[Modules] Fix potential ODR violations by sinking the DEBUG_TYPE
[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/InlineCost.h"
59 #include "llvm/Analysis/InstructionSimplify.h"
60 #include "llvm/Analysis/Loads.h"
61 #include "llvm/Analysis/TargetTransformInfo.h"
62 #include "llvm/IR/CFG.h"
63 #include "llvm/IR/CallSite.h"
64 #include "llvm/IR/Constants.h"
65 #include "llvm/IR/DerivedTypes.h"
66 #include "llvm/IR/Function.h"
67 #include "llvm/IR/Instructions.h"
68 #include "llvm/IR/IntrinsicInst.h"
69 #include "llvm/IR/Module.h"
70 #include "llvm/IR/ValueHandle.h"
71 #include "llvm/Pass.h"
72 #include "llvm/Support/Debug.h"
73 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
74 #include "llvm/Transforms/Utils/BasicBlockUtils.h"
75 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
76 using namespace llvm;
77
78 #define DEBUG_TYPE "tailcallelim"
79
80 STATISTIC(NumEliminated, "Number of tail calls removed");
81 STATISTIC(NumRetDuped,   "Number of return duplicated");
82 STATISTIC(NumAccumAdded, "Number of accumulators introduced");
83
84 namespace {
85   struct TailCallElim : public FunctionPass {
86     const TargetTransformInfo *TTI;
87
88     static char ID; // Pass identification, replacement for typeid
89     TailCallElim() : FunctionPass(ID) {
90       initializeTailCallElimPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
91     }
92
93     void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const override;
94
95     bool runOnFunction(Function &F) override;
96
97   private:
98     CallInst *FindTRECandidate(Instruction *I,
99                                bool CannotTailCallElimCallsMarkedTail);
100     bool EliminateRecursiveTailCall(CallInst *CI, ReturnInst *Ret,
101                                     BasicBlock *&OldEntry,
102                                     bool &TailCallsAreMarkedTail,
103                                     SmallVectorImpl<PHINode *> &ArgumentPHIs,
104                                     bool CannotTailCallElimCallsMarkedTail);
105     bool FoldReturnAndProcessPred(BasicBlock *BB,
106                                   ReturnInst *Ret, BasicBlock *&OldEntry,
107                                   bool &TailCallsAreMarkedTail,
108                                   SmallVectorImpl<PHINode *> &ArgumentPHIs,
109                                   bool CannotTailCallElimCallsMarkedTail);
110     bool ProcessReturningBlock(ReturnInst *RI, BasicBlock *&OldEntry,
111                                bool &TailCallsAreMarkedTail,
112                                SmallVectorImpl<PHINode *> &ArgumentPHIs,
113                                bool CannotTailCallElimCallsMarkedTail);
114     bool CanMoveAboveCall(Instruction *I, CallInst *CI);
115     Value *CanTransformAccumulatorRecursion(Instruction *I, CallInst *CI);
116   };
117 }
118
119 char TailCallElim::ID = 0;
120 INITIALIZE_PASS_BEGIN(TailCallElim, "tailcallelim",
121                       "Tail Call Elimination", false, false)
122 INITIALIZE_AG_DEPENDENCY(TargetTransformInfo)
123 INITIALIZE_PASS_END(TailCallElim, "tailcallelim",
124                     "Tail Call Elimination", false, false)
125
126 // Public interface to the TailCallElimination pass
127 FunctionPass *llvm::createTailCallEliminationPass() {
128   return new TailCallElim();
129 }
130
131 void TailCallElim::getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
132   AU.addRequired<TargetTransformInfo>();
133 }
134
135 /// CanTRE - Scan the specified basic block for alloca instructions.
136 /// If it contains any that are variable-sized or not in the entry block,
137 /// returns false.
138 static bool CanTRE(AllocaInst *AI) {
139   // Because of PR962, we don't TRE allocas outside the entry block.
140
141   // If this alloca is in the body of the function, or if it is a variable
142   // sized allocation, we cannot tail call eliminate calls marked 'tail'
143   // with this mechanism.
144   BasicBlock *BB = AI->getParent();
145   return BB == &BB->getParent()->getEntryBlock() &&
146          isa<ConstantInt>(AI->getArraySize());
147 }
148
149 namespace {
150 struct AllocaCaptureTracker : public CaptureTracker {
151   AllocaCaptureTracker() : Captured(false) {}
152
153   void tooManyUses() override { Captured = true; }
154
155   bool shouldExplore(const Use *U) override {
156     Value *V = U->getUser();
157     if (isa<CallInst>(V) || isa<InvokeInst>(V))
158       UsesAlloca.insert(V);
159     return true;
160   }
161
162   bool captured(const Use *U) override {
163     if (isa<ReturnInst>(U->getUser()))
164       return false;
165     Captured = true;
166     return true;
167   }
168
169   bool Captured;
170   SmallPtrSet<const Value *, 16> UsesAlloca;
171 };
172 } // end anonymous namespace
173
174 bool TailCallElim::runOnFunction(Function &F) {
175   if (skipOptnoneFunction(F))
176     return false;
177
178   // If this function is a varargs function, we won't be able to PHI the args
179   // right, so don't even try to convert it...
180   if (F.getFunctionType()->isVarArg()) return false;
181
182   TTI = &getAnalysis<TargetTransformInfo>();
183   BasicBlock *OldEntry = 0;
184   bool TailCallsAreMarkedTail = false;
185   SmallVector<PHINode*, 8> ArgumentPHIs;
186   bool MadeChange = false;
187
188   // CanTRETailMarkedCall - If false, we cannot perform TRE on tail calls
189   // marked with the 'tail' attribute, because doing so would cause the stack
190   // size to increase (real TRE would deallocate variable sized allocas, TRE
191   // doesn't).
192   bool CanTRETailMarkedCall = true;
193
194   // Find calls that can be marked tail.
195   AllocaCaptureTracker ACT;
196   for (Function::iterator BB = F.begin(), EE = F.end(); BB != EE; ++BB) {
197     for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(), E = BB->end(); I != E; ++I) {
198       if (AllocaInst *AI = dyn_cast<AllocaInst>(I)) {
199         CanTRETailMarkedCall &= CanTRE(AI);
200         PointerMayBeCaptured(AI, &ACT);
201         // If any allocas are captured, exit.
202         if (ACT.Captured)
203           return false;
204       }
205     }
206   }
207
208   // If any byval or inalloca args are captured, exit. They are also allocated
209   // in our stack frame.
210   for (Argument &Arg : F.args()) {
211     if (Arg.hasByValOrInAllocaAttr())
212       PointerMayBeCaptured(&Arg, &ACT);
213     if (ACT.Captured)
214       return false;
215   }
216
217   // Second pass, change any tail recursive calls to loops.
218   //
219   // FIXME: The code generator produces really bad code when an 'escaping
220   // alloca' is changed from being a static alloca to being a dynamic alloca.
221   // Until this is resolved, disable this transformation if that would ever
222   // happen.  This bug is PR962.
223   if (ACT.UsesAlloca.empty()) {
224     for (Function::iterator BB = F.begin(), E = F.end(); BB != E; ++BB) {
225       if (ReturnInst *Ret = dyn_cast<ReturnInst>(BB->getTerminator())) {
226         bool Change = ProcessReturningBlock(Ret, OldEntry, TailCallsAreMarkedTail,
227                                             ArgumentPHIs, !CanTRETailMarkedCall);
228         if (!Change && BB->getFirstNonPHIOrDbg() == Ret)
229           Change = FoldReturnAndProcessPred(BB, Ret, OldEntry,
230                                             TailCallsAreMarkedTail, ArgumentPHIs,
231                                             !CanTRETailMarkedCall);
232         MadeChange |= Change;
233       }
234     }
235   }
236
237   // If we eliminated any tail recursions, it's possible that we inserted some
238   // silly PHI nodes which just merge an initial value (the incoming operand)
239   // with themselves.  Check to see if we did and clean up our mess if so.  This
240   // occurs when a function passes an argument straight through to its tail
241   // call.
242   if (!ArgumentPHIs.empty()) {
243     for (unsigned i = 0, e = ArgumentPHIs.size(); i != e; ++i) {
244       PHINode *PN = ArgumentPHIs[i];
245
246       // If the PHI Node is a dynamic constant, replace it with the value it is.
247       if (Value *PNV = SimplifyInstruction(PN)) {
248         PN->replaceAllUsesWith(PNV);
249         PN->eraseFromParent();
250       }
251     }
252   }
253
254   // At this point, we know that the function does not have any captured
255   // allocas. If additionally the function does not call setjmp, mark all calls
256   // in the function that do not access stack memory with the tail keyword. This
257   // implies ensuring that there does not exist any path from a call that takes
258   // in an alloca but does not capture it and the call which we wish to mark
259   // with "tail".
260   if (!F.callsFunctionThatReturnsTwice()) {
261     for (Function::iterator BB = F.begin(), E = F.end(); BB != E; ++BB) {
262       for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(), E = BB->end(); I != E; ++I) {
263         if (CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(I)) {
264           if (!ACT.UsesAlloca.count(CI)) {
265             CI->setTailCall();
266             MadeChange = true;
267           }
268         }
269       }
270     }
271   }
272
273   return MadeChange;
274 }
275
276
277 /// CanMoveAboveCall - Return true if it is safe to move the specified
278 /// instruction from after the call to before the call, assuming that all
279 /// instructions between the call and this instruction are movable.
280 ///
281 bool TailCallElim::CanMoveAboveCall(Instruction *I, CallInst *CI) {
282   // FIXME: We can move load/store/call/free instructions above the call if the
283   // call does not mod/ref the memory location being processed.
284   if (I->mayHaveSideEffects())  // This also handles volatile loads.
285     return false;
286
287   if (LoadInst *L = dyn_cast<LoadInst>(I)) {
288     // Loads may always be moved above calls without side effects.
289     if (CI->mayHaveSideEffects()) {
290       // Non-volatile loads may be moved above a call with side effects if it
291       // does not write to memory and the load provably won't trap.
292       // FIXME: Writes to memory only matter if they may alias the pointer
293       // being loaded from.
294       if (CI->mayWriteToMemory() ||
295           !isSafeToLoadUnconditionally(L->getPointerOperand(), L,
296                                        L->getAlignment()))
297         return false;
298     }
299   }
300
301   // Otherwise, if this is a side-effect free instruction, check to make sure
302   // that it does not use the return value of the call.  If it doesn't use the
303   // return value of the call, it must only use things that are defined before
304   // the call, or movable instructions between the call and the instruction
305   // itself.
306   for (unsigned i = 0, e = I->getNumOperands(); i != e; ++i)
307     if (I->getOperand(i) == CI)
308       return false;
309   return true;
310 }
311
312 // isDynamicConstant - Return true if the specified value is the same when the
313 // return would exit as it was when the initial iteration of the recursive
314 // function was executed.
315 //
316 // We currently handle static constants and arguments that are not modified as
317 // part of the recursion.
318 //
319 static bool isDynamicConstant(Value *V, CallInst *CI, ReturnInst *RI) {
320   if (isa<Constant>(V)) return true; // Static constants are always dyn consts
321
322   // Check to see if this is an immutable argument, if so, the value
323   // will be available to initialize the accumulator.
324   if (Argument *Arg = dyn_cast<Argument>(V)) {
325     // Figure out which argument number this is...
326     unsigned ArgNo = 0;
327     Function *F = CI->getParent()->getParent();
328     for (Function::arg_iterator AI = F->arg_begin(); &*AI != Arg; ++AI)
329       ++ArgNo;
330
331     // If we are passing this argument into call as the corresponding
332     // argument operand, then the argument is dynamically constant.
333     // Otherwise, we cannot transform this function safely.
334     if (CI->getArgOperand(ArgNo) == Arg)
335       return true;
336   }
337
338   // Switch cases are always constant integers. If the value is being switched
339   // on and the return is only reachable from one of its cases, it's
340   // effectively constant.
341   if (BasicBlock *UniquePred = RI->getParent()->getUniquePredecessor())
342     if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(UniquePred->getTerminator()))
343       if (SI->getCondition() == V)
344         return SI->getDefaultDest() != RI->getParent();
345
346   // Not a constant or immutable argument, we can't safely transform.
347   return false;
348 }
349
350 // getCommonReturnValue - Check to see if the function containing the specified
351 // tail call consistently returns the same runtime-constant value at all exit
352 // points except for IgnoreRI.  If so, return the returned value.
353 //
354 static Value *getCommonReturnValue(ReturnInst *IgnoreRI, CallInst *CI) {
355   Function *F = CI->getParent()->getParent();
356   Value *ReturnedValue = 0;
357
358   for (Function::iterator BBI = F->begin(), E = F->end(); BBI != E; ++BBI) {
359     ReturnInst *RI = dyn_cast<ReturnInst>(BBI->getTerminator());
360     if (RI == 0 || RI == IgnoreRI) continue;
361
362     // We can only perform this transformation if the value returned is
363     // evaluatable at the start of the initial invocation of the function,
364     // instead of at the end of the evaluation.
365     //
366     Value *RetOp = RI->getOperand(0);
367     if (!isDynamicConstant(RetOp, CI, RI))
368       return 0;
369
370     if (ReturnedValue && RetOp != ReturnedValue)
371       return 0;     // Cannot transform if differing values are returned.
372     ReturnedValue = RetOp;
373   }
374   return ReturnedValue;
375 }
376
377 /// CanTransformAccumulatorRecursion - If the specified instruction can be
378 /// transformed using accumulator recursion elimination, return the constant
379 /// which is the start of the accumulator value.  Otherwise return null.
380 ///
381 Value *TailCallElim::CanTransformAccumulatorRecursion(Instruction *I,
382                                                       CallInst *CI) {
383   if (!I->isAssociative() || !I->isCommutative()) return 0;
384   assert(I->getNumOperands() == 2 &&
385          "Associative/commutative operations should have 2 args!");
386
387   // Exactly one operand should be the result of the call instruction.
388   if ((I->getOperand(0) == CI && I->getOperand(1) == CI) ||
389       (I->getOperand(0) != CI && I->getOperand(1) != CI))
390     return 0;
391
392   // The only user of this instruction we allow is a single return instruction.
393   if (!I->hasOneUse() || !isa<ReturnInst>(I->user_back()))
394     return 0;
395
396   // Ok, now we have to check all of the other return instructions in this
397   // function.  If they return non-constants or differing values, then we cannot
398   // transform the function safely.
399   return getCommonReturnValue(cast<ReturnInst>(I->user_back()), CI);
400 }
401
402 static Instruction *FirstNonDbg(BasicBlock::iterator I) {
403   while (isa<DbgInfoIntrinsic>(I))
404     ++I;
405   return &*I;
406 }
407
408 CallInst*
409 TailCallElim::FindTRECandidate(Instruction *TI,
410                                bool CannotTailCallElimCallsMarkedTail) {
411   BasicBlock *BB = TI->getParent();
412   Function *F = BB->getParent();
413
414   if (&BB->front() == TI) // Make sure there is something before the terminator.
415     return 0;
416
417   // Scan backwards from the return, checking to see if there is a tail call in
418   // this block.  If so, set CI to it.
419   CallInst *CI = 0;
420   BasicBlock::iterator BBI = TI;
421   while (true) {
422     CI = dyn_cast<CallInst>(BBI);
423     if (CI && CI->getCalledFunction() == F)
424       break;
425
426     if (BBI == BB->begin())
427       return 0;          // Didn't find a potential tail call.
428     --BBI;
429   }
430
431   // If this call is marked as a tail call, and if there are dynamic allocas in
432   // the function, we cannot perform this optimization.
433   if (CI->isTailCall() && CannotTailCallElimCallsMarkedTail)
434     return 0;
435
436   // As a special case, detect code like this:
437   //   double fabs(double f) { return __builtin_fabs(f); } // a 'fabs' call
438   // and disable this xform in this case, because the code generator will
439   // lower the call to fabs into inline code.
440   if (BB == &F->getEntryBlock() &&
441       FirstNonDbg(BB->front()) == CI &&
442       FirstNonDbg(std::next(BB->begin())) == TI &&
443       CI->getCalledFunction() &&
444       !TTI->isLoweredToCall(CI->getCalledFunction())) {
445     // A single-block function with just a call and a return. Check that
446     // the arguments match.
447     CallSite::arg_iterator I = CallSite(CI).arg_begin(),
448                            E = CallSite(CI).arg_end();
449     Function::arg_iterator FI = F->arg_begin(),
450                            FE = F->arg_end();
451     for (; I != E && FI != FE; ++I, ++FI)
452       if (*I != &*FI) break;
453     if (I == E && FI == FE)
454       return 0;
455   }
456
457   return CI;
458 }
459
460 bool TailCallElim::EliminateRecursiveTailCall(CallInst *CI, ReturnInst *Ret,
461                                        BasicBlock *&OldEntry,
462                                        bool &TailCallsAreMarkedTail,
463                                        SmallVectorImpl<PHINode *> &ArgumentPHIs,
464                                        bool CannotTailCallElimCallsMarkedTail) {
465   // If we are introducing accumulator recursion to eliminate operations after
466   // the call instruction that are both associative and commutative, the initial
467   // value for the accumulator is placed in this variable.  If this value is set
468   // then we actually perform accumulator recursion elimination instead of
469   // simple tail recursion elimination.  If the operation is an LLVM instruction
470   // (eg: "add") then it is recorded in AccumulatorRecursionInstr.  If not, then
471   // we are handling the case when the return instruction returns a constant C
472   // which is different to the constant returned by other return instructions
473   // (which is recorded in AccumulatorRecursionEliminationInitVal).  This is a
474   // special case of accumulator recursion, the operation being "return C".
475   Value *AccumulatorRecursionEliminationInitVal = 0;
476   Instruction *AccumulatorRecursionInstr = 0;
477
478   // Ok, we found a potential tail call.  We can currently only transform the
479   // tail call if all of the instructions between the call and the return are
480   // movable to above the call itself, leaving the call next to the return.
481   // Check that this is the case now.
482   BasicBlock::iterator BBI = CI;
483   for (++BBI; &*BBI != Ret; ++BBI) {
484     if (CanMoveAboveCall(BBI, CI)) continue;
485
486     // If we can't move the instruction above the call, it might be because it
487     // is an associative and commutative operation that could be transformed
488     // using accumulator recursion elimination.  Check to see if this is the
489     // case, and if so, remember the initial accumulator value for later.
490     if ((AccumulatorRecursionEliminationInitVal =
491                            CanTransformAccumulatorRecursion(BBI, CI))) {
492       // Yes, this is accumulator recursion.  Remember which instruction
493       // accumulates.
494       AccumulatorRecursionInstr = BBI;
495     } else {
496       return false;   // Otherwise, we cannot eliminate the tail recursion!
497     }
498   }
499
500   // We can only transform call/return pairs that either ignore the return value
501   // of the call and return void, ignore the value of the call and return a
502   // constant, return the value returned by the tail call, or that are being
503   // accumulator recursion variable eliminated.
504   if (Ret->getNumOperands() == 1 && Ret->getReturnValue() != CI &&
505       !isa<UndefValue>(Ret->getReturnValue()) &&
506       AccumulatorRecursionEliminationInitVal == 0 &&
507       !getCommonReturnValue(0, CI)) {
508     // One case remains that we are able to handle: the current return
509     // instruction returns a constant, and all other return instructions
510     // return a different constant.
511     if (!isDynamicConstant(Ret->getReturnValue(), CI, Ret))
512       return false; // Current return instruction does not return a constant.
513     // Check that all other return instructions return a common constant.  If
514     // so, record it in AccumulatorRecursionEliminationInitVal.
515     AccumulatorRecursionEliminationInitVal = getCommonReturnValue(Ret, CI);
516     if (!AccumulatorRecursionEliminationInitVal)
517       return false;
518   }
519
520   BasicBlock *BB = Ret->getParent();
521   Function *F = BB->getParent();
522
523   // OK! We can transform this tail call.  If this is the first one found,
524   // create the new entry block, allowing us to branch back to the old entry.
525   if (OldEntry == 0) {
526     OldEntry = &F->getEntryBlock();
527     BasicBlock *NewEntry = BasicBlock::Create(F->getContext(), "", F, OldEntry);
528     NewEntry->takeName(OldEntry);
529     OldEntry->setName("tailrecurse");
530     BranchInst::Create(OldEntry, NewEntry);
531
532     // If this tail call is marked 'tail' and if there are any allocas in the
533     // entry block, move them up to the new entry block.
534     TailCallsAreMarkedTail = CI->isTailCall();
535     if (TailCallsAreMarkedTail)
536       // Move all fixed sized allocas from OldEntry to NewEntry.
537       for (BasicBlock::iterator OEBI = OldEntry->begin(), E = OldEntry->end(),
538              NEBI = NewEntry->begin(); OEBI != E; )
539         if (AllocaInst *AI = dyn_cast<AllocaInst>(OEBI++))
540           if (isa<ConstantInt>(AI->getArraySize()))
541             AI->moveBefore(NEBI);
542
543     // Now that we have created a new block, which jumps to the entry
544     // block, insert a PHI node for each argument of the function.
545     // For now, we initialize each PHI to only have the real arguments
546     // which are passed in.
547     Instruction *InsertPos = OldEntry->begin();
548     for (Function::arg_iterator I = F->arg_begin(), E = F->arg_end();
549          I != E; ++I) {
550       PHINode *PN = PHINode::Create(I->getType(), 2,
551                                     I->getName() + ".tr", InsertPos);
552       I->replaceAllUsesWith(PN); // Everyone use the PHI node now!
553       PN->addIncoming(I, NewEntry);
554       ArgumentPHIs.push_back(PN);
555     }
556   }
557
558   // If this function has self recursive calls in the tail position where some
559   // are marked tail and some are not, only transform one flavor or another.  We
560   // have to choose whether we move allocas in the entry block to the new entry
561   // block or not, so we can't make a good choice for both.  NOTE: We could do
562   // slightly better here in the case that the function has no entry block
563   // allocas.
564   if (TailCallsAreMarkedTail && !CI->isTailCall())
565     return false;
566
567   // Ok, now that we know we have a pseudo-entry block WITH all of the
568   // required PHI nodes, add entries into the PHI node for the actual
569   // parameters passed into the tail-recursive call.
570   for (unsigned i = 0, e = CI->getNumArgOperands(); i != e; ++i)
571     ArgumentPHIs[i]->addIncoming(CI->getArgOperand(i), BB);
572
573   // If we are introducing an accumulator variable to eliminate the recursion,
574   // do so now.  Note that we _know_ that no subsequent tail recursion
575   // eliminations will happen on this function because of the way the
576   // accumulator recursion predicate is set up.
577   //
578   if (AccumulatorRecursionEliminationInitVal) {
579     Instruction *AccRecInstr = AccumulatorRecursionInstr;
580     // Start by inserting a new PHI node for the accumulator.
581     pred_iterator PB = pred_begin(OldEntry), PE = pred_end(OldEntry);
582     PHINode *AccPN =
583       PHINode::Create(AccumulatorRecursionEliminationInitVal->getType(),
584                       std::distance(PB, PE) + 1,
585                       "accumulator.tr", OldEntry->begin());
586
587     // Loop over all of the predecessors of the tail recursion block.  For the
588     // real entry into the function we seed the PHI with the initial value,
589     // computed earlier.  For any other existing branches to this block (due to
590     // other tail recursions eliminated) the accumulator is not modified.
591     // Because we haven't added the branch in the current block to OldEntry yet,
592     // it will not show up as a predecessor.
593     for (pred_iterator PI = PB; PI != PE; ++PI) {
594       BasicBlock *P = *PI;
595       if (P == &F->getEntryBlock())
596         AccPN->addIncoming(AccumulatorRecursionEliminationInitVal, P);
597       else
598         AccPN->addIncoming(AccPN, P);
599     }
600
601     if (AccRecInstr) {
602       // Add an incoming argument for the current block, which is computed by
603       // our associative and commutative accumulator instruction.
604       AccPN->addIncoming(AccRecInstr, BB);
605
606       // Next, rewrite the accumulator recursion instruction so that it does not
607       // use the result of the call anymore, instead, use the PHI node we just
608       // inserted.
609       AccRecInstr->setOperand(AccRecInstr->getOperand(0) != CI, AccPN);
610     } else {
611       // Add an incoming argument for the current block, which is just the
612       // constant returned by the current return instruction.
613       AccPN->addIncoming(Ret->getReturnValue(), BB);
614     }
615
616     // Finally, rewrite any return instructions in the program to return the PHI
617     // node instead of the "initval" that they do currently.  This loop will
618     // actually rewrite the return value we are destroying, but that's ok.
619     for (Function::iterator BBI = F->begin(), E = F->end(); BBI != E; ++BBI)
620       if (ReturnInst *RI = dyn_cast<ReturnInst>(BBI->getTerminator()))
621         RI->setOperand(0, AccPN);
622     ++NumAccumAdded;
623   }
624
625   // Now that all of the PHI nodes are in place, remove the call and
626   // ret instructions, replacing them with an unconditional branch.
627   BranchInst *NewBI = BranchInst::Create(OldEntry, Ret);
628   NewBI->setDebugLoc(CI->getDebugLoc());
629
630   BB->getInstList().erase(Ret);  // Remove return.
631   BB->getInstList().erase(CI);   // Remove call.
632   ++NumEliminated;
633   return true;
634 }
635
636 bool TailCallElim::FoldReturnAndProcessPred(BasicBlock *BB,
637                                        ReturnInst *Ret, BasicBlock *&OldEntry,
638                                        bool &TailCallsAreMarkedTail,
639                                        SmallVectorImpl<PHINode *> &ArgumentPHIs,
640                                        bool CannotTailCallElimCallsMarkedTail) {
641   bool Change = false;
642
643   // If the return block contains nothing but the return and PHI's,
644   // there might be an opportunity to duplicate the return in its
645   // predecessors and perform TRC there. Look for predecessors that end
646   // in unconditional branch and recursive call(s).
647   SmallVector<BranchInst*, 8> UncondBranchPreds;
648   for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), E = pred_end(BB); PI != E; ++PI) {
649     BasicBlock *Pred = *PI;
650     TerminatorInst *PTI = Pred->getTerminator();
651     if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(PTI))
652       if (BI->isUnconditional())
653         UncondBranchPreds.push_back(BI);
654   }
655
656   while (!UncondBranchPreds.empty()) {
657     BranchInst *BI = UncondBranchPreds.pop_back_val();
658     BasicBlock *Pred = BI->getParent();
659     if (CallInst *CI = FindTRECandidate(BI, CannotTailCallElimCallsMarkedTail)){
660       DEBUG(dbgs() << "FOLDING: " << *BB
661             << "INTO UNCOND BRANCH PRED: " << *Pred);
662       EliminateRecursiveTailCall(CI, FoldReturnIntoUncondBranch(Ret, BB, Pred),
663                                  OldEntry, TailCallsAreMarkedTail, ArgumentPHIs,
664                                  CannotTailCallElimCallsMarkedTail);
665       ++NumRetDuped;
666       Change = true;
667     }
668   }
669
670   return Change;
671 }
672
673 bool
674 TailCallElim::ProcessReturningBlock(ReturnInst *Ret, BasicBlock *&OldEntry,
675                                     bool &TailCallsAreMarkedTail,
676                                     SmallVectorImpl<PHINode *> &ArgumentPHIs,
677                                     bool CannotTailCallElimCallsMarkedTail) {
678   CallInst *CI = FindTRECandidate(Ret, CannotTailCallElimCallsMarkedTail);
679   if (!CI)
680     return false;
681
682   return EliminateRecursiveTailCall(CI, Ret, OldEntry, TailCallsAreMarkedTail,
683                                     ArgumentPHIs,
684                                     CannotTailCallElimCallsMarkedTail);
685 }