Disable most IR-level transform passes on functions marked 'optnone'.
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / Scalar / TailRecursionElimination.cpp
index 23514fd51be238a98bb8dddfae3288df367229d4..351aee058ba846fa69740d18d871d5b54d53a428 100644 (file)
@@ -36,7 +36,7 @@
 //     evaluated each time through the tail recursion.  Safely keeping allocas
 //     in the entry block requires analysis to proves that the tail-called
 //     function does not read or write the stack object.
-//  2. Tail recursion is only performed if the call immediately preceeds the
+//  2. Tail recursion is only performed if the call immediately precedes the
 //     return instruction.  It's possible that there could be a jump between
 //     the call and the return.
 //  3. There can be intervening operations between the call and the return that
 
 #define DEBUG_TYPE "tailcallelim"
 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
-#include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
-#include "llvm/Constants.h"
-#include "llvm/DerivedTypes.h"
-#include "llvm/Function.h"
-#include "llvm/Instructions.h"
-#include "llvm/Pass.h"
+#include "llvm/ADT/STLExtras.h"
+#include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
+#include "llvm/ADT/Statistic.h"
 #include "llvm/Analysis/CaptureTracking.h"
 #include "llvm/Analysis/InlineCost.h"
 #include "llvm/Analysis/InstructionSimplify.h"
 #include "llvm/Analysis/Loads.h"
-#include "llvm/Support/CallSite.h"
+#include "llvm/Analysis/TargetTransformInfo.h"
+#include "llvm/IR/Constants.h"
+#include "llvm/IR/DerivedTypes.h"
+#include "llvm/IR/Function.h"
+#include "llvm/IR/Instructions.h"
+#include "llvm/IR/IntrinsicInst.h"
+#include "llvm/IR/Module.h"
+#include "llvm/Pass.h"
 #include "llvm/Support/CFG.h"
-#include "llvm/ADT/Statistic.h"
+#include "llvm/Support/CallSite.h"
+#include "llvm/Support/Debug.h"
+#include "llvm/Support/ValueHandle.h"
+#include "llvm/Support/raw_ostream.h"
+#include "llvm/Transforms/Utils/BasicBlockUtils.h"
+#include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
 using namespace llvm;
 
 STATISTIC(NumEliminated, "Number of tail calls removed");
+STATISTIC(NumRetDuped,   "Number of return duplicated");
 STATISTIC(NumAccumAdded, "Number of accumulators introduced");
 
 namespace {
   struct TailCallElim : public FunctionPass {
+    const TargetTransformInfo *TTI;
+
     static char ID; // Pass identification, replacement for typeid
     TailCallElim() : FunctionPass(ID) {
       initializeTailCallElimPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
     }
 
+    virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const;
+
     virtual bool runOnFunction(Function &F);
 
   private:
+    CallInst *FindTRECandidate(Instruction *I,
+                               bool CannotTailCallElimCallsMarkedTail);
+    bool EliminateRecursiveTailCall(CallInst *CI, ReturnInst *Ret,
+                                    BasicBlock *&OldEntry,
+                                    bool &TailCallsAreMarkedTail,
+                                    SmallVectorImpl<PHINode *> &ArgumentPHIs,
+                                    bool CannotTailCallElimCallsMarkedTail);
+    bool FoldReturnAndProcessPred(BasicBlock *BB,
+                                  ReturnInst *Ret, BasicBlock *&OldEntry,
+                                  bool &TailCallsAreMarkedTail,
+                                  SmallVectorImpl<PHINode *> &ArgumentPHIs,
+                                  bool CannotTailCallElimCallsMarkedTail);
     bool ProcessReturningBlock(ReturnInst *RI, BasicBlock *&OldEntry,
                                bool &TailCallsAreMarkedTail,
-                               SmallVector<PHINode*, 8> &ArgumentPHIs,
+                               SmallVectorImpl<PHINode *> &ArgumentPHIs,
                                bool CannotTailCallElimCallsMarkedTail);
     bool CanMoveAboveCall(Instruction *I, CallInst *CI);
     Value *CanTransformAccumulatorRecursion(Instruction *I, CallInst *CI);
@@ -90,83 +116,113 @@ namespace {
 }
 
 char TailCallElim::ID = 0;
-INITIALIZE_PASS(TailCallElim, "tailcallelim",
-                "Tail Call Elimination", false, false)
+INITIALIZE_PASS_BEGIN(TailCallElim, "tailcallelim",
+                      "Tail Call Elimination", false, false)
+INITIALIZE_AG_DEPENDENCY(TargetTransformInfo)
+INITIALIZE_PASS_END(TailCallElim, "tailcallelim",
+                    "Tail Call Elimination", false, false)
 
 // Public interface to the TailCallElimination pass
 FunctionPass *llvm::createTailCallEliminationPass() {
   return new TailCallElim();
 }
 
-/// AllocaMightEscapeToCalls - Return true if this alloca may be accessed by
-/// callees of this function.  We only do very simple analysis right now, this
-/// could be expanded in the future to use mod/ref information for particular
-/// call sites if desired.
-static bool AllocaMightEscapeToCalls(AllocaInst *AI) {
-  // FIXME: do simple 'address taken' analysis.
-  return true;
+void TailCallElim::getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
+  AU.addRequired<TargetTransformInfo>();
 }
 
-/// CheckForEscapingAllocas - Scan the specified basic block for alloca
-/// instructions.  If it contains any that might be accessed by calls, return
-/// true.
-static bool CheckForEscapingAllocas(BasicBlock *BB,
-                                    bool &CannotTCETailMarkedCall) {
-  bool RetVal = false;
-  for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(), E = BB->end(); I != E; ++I)
-    if (AllocaInst *AI = dyn_cast<AllocaInst>(I)) {
-      RetVal |= AllocaMightEscapeToCalls(AI);
-
-      // If this alloca is in the body of the function, or if it is a variable
-      // sized allocation, we cannot tail call eliminate calls marked 'tail'
-      // with this mechanism.
-      if (BB != &BB->getParent()->getEntryBlock() ||
-          !isa<ConstantInt>(AI->getArraySize()))
-        CannotTCETailMarkedCall = true;
-    }
-  return RetVal;
+/// CanTRE - Scan the specified basic block for alloca instructions.
+/// If it contains any that are variable-sized or not in the entry block,
+/// returns false.
+static bool CanTRE(AllocaInst *AI) {
+  // Because of PR962, we don't TRE allocas outside the entry block.
+
+  // If this alloca is in the body of the function, or if it is a variable
+  // sized allocation, we cannot tail call eliminate calls marked 'tail'
+  // with this mechanism.
+  BasicBlock *BB = AI->getParent();
+  return BB == &BB->getParent()->getEntryBlock() &&
+         isa<ConstantInt>(AI->getArraySize());
 }
 
+namespace {
+struct AllocaCaptureTracker : public CaptureTracker {
+  AllocaCaptureTracker() : Captured(false) {}
+
+  void tooManyUses() LLVM_OVERRIDE { Captured = true; }
+
+  bool shouldExplore(Use *U) LLVM_OVERRIDE {
+    Value *V = U->getUser();
+    if (isa<CallInst>(V) || isa<InvokeInst>(V))
+      UsesAlloca.insert(V);
+    return true;
+  }
+
+  bool captured(Use *U) LLVM_OVERRIDE {
+    if (isa<ReturnInst>(U->getUser()))
+      return false;
+    Captured = true;
+    return true;
+  }
+
+  bool Captured;
+  SmallPtrSet<const Value *, 16> UsesAlloca;
+};
+} // end anonymous namespace
+
 bool TailCallElim::runOnFunction(Function &F) {
+  if (skipOptnoneFunction(F))
+    return false;
+
   // If this function is a varargs function, we won't be able to PHI the args
   // right, so don't even try to convert it...
   if (F.getFunctionType()->isVarArg()) return false;
 
+  TTI = &getAnalysis<TargetTransformInfo>();
   BasicBlock *OldEntry = 0;
   bool TailCallsAreMarkedTail = false;
   SmallVector<PHINode*, 8> ArgumentPHIs;
   bool MadeChange = false;
 
-  bool FunctionContainsEscapingAllocas = false;
-
-  // CannotTCETailMarkedCall - If true, we cannot perform TCE on tail calls
+  // CanTRETailMarkedCall - If false, we cannot perform TRE on tail calls
   // marked with the 'tail' attribute, because doing so would cause the stack
-  // size to increase (real TCE would deallocate variable sized allocas, TCE
+  // size to increase (real TRE would deallocate variable sized allocas, TRE
   // doesn't).
-  bool CannotTCETailMarkedCall = false;
-
-  // Loop over the function, looking for any returning blocks, and keeping track
-  // of whether this function has any non-trivially used allocas.
-  for (Function::iterator BB = F.begin(), E = F.end(); BB != E; ++BB) {
-    if (FunctionContainsEscapingAllocas && CannotTCETailMarkedCall)
-      break;
-
-    FunctionContainsEscapingAllocas |=
-      CheckForEscapingAllocas(BB, CannotTCETailMarkedCall);
+  bool CanTRETailMarkedCall = true;
+
+  // Find calls that can be marked tail.
+  AllocaCaptureTracker ACT;
+  for (Function::iterator BB = F.begin(), EE = F.end(); BB != EE; ++BB) {
+    for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(), E = BB->end(); I != E; ++I) {
+      if (AllocaInst *AI = dyn_cast<AllocaInst>(I)) {
+        CanTRETailMarkedCall &= CanTRE(AI);
+        PointerMayBeCaptured(AI, &ACT);
+        // If any allocas are captured, exit.
+        if (ACT.Captured)
+          return false;
+      }
+    }
   }
-  
-  /// FIXME: The code generator produces really bad code when an 'escaping
-  /// alloca' is changed from being a static alloca to being a dynamic alloca.
-  /// Until this is resolved, disable this transformation if that would ever
-  /// happen.  This bug is PR962.
-  if (FunctionContainsEscapingAllocas)
-    return false;
 
-  // Second pass, change any tail calls to loops.
-  for (Function::iterator BB = F.begin(), E = F.end(); BB != E; ++BB)
-    if (ReturnInst *Ret = dyn_cast<ReturnInst>(BB->getTerminator()))
-      MadeChange |= ProcessReturningBlock(Ret, OldEntry, TailCallsAreMarkedTail,
-                                          ArgumentPHIs,CannotTCETailMarkedCall);
+  // Second pass, change any tail recursive calls to loops.
+  //
+  // FIXME: The code generator produces really bad code when an 'escaping
+  // alloca' is changed from being a static alloca to being a dynamic alloca.
+  // Until this is resolved, disable this transformation if that would ever
+  // happen.  This bug is PR962.
+  if (ACT.UsesAlloca.empty()) {
+    for (Function::iterator BB = F.begin(), E = F.end(); BB != E; ++BB) {
+      if (ReturnInst *Ret = dyn_cast<ReturnInst>(BB->getTerminator())) {
+        bool Change = ProcessReturningBlock(Ret, OldEntry, TailCallsAreMarkedTail,
+                                            ArgumentPHIs, !CanTRETailMarkedCall);
+        if (!Change && BB->getFirstNonPHIOrDbg() == Ret)
+          Change = FoldReturnAndProcessPred(BB, Ret, OldEntry,
+                                            TailCallsAreMarkedTail, ArgumentPHIs,
+                                            !CanTRETailMarkedCall);
+        MadeChange |= Change;
+      }
+    }
+  }
 
   // If we eliminated any tail recursions, it's possible that we inserted some
   // silly PHI nodes which just merge an initial value (the incoming operand)
@@ -185,16 +241,24 @@ bool TailCallElim::runOnFunction(Function &F) {
     }
   }
 
-  // Finally, if this function contains no non-escaping allocas, mark all calls
-  // in the function as eligible for tail calls (there is no stack memory for
-  // them to access).
-  if (!FunctionContainsEscapingAllocas)
-    for (Function::iterator BB = F.begin(), E = F.end(); BB != E; ++BB)
-      for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(), E = BB->end(); I != E; ++I)
+  // At this point, we know that the function does not have any captured
+  // allocas. If additionally the function does not call setjmp, mark all calls
+  // in the function that do not access stack memory with the tail keyword. This
+  // implies ensuring that there does not exist any path from a call that takes
+  // in an alloca but does not capture it and the call which we wish to mark
+  // with "tail".
+  if (!F.callsFunctionThatReturnsTwice()) {
+    for (Function::iterator BB = F.begin(), E = F.end(); BB != E; ++BB) {
+      for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(), E = BB->end(); I != E; ++I) {
         if (CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(I)) {
-          CI->setTailCall();
-          MadeChange = true;
+          if (!ACT.UsesAlloca.count(CI)) {
+            CI->setTailCall();
+            MadeChange = true;
+          }
         }
+      }
+    }
+  }
 
   return MadeChange;
 }
@@ -209,7 +273,7 @@ bool TailCallElim::CanMoveAboveCall(Instruction *I, CallInst *CI) {
   // call does not mod/ref the memory location being processed.
   if (I->mayHaveSideEffects())  // This also handles volatile loads.
     return false;
-  
+
   if (LoadInst *L = dyn_cast<LoadInst>(I)) {
     // Loads may always be moved above calls without side effects.
     if (CI->mayHaveSideEffects()) {
@@ -325,42 +389,49 @@ Value *TailCallElim::CanTransformAccumulatorRecursion(Instruction *I,
   return getCommonReturnValue(cast<ReturnInst>(I->use_back()), CI);
 }
 
-bool TailCallElim::ProcessReturningBlock(ReturnInst *Ret, BasicBlock *&OldEntry,
-                                         bool &TailCallsAreMarkedTail,
-                                         SmallVector<PHINode*, 8> &ArgumentPHIs,
-                                       bool CannotTailCallElimCallsMarkedTail) {
-  BasicBlock *BB = Ret->getParent();
+static Instruction *FirstNonDbg(BasicBlock::iterator I) {
+  while (isa<DbgInfoIntrinsic>(I))
+    ++I;
+  return &*I;
+}
+
+CallInst*
+TailCallElim::FindTRECandidate(Instruction *TI,
+                               bool CannotTailCallElimCallsMarkedTail) {
+  BasicBlock *BB = TI->getParent();
   Function *F = BB->getParent();
 
-  if (&BB->front() == Ret) // Make sure there is something before the ret...
-    return false;
-  
+  if (&BB->front() == TI) // Make sure there is something before the terminator.
+    return 0;
+
   // Scan backwards from the return, checking to see if there is a tail call in
   // this block.  If so, set CI to it.
-  CallInst *CI;
-  BasicBlock::iterator BBI = Ret;
-  while (1) {
+  CallInst *CI = 0;
+  BasicBlock::iterator BBI = TI;
+  while (true) {
     CI = dyn_cast<CallInst>(BBI);
     if (CI && CI->getCalledFunction() == F)
       break;
 
     if (BBI == BB->begin())
-      return false;          // Didn't find a potential tail call.
+      return 0;          // Didn't find a potential tail call.
     --BBI;
   }
 
   // If this call is marked as a tail call, and if there are dynamic allocas in
   // the function, we cannot perform this optimization.
   if (CI->isTailCall() && CannotTailCallElimCallsMarkedTail)
-    return false;
+    return 0;
 
   // As a special case, detect code like this:
   //   double fabs(double f) { return __builtin_fabs(f); } // a 'fabs' call
   // and disable this xform in this case, because the code generator will
   // lower the call to fabs into inline code.
-  if (BB == &F->getEntryBlock() && 
-      &BB->front() == CI && &*++BB->begin() == Ret &&
-      callIsSmall(F)) {
+  if (BB == &F->getEntryBlock() &&
+      FirstNonDbg(BB->front()) == CI &&
+      FirstNonDbg(llvm::next(BB->begin())) == TI &&
+      CI->getCalledFunction() &&
+      !TTI->isLoweredToCall(CI->getCalledFunction())) {
     // A single-block function with just a call and a return. Check that
     // the arguments match.
     CallSite::arg_iterator I = CallSite(CI).arg_begin(),
@@ -370,9 +441,17 @@ bool TailCallElim::ProcessReturningBlock(ReturnInst *Ret, BasicBlock *&OldEntry,
     for (; I != E && FI != FE; ++I, ++FI)
       if (*I != &*FI) break;
     if (I == E && FI == FE)
-      return false;
+      return 0;
   }
 
+  return CI;
+}
+
+bool TailCallElim::EliminateRecursiveTailCall(CallInst *CI, ReturnInst *Ret,
+                                       BasicBlock *&OldEntry,
+                                       bool &TailCallsAreMarkedTail,
+                                       SmallVectorImpl<PHINode *> &ArgumentPHIs,
+                                       bool CannotTailCallElimCallsMarkedTail) {
   // If we are introducing accumulator recursion to eliminate operations after
   // the call instruction that are both associative and commutative, the initial
   // value for the accumulator is placed in this variable.  If this value is set
@@ -390,11 +469,12 @@ bool TailCallElim::ProcessReturningBlock(ReturnInst *Ret, BasicBlock *&OldEntry,
   // tail call if all of the instructions between the call and the return are
   // movable to above the call itself, leaving the call next to the return.
   // Check that this is the case now.
-  for (BBI = CI, ++BBI; &*BBI != Ret; ++BBI) {
+  BasicBlock::iterator BBI = CI;
+  for (++BBI; &*BBI != Ret; ++BBI) {
     if (CanMoveAboveCall(BBI, CI)) continue;
-    
+
     // If we can't move the instruction above the call, it might be because it
-    // is an associative and commutative operation that could be tranformed
+    // is an associative and commutative operation that could be transformed
     // using accumulator recursion elimination.  Check to see if this is the
     // case, and if so, remember the initial accumulator value for later.
     if ((AccumulatorRecursionEliminationInitVal =
@@ -427,6 +507,9 @@ bool TailCallElim::ProcessReturningBlock(ReturnInst *Ret, BasicBlock *&OldEntry,
       return false;
   }
 
+  BasicBlock *BB = Ret->getParent();
+  Function *F = BB->getParent();
+
   // OK! We can transform this tail call.  If this is the first one found,
   // create the new entry block, allowing us to branch back to the old entry.
   if (OldEntry == 0) {
@@ -454,7 +537,7 @@ bool TailCallElim::ProcessReturningBlock(ReturnInst *Ret, BasicBlock *&OldEntry,
     Instruction *InsertPos = OldEntry->begin();
     for (Function::arg_iterator I = F->arg_begin(), E = F->arg_end();
          I != E; ++I) {
-      PHINode *PN = PHINode::Create(I->getType(),
+      PHINode *PN = PHINode::Create(I->getType(), 2,
                                     I->getName() + ".tr", InsertPos);
       I->replaceAllUsesWith(PN); // Everyone use the PHI node now!
       PN->addIncoming(I, NewEntry);
@@ -485,8 +568,10 @@ bool TailCallElim::ProcessReturningBlock(ReturnInst *Ret, BasicBlock *&OldEntry,
   if (AccumulatorRecursionEliminationInitVal) {
     Instruction *AccRecInstr = AccumulatorRecursionInstr;
     // Start by inserting a new PHI node for the accumulator.
+    pred_iterator PB = pred_begin(OldEntry), PE = pred_end(OldEntry);
     PHINode *AccPN =
       PHINode::Create(AccumulatorRecursionEliminationInitVal->getType(),
+                      std::distance(PB, PE) + 1,
                       "accumulator.tr", OldEntry->begin());
 
     // Loop over all of the predecessors of the tail recursion block.  For the
@@ -495,8 +580,7 @@ bool TailCallElim::ProcessReturningBlock(ReturnInst *Ret, BasicBlock *&OldEntry,
     // other tail recursions eliminated) the accumulator is not modified.
     // Because we haven't added the branch in the current block to OldEntry yet,
     // it will not show up as a predecessor.
-    for (pred_iterator PI = pred_begin(OldEntry), PE = pred_end(OldEntry);
-         PI != PE; ++PI) {
+    for (pred_iterator PI = PB; PI != PE; ++PI) {
       BasicBlock *P = *PI;
       if (P == &F->getEntryBlock())
         AccPN->addIncoming(AccumulatorRecursionEliminationInitVal, P);
@@ -530,9 +614,62 @@ bool TailCallElim::ProcessReturningBlock(ReturnInst *Ret, BasicBlock *&OldEntry,
 
   // Now that all of the PHI nodes are in place, remove the call and
   // ret instructions, replacing them with an unconditional branch.
-  BranchInst::Create(OldEntry, Ret);
+  BranchInst *NewBI = BranchInst::Create(OldEntry, Ret);
+  NewBI->setDebugLoc(CI->getDebugLoc());
+
   BB->getInstList().erase(Ret);  // Remove return.
   BB->getInstList().erase(CI);   // Remove call.
   ++NumEliminated;
   return true;
 }
+
+bool TailCallElim::FoldReturnAndProcessPred(BasicBlock *BB,
+                                       ReturnInst *Ret, BasicBlock *&OldEntry,
+                                       bool &TailCallsAreMarkedTail,
+                                       SmallVectorImpl<PHINode *> &ArgumentPHIs,
+                                       bool CannotTailCallElimCallsMarkedTail) {
+  bool Change = false;
+
+  // If the return block contains nothing but the return and PHI's,
+  // there might be an opportunity to duplicate the return in its
+  // predecessors and perform TRC there. Look for predecessors that end
+  // in unconditional branch and recursive call(s).
+  SmallVector<BranchInst*, 8> UncondBranchPreds;
+  for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), E = pred_end(BB); PI != E; ++PI) {
+    BasicBlock *Pred = *PI;
+    TerminatorInst *PTI = Pred->getTerminator();
+    if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(PTI))
+      if (BI->isUnconditional())
+        UncondBranchPreds.push_back(BI);
+  }
+
+  while (!UncondBranchPreds.empty()) {
+    BranchInst *BI = UncondBranchPreds.pop_back_val();
+    BasicBlock *Pred = BI->getParent();
+    if (CallInst *CI = FindTRECandidate(BI, CannotTailCallElimCallsMarkedTail)){
+      DEBUG(dbgs() << "FOLDING: " << *BB
+            << "INTO UNCOND BRANCH PRED: " << *Pred);
+      EliminateRecursiveTailCall(CI, FoldReturnIntoUncondBranch(Ret, BB, Pred),
+                                 OldEntry, TailCallsAreMarkedTail, ArgumentPHIs,
+                                 CannotTailCallElimCallsMarkedTail);
+      ++NumRetDuped;
+      Change = true;
+    }
+  }
+
+  return Change;
+}
+
+bool
+TailCallElim::ProcessReturningBlock(ReturnInst *Ret, BasicBlock *&OldEntry,
+                                    bool &TailCallsAreMarkedTail,
+                                    SmallVectorImpl<PHINode *> &ArgumentPHIs,
+                                    bool CannotTailCallElimCallsMarkedTail) {
+  CallInst *CI = FindTRECandidate(Ret, CannotTailCallElimCallsMarkedTail);
+  if (!CI)
+    return false;
+
+  return EliminateRecursiveTailCall(CI, Ret, OldEntry, TailCallsAreMarkedTail,
+                                    ArgumentPHIs,
+                                    CannotTailCallElimCallsMarkedTail);
+}