Revert r110396 to fix buildbots.
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / Scalar / TailRecursionElimination.cpp
index c75b93015ca3f914e9028b3e2430b72dcc8f3309..5b105e4c0c25c3f7065e81123e6dbacf80311ccd 100644 (file)
@@ -2,8 +2,8 @@
 //
 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
 //
-// This file was developed by the LLVM research group and is distributed under
-// the University of Illinois Open Source License. See LICENSE.TXT for details.
+// This file is distributed under the University of Illinois Open Source
+// License. See LICENSE.TXT for details.
 //
 //===----------------------------------------------------------------------===//
 //
 //     transformation from taking place, though currently the analysis cannot
 //     support moving any really useful instructions (only dead ones).
 //  2. This pass transforms functions that are prevented from being tail
-//     recursive by an associative expression to use an accumulator variable,
-//     thus compiling the typical naive factorial or 'fib' implementation into
-//     efficient code.
+//     recursive by an associative and commutative expression to use an
+//     accumulator variable, thus compiling the typical naive factorial or
+//     'fib' implementation into efficient code.
 //  3. TRE is performed if the function returns void, if the return
 //     returns the result returned by the call, or if the function returns a
 //     run-time constant on all exits from the function.  It is possible, though
 //     unlikely, that the return returns something else (like constant 0), and
 //     can still be TRE'd.  It can be TRE'd if ALL OTHER return instructions in
 //     the function return the exact same value.
-//  4. If it can prove that callees do not access theier caller stack frame,
+//  4. If it can prove that callees do not access their caller stack frame,
 //     they are marked as eligible for tail call elimination (by the code
 //     generator).
 //
 
 #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/Analysis/CaptureTracking.h"
+#include "llvm/Analysis/InlineCost.h"
+#include "llvm/Analysis/Loads.h"
+#include "llvm/Support/CallSite.h"
 #include "llvm/Support/CFG.h"
 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
-#include "llvm/Support/Compiler.h"
 using namespace llvm;
 
 STATISTIC(NumEliminated, "Number of tail calls removed");
 STATISTIC(NumAccumAdded, "Number of accumulators introduced");
 
 namespace {
-  struct VISIBILITY_HIDDEN TailCallElim : public FunctionPass {
-    static const int ID; // Pass identifcation, replacement for typeid
-    TailCallElim() : FunctionPass((intptr_t)&ID) {}
+  struct TailCallElim : public FunctionPass {
+    static char ID; // Pass identification, replacement for typeid
+    TailCallElim() : FunctionPass(&ID) {}
 
     virtual bool runOnFunction(Function &F);
 
   private:
     bool ProcessReturningBlock(ReturnInst *RI, BasicBlock *&OldEntry,
                                bool &TailCallsAreMarkedTail,
-                               std::vector<PHINode*> &ArgumentPHIs,
+                               SmallVector<PHINode*, 8> &ArgumentPHIs,
                                bool CannotTailCallElimCallsMarkedTail);
     bool CanMoveAboveCall(Instruction *I, CallInst *CI);
     Value *CanTransformAccumulatorRecursion(Instruction *I, CallInst *CI);
   };
-  const int TailCallElim::ID = 0;
-  RegisterPass<TailCallElim> X("tailcallelim", "Tail Call Elimination");
 }
 
+char TailCallElim::ID = 0;
+INITIALIZE_PASS(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
@@ -99,7 +104,7 @@ static bool AllocaMightEscapeToCalls(AllocaInst *AI) {
   return true;
 }
 
-/// FunctionContainsAllocas - Scan the specified basic block for alloca
+/// 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,
@@ -126,7 +131,7 @@ bool TailCallElim::runOnFunction(Function &F) {
 
   BasicBlock *OldEntry = 0;
   bool TailCallsAreMarkedTail = false;
-  std::vector<PHINode*> ArgumentPHIs;
+  SmallVector<PHINode*, 8> ArgumentPHIs;
   bool MadeChange = false;
 
   bool FunctionContainsEscapingAllocas = false;
@@ -153,7 +158,6 @@ bool TailCallElim::runOnFunction(Function &F) {
   /// 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)
@@ -184,8 +188,10 @@ bool TailCallElim::runOnFunction(Function &F) {
   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)
-        if (CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(I))
+        if (CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(I)) {
           CI->setTailCall();
+          MadeChange = true;
+        }
 
   return MadeChange;
 }
@@ -198,8 +204,22 @@ bool TailCallElim::runOnFunction(Function &F) {
 bool TailCallElim::CanMoveAboveCall(Instruction *I, CallInst *CI) {
   // FIXME: We can move load/store/call/free instructions above the call if the
   // call does not mod/ref the memory location being processed.
-  if (I->mayWriteToMemory() || isa<LoadInst>(I))
+  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()) {
+      // Non-volatile loads may be moved above a call with side effects if it
+      // does not write to memory and the load provably won't trap.
+      // FIXME: Writes to memory only matter if they may alias the pointer
+      // being loaded from.
+      if (CI->mayWriteToMemory() ||
+          !isSafeToLoadUnconditionally(L->getPointerOperand(), L,
+                                       L->getAlignment()))
+        return false;
+    }
+  }
 
   // Otherwise, if this is a side-effect free instruction, check to make sure
   // that it does not use the return value of the call.  If it doesn't use the
@@ -219,7 +239,7 @@ bool TailCallElim::CanMoveAboveCall(Instruction *I, CallInst *CI) {
 // We currently handle static constants and arguments that are not modified as
 // part of the recursion.
 //
-static bool isDynamicConstant(Value *V, CallInst *CI) {
+static bool isDynamicConstant(Value *V, CallInst *CI, ReturnInst *RI) {
   if (isa<Constant>(V)) return true; // Static constants are always dyn consts
 
   // Check to see if this is an immutable argument, if so, the value
@@ -234,31 +254,40 @@ static bool isDynamicConstant(Value *V, CallInst *CI) {
     // If we are passing this argument into call as the corresponding
     // argument operand, then the argument is dynamically constant.
     // Otherwise, we cannot transform this function safely.
-    if (CI->getOperand(ArgNo+1) == Arg)
+    if (CI->getArgOperand(ArgNo) == Arg)
       return true;
   }
+
+  // Switch cases are always constant integers. If the value is being switched
+  // on and the return is only reachable from one of its cases, it's
+  // effectively constant.
+  if (BasicBlock *UniquePred = RI->getParent()->getUniquePredecessor())
+    if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(UniquePred->getTerminator()))
+      if (SI->getCondition() == V)
+        return SI->getDefaultDest() != RI->getParent();
+
   // Not a constant or immutable argument, we can't safely transform.
   return false;
 }
 
 // getCommonReturnValue - Check to see if the function containing the specified
-// return instruction and tail call consistently returns the same
-// runtime-constant value at all exit points.  If so, return the returned value.
+// tail call consistently returns the same runtime-constant value at all exit
+// points except for IgnoreRI.  If so, return the returned value.
 //
-static Value *getCommonReturnValue(ReturnInst *TheRI, CallInst *CI) {
-  Function *F = TheRI->getParent()->getParent();
+static Value *getCommonReturnValue(ReturnInst *IgnoreRI, CallInst *CI) {
+  Function *F = CI->getParent()->getParent();
   Value *ReturnedValue = 0;
 
   for (Function::iterator BBI = F->begin(), E = F->end(); BBI != E; ++BBI)
     if (ReturnInst *RI = dyn_cast<ReturnInst>(BBI->getTerminator()))
-      if (RI != TheRI) {
+      if (RI != IgnoreRI) {
         Value *RetOp = RI->getOperand(0);
 
         // We can only perform this transformation if the value returned is
         // evaluatable at the start of the initial invocation of the function,
         // instead of at the end of the evaluation.
         //
-        if (!isDynamicConstant(RetOp, CI))
+        if (!isDynamicConstant(RetOp, CI, RI))
           return 0;
 
         if (ReturnedValue && RetOp != ReturnedValue)
@@ -274,13 +303,13 @@ static Value *getCommonReturnValue(ReturnInst *TheRI, CallInst *CI) {
 ///
 Value *TailCallElim::CanTransformAccumulatorRecursion(Instruction *I,
                                                       CallInst *CI) {
-  if (!I->isAssociative()) return 0;
+  if (!I->isAssociative() || !I->isCommutative()) return 0;
   assert(I->getNumOperands() == 2 &&
-         "Associative operations should have 2 args!");
+         "Associative/commutative operations should have 2 args!");
 
   // Exactly one operand should be the result of the call instruction...
-  if (I->getOperand(0) == CI && I->getOperand(1) == CI ||
-      I->getOperand(0) != CI && I->getOperand(1) != CI)
+  if ((I->getOperand(0) == CI && I->getOperand(1) == CI) ||
+      (I->getOperand(0) != CI && I->getOperand(1) != CI))
     return 0;
 
   // The only user of this instruction we allow is a single return instruction.
@@ -295,14 +324,14 @@ Value *TailCallElim::CanTransformAccumulatorRecursion(Instruction *I,
 
 bool TailCallElim::ProcessReturningBlock(ReturnInst *Ret, BasicBlock *&OldEntry,
                                          bool &TailCallsAreMarkedTail,
-                                         std::vector<PHINode*> &ArgumentPHIs,
+                                         SmallVector<PHINode*, 8> &ArgumentPHIs,
                                        bool CannotTailCallElimCallsMarkedTail) {
   BasicBlock *BB = Ret->getParent();
   Function *F = BB->getParent();
 
   if (&BB->front() == Ret) // Make sure there is something before the ret...
     return false;
-
+  
   // 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;
@@ -322,11 +351,35 @@ bool TailCallElim::ProcessReturningBlock(ReturnInst *Ret, BasicBlock *&OldEntry,
   if (CI->isTailCall() && CannotTailCallElimCallsMarkedTail)
     return false;
 
-  // If we are introducing accumulator recursion to eliminate associative
-  // operations after the call instruction, this variable contains the initial
-  // value for the accumulator.  If this value is set, we actually perform
-  // accumulator recursion elimination instead of simple tail recursion
-  // elimination.
+  // 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)) {
+    // A single-block function with just a call and a return. Check that
+    // the arguments match.
+    CallSite::arg_iterator I = CallSite(CI).arg_begin(),
+                           E = CallSite(CI).arg_end();
+    Function::arg_iterator FI = F->arg_begin(),
+                           FE = F->arg_end();
+    for (; I != E && FI != FE; ++I, ++FI)
+      if (*I != &*FI) break;
+    if (I == E && FI == FE)
+      return false;
+  }
+
+  // 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
+  // then we actually perform accumulator recursion elimination instead of
+  // simple tail recursion elimination.  If the operation is an LLVM instruction
+  // (eg: "add") then it is recorded in AccumulatorRecursionInstr.  If not, then
+  // we are handling the case when the return instruction returns a constant C
+  // which is different to the constant returned by other return instructions
+  // (which is recorded in AccumulatorRecursionEliminationInitVal).  This is a
+  // special case of accumulator recursion, the operation being "return C".
   Value *AccumulatorRecursionEliminationInitVal = 0;
   Instruction *AccumulatorRecursionInstr = 0;
 
@@ -337,9 +390,9 @@ bool TailCallElim::ProcessReturningBlock(ReturnInst *Ret, BasicBlock *&OldEntry,
   for (BBI = CI, ++BBI; &*BBI != Ret; ++BBI)
     if (!CanMoveAboveCall(BBI, CI)) {
       // If we can't move the instruction above the call, it might be because it
-      // is an associative operation that could be tranformed using accumulator
-      // recursion elimination.  Check to see if this is the case, and if so,
-      // remember the initial accumulator value for later.
+      // is an associative and commutative operation that could be tranformed
+      // using accumulator recursion elimination.  Check to see if this is the
+      // case, and if so, remember the initial accumulator value for later.
       if ((AccumulatorRecursionEliminationInitVal =
                              CanTransformAccumulatorRecursion(BBI, CI))) {
         // Yes, this is accumulator recursion.  Remember which instruction
@@ -354,20 +407,30 @@ bool TailCallElim::ProcessReturningBlock(ReturnInst *Ret, BasicBlock *&OldEntry,
   // of the call and return void, ignore the value of the call and return a
   // constant, return the value returned by the tail call, or that are being
   // accumulator recursion variable eliminated.
-  if (Ret->getNumOperands() != 0 && Ret->getReturnValue() != CI &&
+  if (Ret->getNumOperands() == 1 && Ret->getReturnValue() != CI &&
       !isa<UndefValue>(Ret->getReturnValue()) &&
       AccumulatorRecursionEliminationInitVal == 0 &&
-      !getCommonReturnValue(Ret, CI))
-    return false;
+      !getCommonReturnValue(0, CI)) {
+    // One case remains that we are able to handle: the current return
+    // instruction returns a constant, and all other return instructions
+    // return a different constant.
+    if (!isDynamicConstant(Ret->getReturnValue(), CI, Ret))
+      return false; // Current return instruction does not return a constant.
+    // Check that all other return instructions return a common constant.  If
+    // so, record it in AccumulatorRecursionEliminationInitVal.
+    AccumulatorRecursionEliminationInitVal = getCommonReturnValue(Ret, CI);
+    if (!AccumulatorRecursionEliminationInitVal)
+      return false;
+  }
 
   // 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) {
     OldEntry = &F->getEntryBlock();
-    BasicBlock *NewEntry = new BasicBlock("", F, OldEntry);
+    BasicBlock *NewEntry = BasicBlock::Create(F->getContext(), "", F, OldEntry);
     NewEntry->takeName(OldEntry);
     OldEntry->setName("tailrecurse");
-    new BranchInst(OldEntry, NewEntry);
+    BranchInst::Create(OldEntry, NewEntry);
 
     // If this tail call is marked 'tail' and if there are any allocas in the
     // entry block, move them up to the new entry block.
@@ -387,7 +450,8 @@ 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 = new PHINode(I->getType(), I->getName()+".tr", InsertPos);
+      PHINode *PN = PHINode::Create(I->getType(),
+                                    I->getName() + ".tr", InsertPos);
       I->replaceAllUsesWith(PN); // Everyone use the PHI node now!
       PN->addIncoming(I, NewEntry);
       ArgumentPHIs.push_back(PN);
@@ -406,8 +470,8 @@ bool TailCallElim::ProcessReturningBlock(ReturnInst *Ret, BasicBlock *&OldEntry,
   // Ok, now that we know we have a pseudo-entry block WITH all of the
   // required PHI nodes, add entries into the PHI node for the actual
   // parameters passed into the tail-recursive call.
-  for (unsigned i = 0, e = CI->getNumOperands()-1; i != e; ++i)
-    ArgumentPHIs[i]->addIncoming(CI->getOperand(i+1), BB);
+  for (unsigned i = 0, e = CI->getNumArgOperands(); i != e; ++i)
+    ArgumentPHIs[i]->addIncoming(CI->getArgOperand(i), BB);
 
   // If we are introducing an accumulator variable to eliminate the recursion,
   // do so now.  Note that we _know_ that no subsequent tail recursion
@@ -417,8 +481,9 @@ bool TailCallElim::ProcessReturningBlock(ReturnInst *Ret, BasicBlock *&OldEntry,
   if (AccumulatorRecursionEliminationInitVal) {
     Instruction *AccRecInstr = AccumulatorRecursionInstr;
     // Start by inserting a new PHI node for the accumulator.
-    PHINode *AccPN = new PHINode(AccRecInstr->getType(), "accumulator.tr",
-                                 OldEntry->begin());
+    PHINode *AccPN =
+      PHINode::Create(AccumulatorRecursionEliminationInitVal->getType(),
+                      "accumulator.tr", OldEntry->begin());
 
     // Loop over all of the predecessors of the tail recursion block.  For the
     // real entry into the function we seed the PHI with the initial value,
@@ -428,20 +493,27 @@ bool TailCallElim::ProcessReturningBlock(ReturnInst *Ret, BasicBlock *&OldEntry,
     // it will not show up as a predecessor.
     for (pred_iterator PI = pred_begin(OldEntry), PE = pred_end(OldEntry);
          PI != PE; ++PI) {
-      if (*PI == &F->getEntryBlock())
-        AccPN->addIncoming(AccumulatorRecursionEliminationInitVal, *PI);
+      BasicBlock *P = *PI;
+      if (P == &F->getEntryBlock())
+        AccPN->addIncoming(AccumulatorRecursionEliminationInitVal, P);
       else
-        AccPN->addIncoming(AccPN, *PI);
+        AccPN->addIncoming(AccPN, P);
     }
 
-    // Add an incoming argument for the current block, which is computed by our
-    // associative accumulator instruction.
-    AccPN->addIncoming(AccRecInstr, BB);
-
-    // Next, rewrite the accumulator recursion instruction so that it does not
-    // use the result of the call anymore, instead, use the PHI node we just
-    // inserted.
-    AccRecInstr->setOperand(AccRecInstr->getOperand(0) != CI, AccPN);
+    if (AccRecInstr) {
+      // Add an incoming argument for the current block, which is computed by
+      // our associative and commutative accumulator instruction.
+      AccPN->addIncoming(AccRecInstr, BB);
+
+      // Next, rewrite the accumulator recursion instruction so that it does not
+      // use the result of the call anymore, instead, use the PHI node we just
+      // inserted.
+      AccRecInstr->setOperand(AccRecInstr->getOperand(0) != CI, AccPN);
+    } else {
+      // Add an incoming argument for the current block, which is just the
+      // constant returned by the current return instruction.
+      AccPN->addIncoming(Ret->getReturnValue(), BB);
+    }
 
     // Finally, rewrite any return instructions in the program to return the PHI
     // node instead of the "initval" that they do currently.  This loop will
@@ -454,7 +526,7 @@ 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.
-  new BranchInst(OldEntry, Ret);
+  BranchInst::Create(OldEntry, Ret);
   BB->getInstList().erase(Ret);  // Remove return.
   BB->getInstList().erase(CI);   // Remove call.
   ++NumEliminated;