contrib/llvm/lib/Transforms/IPO/IPConstantPropagation.cpp

   1 //===-- IPConstantPropagation.cpp - Propagate constants through 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 pass implements an _extremely_ simple interprocedural constant
  11 // propagation pass.  It could certainly be improved in many different ways,
  12 // like using a worklist.  This pass makes arguments dead, but does not remove
  13 // them.  The existing dead argument elimination pass should be run after this
  14 // to clean up the mess.
  15 //
  16 //===----------------------------------------------------------------------===//
  17
  18 #include "llvm/ADT/SmallVector.h"
  19 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
  20 #include "llvm/Analysis/ValueTracking.h"
  21 #include "llvm/IR/CallSite.h"
  22 #include "llvm/IR/Constants.h"
  23 #include "llvm/IR/Instructions.h"
  24 #include "llvm/IR/Module.h"
  25 #include "llvm/Pass.h"
  26 #include "llvm/Transforms/IPO.h"
  27 using namespace llvm;
  28
  29 #define DEBUG_TYPE "ipconstprop"
  30
  31 STATISTIC(NumArgumentsProped, "Number of args turned into constants");
  32 STATISTIC(NumReturnValProped, "Number of return values turned into constants");
  33
  34 namespace {
  35   /// IPCP - The interprocedural constant propagation pass
  36   ///
  37   struct IPCP : public ModulePass {
  38     static char ID; // Pass identification, replacement for typeid
  39     IPCP() : ModulePass(ID) {
  40       initializeIPCPPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
  41     }
  42
  43     bool runOnModule(Module &M) override;
  44   };
  45 }
  46
  47 /// PropagateConstantsIntoArguments - Look at all uses of the specified
  48 /// function.  If all uses are direct call sites, and all pass a particular
  49 /// constant in for an argument, propagate that constant in as the argument.
  50 ///
  51 static bool PropagateConstantsIntoArguments(Function &F) {
  52   if (F.arg_empty() || F.use_empty()) return false; // No arguments? Early exit.
  53
  54   // For each argument, keep track of its constant value and whether it is a
  55   // constant or not.  The bool is driven to true when found to be non-constant.
  56   SmallVector<std::pair<Constant*, bool>, 16> ArgumentConstants;
  57   ArgumentConstants.resize(F.arg_size());
  58
  59   unsigned NumNonconstant = 0;
  60   for (Use &U : F.uses()) {
  61     User *UR = U.getUser();
  62     // Ignore blockaddress uses.
  63     if (isa<BlockAddress>(UR)) continue;
  64
  65     // Used by a non-instruction, or not the callee of a function, do not
  66     // transform.
  67     if (!isa<CallInst>(UR) && !isa<InvokeInst>(UR))
  68       return false;
  69
  70     CallSite CS(cast<Instruction>(UR));
  71     if (!CS.isCallee(&U))
  72       return false;
  73
  74     // Check out all of the potentially constant arguments.  Note that we don't
  75     // inspect varargs here.
  76     CallSite::arg_iterator AI = CS.arg_begin();
  77     Function::arg_iterator Arg = F.arg_begin();
  78     for (unsigned i = 0, e = ArgumentConstants.size(); i != e;
  79          ++i, ++AI, ++Arg) {
  80
  81       // If this argument is known non-constant, ignore it.
  82       if (ArgumentConstants[i].second)
  83         continue;
  84
  85       Constant *C = dyn_cast<Constant>(*AI);
  86       if (C && ArgumentConstants[i].first == nullptr) {
  87         ArgumentConstants[i].first = C;   // First constant seen.
  88       } else if (C && ArgumentConstants[i].first == C) {
  89         // Still the constant value we think it is.
  90       } else if (*AI == &*Arg) {
  91         // Ignore recursive calls passing argument down.
  92       } else {
  93         // Argument became non-constant.  If all arguments are non-constant now,
  94         // give up on this function.
  95         if (++NumNonconstant == ArgumentConstants.size())
  96           return false;
  97         ArgumentConstants[i].second = true;
  98       }
  99     }
 100   }
 101
 102   // If we got to this point, there is a constant argument!
 103   assert(NumNonconstant != ArgumentConstants.size());
 104   bool MadeChange = false;
 105   Function::arg_iterator AI = F.arg_begin();
 106   for (unsigned i = 0, e = ArgumentConstants.size(); i != e; ++i, ++AI) {
 107     // Do we have a constant argument?
 108     if (ArgumentConstants[i].second || AI->use_empty() ||
 109         AI->hasInAllocaAttr() || (AI->hasByValAttr() && !F.onlyReadsMemory()))
 110       continue;
 111
 112     Value *V = ArgumentConstants[i].first;
 113     if (!V) V = UndefValue::get(AI->getType());
 114     AI->replaceAllUsesWith(V);
 115     ++NumArgumentsProped;
 116     MadeChange = true;
 117   }
 118   return MadeChange;
 119 }
 120
 121
 122 // Check to see if this function returns one or more constants. If so, replace
 123 // all callers that use those return values with the constant value. This will
 124 // leave in the actual return values and instructions, but deadargelim will
 125 // clean that up.
 126 //
 127 // Additionally if a function always returns one of its arguments directly,
 128 // callers will be updated to use the value they pass in directly instead of
 129 // using the return value.
 130 static bool PropagateConstantReturn(Function &F) {
 131   if (F.getReturnType()->isVoidTy())
 132     return false; // No return value.
 133
 134   // We can infer and propagate the return value only when we know that the
 135   // definition we'll get at link time is *exactly* the definition we see now.
 136   // For more details, see GlobalValue::mayBeDerefined.
 137   if (!F.isDefinitionExact())
 138     return false;
 139
 140   // Don't touch naked functions. The may contain asm returning
 141   // value we don't see, so we may end up interprocedurally propagating
 142   // the return value incorrectly.
 143   if (F.hasFnAttribute(Attribute::Naked))
 144     return false;
 145
 146   // Check to see if this function returns a constant.
 147   SmallVector<Value *,4> RetVals;
 148   StructType *STy = dyn_cast<StructType>(F.getReturnType());
 149   if (STy)
 150     for (unsigned i = 0, e = STy->getNumElements(); i < e; ++i)
 151       RetVals.push_back(UndefValue::get(STy->getElementType(i)));
 152   else
 153     RetVals.push_back(UndefValue::get(F.getReturnType()));
 154
 155   unsigned NumNonConstant = 0;
 156   for (BasicBlock &BB : F)
 157     if (ReturnInst *RI = dyn_cast<ReturnInst>(BB.getTerminator())) {
 158       for (unsigned i = 0, e = RetVals.size(); i != e; ++i) {
 159         // Already found conflicting return values?
 160         Value *RV = RetVals[i];
 161         if (!RV)
 162           continue;
 163
 164         // Find the returned value
 165         Value *V;
 166         if (!STy)
 167           V = RI->getOperand(0);
 168         else
 169           V = FindInsertedValue(RI->getOperand(0), i);
 170
 171         if (V) {
 172           // Ignore undefs, we can change them into anything
 173           if (isa<UndefValue>(V))
 174             continue;
 175
 176           // Try to see if all the rets return the same constant or argument.
 177           if (isa<Constant>(V) || isa<Argument>(V)) {
 178             if (isa<UndefValue>(RV)) {
 179               // No value found yet? Try the current one.
 180               RetVals[i] = V;
 181               continue;
 182             }
 183             // Returning the same value? Good.
 184             if (RV == V)
 185               continue;
 186           }
 187         }
 188         // Different or no known return value? Don't propagate this return
 189         // value.
 190         RetVals[i] = nullptr;
 191         // All values non-constant? Stop looking.
 192         if (++NumNonConstant == RetVals.size())
 193           return false;
 194       }
 195     }
 196
 197   // If we got here, the function returns at least one constant value.  Loop
 198   // over all users, replacing any uses of the return value with the returned
 199   // constant.
 200   bool MadeChange = false;
 201   for (Use &U : F.uses()) {
 202     CallSite CS(U.getUser());
 203     Instruction* Call = CS.getInstruction();
 204
 205     // Not a call instruction or a call instruction that's not calling F
 206     // directly?
 207     if (!Call || !CS.isCallee(&U))
 208       continue;
 209
 210     // Call result not used?
 211     if (Call->use_empty())
 212       continue;
 213
 214     MadeChange = true;
 215
 216     if (!STy) {
 217       Value* New = RetVals[0];
 218       if (Argument *A = dyn_cast<Argument>(New))
 219         // Was an argument returned? Then find the corresponding argument in
 220         // the call instruction and use that.
 221         New = CS.getArgument(A->getArgNo());
 222       Call->replaceAllUsesWith(New);
 223       continue;
 224     }
 225
 226     for (auto I = Call->user_begin(), E = Call->user_end(); I != E;) {
 227       Instruction *Ins = cast<Instruction>(*I);
 228
 229       // Increment now, so we can remove the use
 230       ++I;
 231
 232       // Find the index of the retval to replace with
 233       int index = -1;
 234       if (ExtractValueInst *EV = dyn_cast<ExtractValueInst>(Ins))
 235         if (EV->hasIndices())
 236           index = *EV->idx_begin();
 237
 238       // If this use uses a specific return value, and we have a replacement,
 239       // replace it.
 240       if (index != -1) {
 241         Value *New = RetVals[index];
 242         if (New) {
 243           if (Argument *A = dyn_cast<Argument>(New))
 244             // Was an argument returned? Then find the corresponding argument in
 245             // the call instruction and use that.
 246             New = CS.getArgument(A->getArgNo());
 247           Ins->replaceAllUsesWith(New);
 248           Ins->eraseFromParent();
 249         }
 250       }
 251     }
 252   }
 253
 254   if (MadeChange) ++NumReturnValProped;
 255   return MadeChange;
 256 }
 257
 258 char IPCP::ID = 0;
 259 INITIALIZE_PASS(IPCP, "ipconstprop",
 260                 "Interprocedural constant propagation", false, false)
 261
 262 ModulePass *llvm::createIPConstantPropagationPass() { return new IPCP(); }
 263
 264 bool IPCP::runOnModule(Module &M) {
 265   if (skipModule(M))
 266     return false;
 267
 268   bool Changed = false;
 269   bool LocalChange = true;
 270
 271   // FIXME: instead of using smart algorithms, we just iterate until we stop
 272   // making changes.
 273   while (LocalChange) {
 274     LocalChange = false;
 275     for (Function &F : M)
 276       if (!F.isDeclaration()) {
 277         // Delete any klingons.
 278         F.removeDeadConstantUsers();
 279         if (F.hasLocalLinkage())
 280           LocalChange |= PropagateConstantsIntoArguments(F);
 281         Changed |= PropagateConstantReturn(F);
 282       }
 283     Changed |= LocalChange;
 284   }
 285   return Changed;
 286 }