692   // create the new entry block, allowing us to branch back to the old entry.
693   if (!OldEntry) {
694     OldEntry = &F->getEntryBlock();
695     BasicBlock *NewEntry = BasicBlock::Create(F->getContext(), "", F, OldEntry);
696     NewEntry->takeName(OldEntry);
697     OldEntry->setName("tailrecurse");
698     BranchInst::Create(OldEntry, NewEntry);
699
700     // If this tail call is marked 'tail' and if there are any allocas in the
701     // entry block, move them up to the new entry block.
702     TailCallsAreMarkedTail = CI->isTailCall();
703     if (TailCallsAreMarkedTail)
704       // Move all fixed sized allocas from OldEntry to NewEntry.
705       for (BasicBlock::iterator OEBI = OldEntry->begin(), E = OldEntry->end(),
706              NEBI = NewEntry->begin(); OEBI != E; )
707         if (AllocaInst *AI = dyn_cast<AllocaInst>(OEBI++))
708           if (isa<ConstantInt>(AI->getArraySize()))
709             AI->moveBefore(NEBI);
710
711     // Now that we have created a new block, which jumps to the entry
712     // block, insert a PHI node for each argument of the function.
713     // For now, we initialize each PHI to only have the real arguments
714     // which are passed in.
715     Instruction *InsertPos = OldEntry->begin();
716     for (Function::arg_iterator I = F->arg_begin(), E = F->arg_end();
717          I != E; ++I) {
718       PHINode *PN = PHINode::Create(I->getType(), 2,
719                                     I->getName() + ".tr", InsertPos);
720       I->replaceAllUsesWith(PN); // Everyone use the PHI node now!
721       PN->addIncoming(I, NewEntry);
722       ArgumentPHIs.push_back(PN);
723     }
724   }
725
726   // If this function has self recursive calls in the tail position where some
727   // are marked tail and some are not, only transform one flavor or another.  We
728   // have to choose whether we move allocas in the entry block to the new entry
729   // block or not, so we can't make a good choice for both.  NOTE: We could do
730   // slightly better here in the case that the function has no entry block
731   // allocas.
732   if (TailCallsAreMarkedTail && !CI->isTailCall())
733     return false;
734
735   // Ok, now that we know we have a pseudo-entry block WITH all of the
736   // required PHI nodes, add entries into the PHI node for the actual
737   // parameters passed into the tail-recursive call.
738   for (unsigned i = 0, e = CI->getNumArgOperands(); i != e; ++i)
739     ArgumentPHIs[i]->addIncoming(CI->getArgOperand(i), BB);
740
741   // If we are introducing an accumulator variable to eliminate the recursion,
742   // do so now.  Note that we _know_ that no subsequent tail recursion
743   // eliminations will happen on this function because of the way the
744   // accumulator recursion predicate is set up.
745   //
746   if (AccumulatorRecursionEliminationInitVal) {
747     Instruction *AccRecInstr = AccumulatorRecursionInstr;
748     // Start by inserting a new PHI node for the accumulator.
749     pred_iterator PB = pred_begin(OldEntry), PE = pred_end(OldEntry);
750     PHINode *AccPN =
751       PHINode::Create(AccumulatorRecursionEliminationInitVal->getType(),
752                       std::distance(PB, PE) + 1,
753                       "accumulator.tr", OldEntry->begin());
754
755     // Loop over all of the predecessors of the tail recursion block.  For the
756     // real entry into the function we seed the PHI with the initial value,
757     // computed earlier.  For any other existing branches to this block (due to
758     // other tail recursions eliminated) the accumulator is not modified.
759     // Because we haven't added the branch in the current block to OldEntry yet,
760     // it will not show up as a predecessor.
761     for (pred_iterator PI = PB; PI != PE; ++PI) {
762       BasicBlock *P = *PI;
763       if (P == &F->getEntryBlock())
764         AccPN->addIncoming(AccumulatorRecursionEliminationInitVal, P);
765       else
766         AccPN->addIncoming(AccPN, P);
767     }
768
769     if (AccRecInstr) {
770       // Add an incoming argument for the current block, which is computed by
771       // our associative and commutative accumulator instruction.
772       AccPN->addIncoming(AccRecInstr, BB);
773
774       // Next, rewrite the accumulator recursion instruction so that it does not
775       // use the result of the call anymore, instead, use the PHI node we just
776       // inserted.
777       AccRecInstr->setOperand(AccRecInstr->getOperand(0) != CI, AccPN);
778     } else {
779       // Add an incoming argument for the current block, which is just the
780       // constant returned by the current return instruction.
781       AccPN->addIncoming(Ret->getReturnValue(), BB);
782     }
783
784     // Finally, rewrite any return instructions in the program to return the PHI
785     // node instead of the "initval" that they do currently.  This loop will
786     // actually rewrite the return value we are destroying, but that's ok.
787     for (Function::iterator BBI = F->begin(), E = F->end(); BBI != E; ++BBI)
788       if (ReturnInst *RI = dyn_cast<ReturnInst>(BBI->getTerminator()))
789         RI->setOperand(0, AccPN);
790     ++NumAccumAdded;
791   }
792
793   // Now that all of the PHI nodes are in place, remove the call and
794   // ret instructions, replacing them with an unconditional branch.
795   BranchInst *NewBI = BranchInst::Create(OldEntry, Ret);
796   NewBI->setDebugLoc(CI->getDebugLoc());
797
798   BB->getInstList().erase(Ret);  // Remove return.
799   BB->getInstList().erase(CI);   // Remove call.
800   ++NumEliminated;
801   return true;
802 }
803
804 bool TailCallElim::FoldReturnAndProcessPred(BasicBlock *BB,
805                                        ReturnInst *Ret, BasicBlock *&OldEntry,
806                                        bool &TailCallsAreMarkedTail,
807                                        SmallVectorImpl<PHINode *> &ArgumentPHIs,
808                                        bool CannotTailCallElimCallsMarkedTail) {
809   bool Change = false;
810
811   // If the return block contains nothing but the return and PHI's,
812   // there might be an opportunity to duplicate the return in its
813   // predecessors and perform TRC there. Look for predecessors that end
814   // in unconditional branch and recursive call(s).
815   SmallVector<BranchInst*, 8> UncondBranchPreds;
816   for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), E = pred_end(BB); PI != E; ++PI) {
817     BasicBlock *Pred = *PI;
818     TerminatorInst *PTI = Pred->getTerminator();
819     if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(PTI))
820       if (BI->isUnconditional())
821         UncondBranchPreds.push_back(BI);
822   }
823
824   while (!UncondBranchPreds.empty()) {
825     BranchInst *BI = UncondBranchPreds.pop_back_val();
826     BasicBlock *Pred = BI->getParent();
827     if (CallInst *CI = FindTRECandidate(BI, CannotTailCallElimCallsMarkedTail)){
828       DEBUG(dbgs() << "FOLDING: " << *BB
829             << "INTO UNCOND BRANCH PRED: " << *Pred);
830       EliminateRecursiveTailCall(CI, FoldReturnIntoUncondBranch(Ret, BB, Pred),
831                                  OldEntry, TailCallsAreMarkedTail, ArgumentPHIs,
832                                  CannotTailCallElimCallsMarkedTail);
833       ++NumRetDuped;
834       Change = true;
835     }
836   }
837
838   return Change;
839 }
840
841 bool
842 TailCallElim::ProcessReturningBlock(ReturnInst *Ret, BasicBlock *&OldEntry,
843                                     bool &TailCallsAreMarkedTail,
844                                     SmallVectorImpl<PHINode *> &ArgumentPHIs,
845                                     bool CannotTailCallElimCallsMarkedTail) {
846   CallInst *CI = FindTRECandidate(Ret, CannotTailCallElimCallsMarkedTail);
847   if (!CI)
848     return false;
849
850   return EliminateRecursiveTailCall(CI, Ret, OldEntry, TailCallsAreMarkedTail,
851                                     ArgumentPHIs,
852                                     CannotTailCallElimCallsMarkedTail);
853 }