]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - contrib/llvm/lib/Transforms/Scalar/TailRecursionElimination.cpp
Merge llvm, clang, lld, lldb, compiler-rt and libc++ r308421, and update
[FreeBSD/FreeBSD.git] / contrib / llvm / 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/TailRecursionElimination.h"
54 #include "llvm/ADT/STLExtras.h"
55 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
56 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
57 #include "llvm/Analysis/CFG.h"
58 #include "llvm/Analysis/CaptureTracking.h"
59 #include "llvm/Analysis/GlobalsModRef.h"
60 #include "llvm/Analysis/InlineCost.h"
61 #include "llvm/Analysis/InstructionSimplify.h"
62 #include "llvm/Analysis/Loads.h"
63 #include "llvm/Analysis/TargetTransformInfo.h"
64 #include "llvm/IR/CFG.h"
65 #include "llvm/IR/CallSite.h"
66 #include "llvm/IR/Constants.h"
67 #include "llvm/IR/DataLayout.h"
68 #include "llvm/IR/DerivedTypes.h"
69 #include "llvm/IR/DiagnosticInfo.h"
70 #include "llvm/IR/Function.h"
71 #include "llvm/IR/InstIterator.h"
72 #include "llvm/IR/Instructions.h"
73 #include "llvm/IR/IntrinsicInst.h"
74 #include "llvm/IR/Module.h"
75 #include "llvm/IR/ValueHandle.h"
76 #include "llvm/Pass.h"
77 #include "llvm/Support/Debug.h"
78 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
79 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
80 #include "llvm/Transforms/Utils/BasicBlockUtils.h"
81 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
82 using namespace llvm;
83
84 #define DEBUG_TYPE "tailcallelim"
85
86 STATISTIC(NumEliminated, "Number of tail calls removed");
87 STATISTIC(NumRetDuped,   "Number of return duplicated");
88 STATISTIC(NumAccumAdded, "Number of accumulators introduced");
89
90 /// \brief Scan the specified function for alloca instructions.
91 /// If it contains any dynamic allocas, returns false.
92 static bool canTRE(Function &F) {
93   // Because of PR962, we don't TRE dynamic allocas.
94   return llvm::all_of(instructions(F), [](Instruction &I) {
95     auto *AI = dyn_cast<AllocaInst>(&I);
96     return !AI || AI->isStaticAlloca();
97   });
98 }
99
100 namespace {
101 struct AllocaDerivedValueTracker {
102   // Start at a root value and walk its use-def chain to mark calls that use the
103   // value or a derived value in AllocaUsers, and places where it may escape in
104   // EscapePoints.
105   void walk(Value *Root) {
106     SmallVector<Use *, 32> Worklist;
107     SmallPtrSet<Use *, 32> Visited;
108
109     auto AddUsesToWorklist = [&](Value *V) {
110       for (auto &U : V->uses()) {
111         if (!Visited.insert(&U).second)
112           continue;
113         Worklist.push_back(&U);
114       }
115     };
116
117     AddUsesToWorklist(Root);
118
119     while (!Worklist.empty()) {
120       Use *U = Worklist.pop_back_val();
121       Instruction *I = cast<Instruction>(U->getUser());
122
123       switch (I->getOpcode()) {
124       case Instruction::Call:
125       case Instruction::Invoke: {
126         CallSite CS(I);
127         bool IsNocapture =
128             CS.isDataOperand(U) && CS.doesNotCapture(CS.getDataOperandNo(U));
129         callUsesLocalStack(CS, IsNocapture);
130         if (IsNocapture) {
131           // If the alloca-derived argument is passed in as nocapture, then it
132           // can't propagate to the call's return. That would be capturing.
133           continue;
134         }
135         break;
136       }
137       case Instruction::Load: {
138         // The result of a load is not alloca-derived (unless an alloca has
139         // otherwise escaped, but this is a local analysis).
140         continue;
141       }
142       case Instruction::Store: {
143         if (U->getOperandNo() == 0)
144           EscapePoints.insert(I);
145         continue;  // Stores have no users to analyze.
146       }
147       case Instruction::BitCast:
148       case Instruction::GetElementPtr:
149       case Instruction::PHI:
150       case Instruction::Select:
151       case Instruction::AddrSpaceCast:
152         break;
153       default:
154         EscapePoints.insert(I);
155         break;
156       }
157
158       AddUsesToWorklist(I);
159     }
160   }
161
162   void callUsesLocalStack(CallSite CS, bool IsNocapture) {
163     // Add it to the list of alloca users.
164     AllocaUsers.insert(CS.getInstruction());
165
166     // If it's nocapture then it can't capture this alloca.
167     if (IsNocapture)
168       return;
169
170     // If it can write to memory, it can leak the alloca value.
171     if (!CS.onlyReadsMemory())
172       EscapePoints.insert(CS.getInstruction());
173   }
174
175   SmallPtrSet<Instruction *, 32> AllocaUsers;
176   SmallPtrSet<Instruction *, 32> EscapePoints;
177 };
178 }
179
180 static bool markTails(Function &F, bool &AllCallsAreTailCalls) {
181   if (F.callsFunctionThatReturnsTwice())
182     return false;
183   AllCallsAreTailCalls = true;
184
185   // The local stack holds all alloca instructions and all byval arguments.
186   AllocaDerivedValueTracker Tracker;
187   for (Argument &Arg : F.args()) {
188     if (Arg.hasByValAttr())
189       Tracker.walk(&Arg);
190   }
191   for (auto &BB : F) {
192     for (auto &I : BB)
193       if (AllocaInst *AI = dyn_cast<AllocaInst>(&I))
194         Tracker.walk(AI);
195   }
196
197   bool Modified = false;
198
199   // Track whether a block is reachable after an alloca has escaped. Blocks that
200   // contain the escaping instruction will be marked as being visited without an
201   // escaped alloca, since that is how the block began.
202   enum VisitType {
203     UNVISITED,
204     UNESCAPED,
205     ESCAPED
206   };
207   DenseMap<BasicBlock *, VisitType> Visited;
208
209   // We propagate the fact that an alloca has escaped from block to successor.
210   // Visit the blocks that are propagating the escapedness first. To do this, we
211   // maintain two worklists.
212   SmallVector<BasicBlock *, 32> WorklistUnescaped, WorklistEscaped;
213
214   // We may enter a block and visit it thinking that no alloca has escaped yet,
215   // then see an escape point and go back around a loop edge and come back to
216   // the same block twice. Because of this, we defer setting tail on calls when
217   // we first encounter them in a block. Every entry in this list does not
218   // statically use an alloca via use-def chain analysis, but may find an alloca
219   // through other means if the block turns out to be reachable after an escape
220   // point.
221   SmallVector<CallInst *, 32> DeferredTails;
222
223   BasicBlock *BB = &F.getEntryBlock();
224   VisitType Escaped = UNESCAPED;
225   do {
226     for (auto &I : *BB) {
227       if (Tracker.EscapePoints.count(&I))
228         Escaped = ESCAPED;
229
230       CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(&I);
231       if (!CI || CI->isTailCall())
232         continue;
233
234       bool IsNoTail = CI->isNoTailCall() || CI->hasOperandBundles();
235
236       if (!IsNoTail && CI->doesNotAccessMemory()) {
237         // A call to a readnone function whose arguments are all things computed
238         // outside this function can be marked tail. Even if you stored the
239         // alloca address into a global, a readnone function can't load the
240         // global anyhow.
241         //
242         // Note that this runs whether we know an alloca has escaped or not. If
243         // it has, then we can't trust Tracker.AllocaUsers to be accurate.
244         bool SafeToTail = true;
245         for (auto &Arg : CI->arg_operands()) {
246           if (isa<Constant>(Arg.getUser()))
247             continue;
248           if (Argument *A = dyn_cast<Argument>(Arg.getUser()))
249             if (!A->hasByValAttr())
250               continue;
251           SafeToTail = false;
252           break;
253         }
254         if (SafeToTail) {
255           emitOptimizationRemark(
256               F.getContext(), "tailcallelim", F, CI->getDebugLoc(),
257               "marked this readnone call a tail call candidate");
258           CI->setTailCall();
259           Modified = true;
260           continue;
261         }
262       }
263
264       if (!IsNoTail && Escaped == UNESCAPED && !Tracker.AllocaUsers.count(CI)) {
265         DeferredTails.push_back(CI);
266       } else {
267         AllCallsAreTailCalls = false;
268       }
269     }
270
271     for (auto *SuccBB : make_range(succ_begin(BB), succ_end(BB))) {
272       auto &State = Visited[SuccBB];
273       if (State < Escaped) {
274         State = Escaped;
275         if (State == ESCAPED)
276           WorklistEscaped.push_back(SuccBB);
277         else
278           WorklistUnescaped.push_back(SuccBB);
279       }
280     }
281
282     if (!WorklistEscaped.empty()) {
283       BB = WorklistEscaped.pop_back_val();
284       Escaped = ESCAPED;
285     } else {
286       BB = nullptr;
287       while (!WorklistUnescaped.empty()) {
288         auto *NextBB = WorklistUnescaped.pop_back_val();
289         if (Visited[NextBB] == UNESCAPED) {
290           BB = NextBB;
291           Escaped = UNESCAPED;
292           break;
293         }
294       }
295     }
296   } while (BB);
297
298   for (CallInst *CI : DeferredTails) {
299     if (Visited[CI->getParent()] != ESCAPED) {
300       // If the escape point was part way through the block, calls after the
301       // escape point wouldn't have been put into DeferredTails.
302       emitOptimizationRemark(F.getContext(), "tailcallelim", F,
303                              CI->getDebugLoc(),
304                              "marked this call a tail call candidate");
305       CI->setTailCall();
306       Modified = true;
307     } else {
308       AllCallsAreTailCalls = false;
309     }
310   }
311
312   return Modified;
313 }
314
315 /// Return true if it is safe to move the specified
316 /// instruction from after the call to before the call, assuming that all
317 /// instructions between the call and this instruction are movable.
318 ///
319 static bool canMoveAboveCall(Instruction *I, CallInst *CI, AliasAnalysis *AA) {
320   // FIXME: We can move load/store/call/free instructions above the call if the
321   // call does not mod/ref the memory location being processed.
322   if (I->mayHaveSideEffects())  // This also handles volatile loads.
323     return false;
324
325   if (LoadInst *L = dyn_cast<LoadInst>(I)) {
326     // Loads may always be moved above calls without side effects.
327     if (CI->mayHaveSideEffects()) {
328       // Non-volatile loads may be moved above a call with side effects if it
329       // does not write to memory and the load provably won't trap.
330       // Writes to memory only matter if they may alias the pointer
331       // being loaded from.
332       const DataLayout &DL = L->getModule()->getDataLayout();
333       if ((AA->getModRefInfo(CI, MemoryLocation::get(L)) & MRI_Mod) ||
334           !isSafeToLoadUnconditionally(L->getPointerOperand(),
335                                        L->getAlignment(), DL, L))
336         return false;
337     }
338   }
339
340   // Otherwise, if this is a side-effect free instruction, check to make sure
341   // that it does not use the return value of the call.  If it doesn't use the
342   // return value of the call, it must only use things that are defined before
343   // the call, or movable instructions between the call and the instruction
344   // itself.
345   return !is_contained(I->operands(), CI);
346 }
347
348 /// Return true if the specified value is the same when the return would exit
349 /// as it was when the initial iteration of the recursive function was executed.
350 ///
351 /// We currently handle static constants and arguments that are not modified as
352 /// part of the recursion.
353 static bool isDynamicConstant(Value *V, CallInst *CI, ReturnInst *RI) {
354   if (isa<Constant>(V)) return true; // Static constants are always dyn consts
355
356   // Check to see if this is an immutable argument, if so, the value
357   // will be available to initialize the accumulator.
358   if (Argument *Arg = dyn_cast<Argument>(V)) {
359     // Figure out which argument number this is...
360     unsigned ArgNo = 0;
361     Function *F = CI->getParent()->getParent();
362     for (Function::arg_iterator AI = F->arg_begin(); &*AI != Arg; ++AI)
363       ++ArgNo;
364
365     // If we are passing this argument into call as the corresponding
366     // argument operand, then the argument is dynamically constant.
367     // Otherwise, we cannot transform this function safely.
368     if (CI->getArgOperand(ArgNo) == Arg)
369       return true;
370   }
371
372   // Switch cases are always constant integers. If the value is being switched
373   // on and the return is only reachable from one of its cases, it's
374   // effectively constant.
375   if (BasicBlock *UniquePred = RI->getParent()->getUniquePredecessor())
376     if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(UniquePred->getTerminator()))
377       if (SI->getCondition() == V)
378         return SI->getDefaultDest() != RI->getParent();
379
380   // Not a constant or immutable argument, we can't safely transform.
381   return false;
382 }
383
384 /// Check to see if the function containing the specified tail call consistently
385 /// returns the same runtime-constant value at all exit points except for
386 /// IgnoreRI. If so, return the returned value.
387 static Value *getCommonReturnValue(ReturnInst *IgnoreRI, CallInst *CI) {
388   Function *F = CI->getParent()->getParent();
389   Value *ReturnedValue = nullptr;
390
391   for (BasicBlock &BBI : *F) {
392     ReturnInst *RI = dyn_cast<ReturnInst>(BBI.getTerminator());
393     if (RI == nullptr || RI == IgnoreRI) continue;
394
395     // We can only perform this transformation if the value returned is
396     // evaluatable at the start of the initial invocation of the function,
397     // instead of at the end of the evaluation.
398     //
399     Value *RetOp = RI->getOperand(0);
400     if (!isDynamicConstant(RetOp, CI, RI))
401       return nullptr;
402
403     if (ReturnedValue && RetOp != ReturnedValue)
404       return nullptr;     // Cannot transform if differing values are returned.
405     ReturnedValue = RetOp;
406   }
407   return ReturnedValue;
408 }
409
410 /// If the specified instruction can be transformed using accumulator recursion
411 /// elimination, return the constant which is the start of the accumulator
412 /// value.  Otherwise return null.
413 static Value *canTransformAccumulatorRecursion(Instruction *I, CallInst *CI) {
414   if (!I->isAssociative() || !I->isCommutative()) return nullptr;
415   assert(I->getNumOperands() == 2 &&
416          "Associative/commutative operations should have 2 args!");
417
418   // Exactly one operand should be the result of the call instruction.
419   if ((I->getOperand(0) == CI && I->getOperand(1) == CI) ||
420       (I->getOperand(0) != CI && I->getOperand(1) != CI))
421     return nullptr;
422
423   // The only user of this instruction we allow is a single return instruction.
424   if (!I->hasOneUse() || !isa<ReturnInst>(I->user_back()))
425     return nullptr;
426
427   // Ok, now we have to check all of the other return instructions in this
428   // function.  If they return non-constants or differing values, then we cannot
429   // transform the function safely.
430   return getCommonReturnValue(cast<ReturnInst>(I->user_back()), CI);
431 }
432
433 static Instruction *firstNonDbg(BasicBlock::iterator I) {
434   while (isa<DbgInfoIntrinsic>(I))
435     ++I;
436   return &*I;
437 }
438
439 static CallInst *findTRECandidate(Instruction *TI,
440                                   bool CannotTailCallElimCallsMarkedTail,
441                                   const TargetTransformInfo *TTI) {
442   BasicBlock *BB = TI->getParent();
443   Function *F = BB->getParent();
444
445   if (&BB->front() == TI) // Make sure there is something before the terminator.
446     return nullptr;
447
448   // Scan backwards from the return, checking to see if there is a tail call in
449   // this block.  If so, set CI to it.
450   CallInst *CI = nullptr;
451   BasicBlock::iterator BBI(TI);
452   while (true) {
453     CI = dyn_cast<CallInst>(BBI);
454     if (CI && CI->getCalledFunction() == F)
455       break;
456
457     if (BBI == BB->begin())
458       return nullptr;          // Didn't find a potential tail call.
459     --BBI;
460   }
461
462   // If this call is marked as a tail call, and if there are dynamic allocas in
463   // the function, we cannot perform this optimization.
464   if (CI->isTailCall() && CannotTailCallElimCallsMarkedTail)
465     return nullptr;
466
467   // As a special case, detect code like this:
468   //   double fabs(double f) { return __builtin_fabs(f); } // a 'fabs' call
469   // and disable this xform in this case, because the code generator will
470   // lower the call to fabs into inline code.
471   if (BB == &F->getEntryBlock() &&
472       firstNonDbg(BB->front().getIterator()) == CI &&
473       firstNonDbg(std::next(BB->begin())) == TI && CI->getCalledFunction() &&
474       !TTI->isLoweredToCall(CI->getCalledFunction())) {
475     // A single-block function with just a call and a return. Check that
476     // the arguments match.
477     CallSite::arg_iterator I = CallSite(CI).arg_begin(),
478                            E = CallSite(CI).arg_end();
479     Function::arg_iterator FI = F->arg_begin(),
480                            FE = F->arg_end();
481     for (; I != E && FI != FE; ++I, ++FI)
482       if (*I != &*FI) break;
483     if (I == E && FI == FE)
484       return nullptr;
485   }
486
487   return CI;
488 }
489
490 static bool eliminateRecursiveTailCall(CallInst *CI, ReturnInst *Ret,
491                                        BasicBlock *&OldEntry,
492                                        bool &TailCallsAreMarkedTail,
493                                        SmallVectorImpl<PHINode *> &ArgumentPHIs,
494                                        AliasAnalysis *AA) {
495   // If we are introducing accumulator recursion to eliminate operations after
496   // the call instruction that are both associative and commutative, the initial
497   // value for the accumulator is placed in this variable.  If this value is set
498   // then we actually perform accumulator recursion elimination instead of
499   // simple tail recursion elimination.  If the operation is an LLVM instruction
500   // (eg: "add") then it is recorded in AccumulatorRecursionInstr.  If not, then
501   // we are handling the case when the return instruction returns a constant C
502   // which is different to the constant returned by other return instructions
503   // (which is recorded in AccumulatorRecursionEliminationInitVal).  This is a
504   // special case of accumulator recursion, the operation being "return C".
505   Value *AccumulatorRecursionEliminationInitVal = nullptr;
506   Instruction *AccumulatorRecursionInstr = nullptr;
507
508   // Ok, we found a potential tail call.  We can currently only transform the
509   // tail call if all of the instructions between the call and the return are
510   // movable to above the call itself, leaving the call next to the return.
511   // Check that this is the case now.
512   BasicBlock::iterator BBI(CI);
513   for (++BBI; &*BBI != Ret; ++BBI) {
514     if (canMoveAboveCall(&*BBI, CI, AA))
515       continue;
516
517     // If we can't move the instruction above the call, it might be because it
518     // is an associative and commutative operation that could be transformed
519     // using accumulator recursion elimination.  Check to see if this is the
520     // case, and if so, remember the initial accumulator value for later.
521     if ((AccumulatorRecursionEliminationInitVal =
522              canTransformAccumulatorRecursion(&*BBI, CI))) {
523       // Yes, this is accumulator recursion.  Remember which instruction
524       // accumulates.
525       AccumulatorRecursionInstr = &*BBI;
526     } else {
527       return false;   // Otherwise, we cannot eliminate the tail recursion!
528     }
529   }
530
531   // We can only transform call/return pairs that either ignore the return value
532   // of the call and return void, ignore the value of the call and return a
533   // constant, return the value returned by the tail call, or that are being
534   // accumulator recursion variable eliminated.
535   if (Ret->getNumOperands() == 1 && Ret->getReturnValue() != CI &&
536       !isa<UndefValue>(Ret->getReturnValue()) &&
537       AccumulatorRecursionEliminationInitVal == nullptr &&
538       !getCommonReturnValue(nullptr, CI)) {
539     // One case remains that we are able to handle: the current return
540     // instruction returns a constant, and all other return instructions
541     // return a different constant.
542     if (!isDynamicConstant(Ret->getReturnValue(), CI, Ret))
543       return false; // Current return instruction does not return a constant.
544     // Check that all other return instructions return a common constant.  If
545     // so, record it in AccumulatorRecursionEliminationInitVal.
546     AccumulatorRecursionEliminationInitVal = getCommonReturnValue(Ret, CI);
547     if (!AccumulatorRecursionEliminationInitVal)
548       return false;
549   }
550
551   BasicBlock *BB = Ret->getParent();
552   Function *F = BB->getParent();
553
554   emitOptimizationRemark(F->getContext(), "tailcallelim", *F, CI->getDebugLoc(),
555                          "transforming tail recursion to loop");
556
557   // OK! We can transform this tail call.  If this is the first one found,
558   // create the new entry block, allowing us to branch back to the old entry.
559   if (!OldEntry) {
560     OldEntry = &F->getEntryBlock();
561     BasicBlock *NewEntry = BasicBlock::Create(F->getContext(), "", F, OldEntry);
562     NewEntry->takeName(OldEntry);
563     OldEntry->setName("tailrecurse");
564     BranchInst::Create(OldEntry, NewEntry);
565
566     // If this tail call is marked 'tail' and if there are any allocas in the
567     // entry block, move them up to the new entry block.
568     TailCallsAreMarkedTail = CI->isTailCall();
569     if (TailCallsAreMarkedTail)
570       // Move all fixed sized allocas from OldEntry to NewEntry.
571       for (BasicBlock::iterator OEBI = OldEntry->begin(), E = OldEntry->end(),
572              NEBI = NewEntry->begin(); OEBI != E; )
573         if (AllocaInst *AI = dyn_cast<AllocaInst>(OEBI++))
574           if (isa<ConstantInt>(AI->getArraySize()))
575             AI->moveBefore(&*NEBI);
576
577     // Now that we have created a new block, which jumps to the entry
578     // block, insert a PHI node for each argument of the function.
579     // For now, we initialize each PHI to only have the real arguments
580     // which are passed in.
581     Instruction *InsertPos = &OldEntry->front();
582     for (Function::arg_iterator I = F->arg_begin(), E = F->arg_end();
583          I != E; ++I) {
584       PHINode *PN = PHINode::Create(I->getType(), 2,
585                                     I->getName() + ".tr", InsertPos);
586       I->replaceAllUsesWith(PN); // Everyone use the PHI node now!
587       PN->addIncoming(&*I, NewEntry);
588       ArgumentPHIs.push_back(PN);
589     }
590   }
591
592   // If this function has self recursive calls in the tail position where some
593   // are marked tail and some are not, only transform one flavor or another.  We
594   // have to choose whether we move allocas in the entry block to the new entry
595   // block or not, so we can't make a good choice for both.  NOTE: We could do
596   // slightly better here in the case that the function has no entry block
597   // allocas.
598   if (TailCallsAreMarkedTail && !CI->isTailCall())
599     return false;
600
601   // Ok, now that we know we have a pseudo-entry block WITH all of the
602   // required PHI nodes, add entries into the PHI node for the actual
603   // parameters passed into the tail-recursive call.
604   for (unsigned i = 0, e = CI->getNumArgOperands(); i != e; ++i)
605     ArgumentPHIs[i]->addIncoming(CI->getArgOperand(i), BB);
606
607   // If we are introducing an accumulator variable to eliminate the recursion,
608   // do so now.  Note that we _know_ that no subsequent tail recursion
609   // eliminations will happen on this function because of the way the
610   // accumulator recursion predicate is set up.
611   //
612   if (AccumulatorRecursionEliminationInitVal) {
613     Instruction *AccRecInstr = AccumulatorRecursionInstr;
614     // Start by inserting a new PHI node for the accumulator.
615     pred_iterator PB = pred_begin(OldEntry), PE = pred_end(OldEntry);
616     PHINode *AccPN = PHINode::Create(
617         AccumulatorRecursionEliminationInitVal->getType(),
618         std::distance(PB, PE) + 1, "accumulator.tr", &OldEntry->front());
619
620     // Loop over all of the predecessors of the tail recursion block.  For the
621     // real entry into the function we seed the PHI with the initial value,
622     // computed earlier.  For any other existing branches to this block (due to
623     // other tail recursions eliminated) the accumulator is not modified.
624     // Because we haven't added the branch in the current block to OldEntry yet,
625     // it will not show up as a predecessor.
626     for (pred_iterator PI = PB; PI != PE; ++PI) {
627       BasicBlock *P = *PI;
628       if (P == &F->getEntryBlock())
629         AccPN->addIncoming(AccumulatorRecursionEliminationInitVal, P);
630       else
631         AccPN->addIncoming(AccPN, P);
632     }
633
634     if (AccRecInstr) {
635       // Add an incoming argument for the current block, which is computed by
636       // our associative and commutative accumulator instruction.
637       AccPN->addIncoming(AccRecInstr, BB);
638
639       // Next, rewrite the accumulator recursion instruction so that it does not
640       // use the result of the call anymore, instead, use the PHI node we just
641       // inserted.
642       AccRecInstr->setOperand(AccRecInstr->getOperand(0) != CI, AccPN);
643     } else {
644       // Add an incoming argument for the current block, which is just the
645       // constant returned by the current return instruction.
646       AccPN->addIncoming(Ret->getReturnValue(), BB);
647     }
648
649     // Finally, rewrite any return instructions in the program to return the PHI
650     // node instead of the "initval" that they do currently.  This loop will
651     // actually rewrite the return value we are destroying, but that's ok.
652     for (BasicBlock &BBI : *F)
653       if (ReturnInst *RI = dyn_cast<ReturnInst>(BBI.getTerminator()))
654         RI->setOperand(0, AccPN);
655     ++NumAccumAdded;
656   }
657
658   // Now that all of the PHI nodes are in place, remove the call and
659   // ret instructions, replacing them with an unconditional branch.
660   BranchInst *NewBI = BranchInst::Create(OldEntry, Ret);
661   NewBI->setDebugLoc(CI->getDebugLoc());
662
663   BB->getInstList().erase(Ret);  // Remove return.
664   BB->getInstList().erase(CI);   // Remove call.
665   ++NumEliminated;
666   return true;
667 }
668
669 static bool foldReturnAndProcessPred(BasicBlock *BB, ReturnInst *Ret,
670                                      BasicBlock *&OldEntry,
671                                      bool &TailCallsAreMarkedTail,
672                                      SmallVectorImpl<PHINode *> &ArgumentPHIs,
673                                      bool CannotTailCallElimCallsMarkedTail,
674                                      const TargetTransformInfo *TTI,
675                                      AliasAnalysis *AA) {
676   bool Change = false;
677
678   // Make sure this block is a trivial return block.
679   assert(BB->getFirstNonPHIOrDbg() == Ret &&
680          "Trying to fold non-trivial return block");
681
682   // If the return block contains nothing but the return and PHI's,
683   // there might be an opportunity to duplicate the return in its
684   // predecessors and perform TRE there. Look for predecessors that end
685   // in unconditional branch and recursive call(s).
686   SmallVector<BranchInst*, 8> UncondBranchPreds;
687   for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), E = pred_end(BB); PI != E; ++PI) {
688     BasicBlock *Pred = *PI;
689     TerminatorInst *PTI = Pred->getTerminator();
690     if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(PTI))
691       if (BI->isUnconditional())
692         UncondBranchPreds.push_back(BI);
693   }
694
695   while (!UncondBranchPreds.empty()) {
696     BranchInst *BI = UncondBranchPreds.pop_back_val();
697     BasicBlock *Pred = BI->getParent();
698     if (CallInst *CI = findTRECandidate(BI, CannotTailCallElimCallsMarkedTail, TTI)){
699       DEBUG(dbgs() << "FOLDING: " << *BB
700             << "INTO UNCOND BRANCH PRED: " << *Pred);
701       ReturnInst *RI = FoldReturnIntoUncondBranch(Ret, BB, Pred);
702
703       // Cleanup: if all predecessors of BB have been eliminated by
704       // FoldReturnIntoUncondBranch, delete it.  It is important to empty it,
705       // because the ret instruction in there is still using a value which
706       // eliminateRecursiveTailCall will attempt to remove.
707       if (!BB->hasAddressTaken() && pred_begin(BB) == pred_end(BB))
708         BB->eraseFromParent();
709
710       eliminateRecursiveTailCall(CI, RI, OldEntry, TailCallsAreMarkedTail,
711                                  ArgumentPHIs, AA);
712       ++NumRetDuped;
713       Change = true;
714     }
715   }
716
717   return Change;
718 }
719
720 static bool processReturningBlock(ReturnInst *Ret, BasicBlock *&OldEntry,
721                                   bool &TailCallsAreMarkedTail,
722                                   SmallVectorImpl<PHINode *> &ArgumentPHIs,
723                                   bool CannotTailCallElimCallsMarkedTail,
724                                   const TargetTransformInfo *TTI,
725                                   AliasAnalysis *AA) {
726   CallInst *CI = findTRECandidate(Ret, CannotTailCallElimCallsMarkedTail, TTI);
727   if (!CI)
728     return false;
729
730   return eliminateRecursiveTailCall(CI, Ret, OldEntry, TailCallsAreMarkedTail,
731                                     ArgumentPHIs, AA);
732 }
733
734 static bool eliminateTailRecursion(Function &F, const TargetTransformInfo *TTI,
735                                    AliasAnalysis *AA) {
736   if (F.getFnAttribute("disable-tail-calls").getValueAsString() == "true")
737     return false;
738
739   bool MadeChange = false;
740   bool AllCallsAreTailCalls = false;
741   MadeChange |= markTails(F, AllCallsAreTailCalls);
742   if (!AllCallsAreTailCalls)
743     return MadeChange;
744
745   // If this function is a varargs function, we won't be able to PHI the args
746   // right, so don't even try to convert it...
747   if (F.getFunctionType()->isVarArg())
748     return false;
749
750   BasicBlock *OldEntry = nullptr;
751   bool TailCallsAreMarkedTail = false;
752   SmallVector<PHINode*, 8> ArgumentPHIs;
753
754   // If false, we cannot perform TRE on tail calls marked with the 'tail'
755   // attribute, because doing so would cause the stack size to increase (real
756   // TRE would deallocate variable sized allocas, TRE doesn't).
757   bool CanTRETailMarkedCall = canTRE(F);
758
759   // Change any tail recursive calls to loops.
760   //
761   // FIXME: The code generator produces really bad code when an 'escaping
762   // alloca' is changed from being a static alloca to being a dynamic alloca.
763   // Until this is resolved, disable this transformation if that would ever
764   // happen.  This bug is PR962.
765   for (Function::iterator BBI = F.begin(), E = F.end(); BBI != E; /*in loop*/) {
766     BasicBlock *BB = &*BBI++; // foldReturnAndProcessPred may delete BB.
767     if (ReturnInst *Ret = dyn_cast<ReturnInst>(BB->getTerminator())) {
768       bool Change =
769           processReturningBlock(Ret, OldEntry, TailCallsAreMarkedTail,
770                                 ArgumentPHIs, !CanTRETailMarkedCall, TTI, AA);
771       if (!Change && BB->getFirstNonPHIOrDbg() == Ret)
772         Change = foldReturnAndProcessPred(BB, Ret, OldEntry,
773                                           TailCallsAreMarkedTail, ArgumentPHIs,
774                                           !CanTRETailMarkedCall, TTI, AA);
775       MadeChange |= Change;
776     }
777   }
778
779   // If we eliminated any tail recursions, it's possible that we inserted some
780   // silly PHI nodes which just merge an initial value (the incoming operand)
781   // with themselves.  Check to see if we did and clean up our mess if so.  This
782   // occurs when a function passes an argument straight through to its tail
783   // call.
784   for (PHINode *PN : ArgumentPHIs) {
785     // If the PHI Node is a dynamic constant, replace it with the value it is.
786     if (Value *PNV = SimplifyInstruction(PN, F.getParent()->getDataLayout())) {
787       PN->replaceAllUsesWith(PNV);
788       PN->eraseFromParent();
789     }
790   }
791
792   return MadeChange;
793 }
794
795 namespace {
796 struct TailCallElim : public FunctionPass {
797   static char ID; // Pass identification, replacement for typeid
798   TailCallElim() : FunctionPass(ID) {
799     initializeTailCallElimPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
800   }
801
802   void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const override {
803     AU.addRequired<TargetTransformInfoWrapperPass>();
804     AU.addRequired<AAResultsWrapperPass>();
805     AU.addPreserved<GlobalsAAWrapperPass>();
806   }
807
808   bool runOnFunction(Function &F) override {
809     if (skipFunction(F))
810       return false;
811
812     return eliminateTailRecursion(
813         F, &getAnalysis<TargetTransformInfoWrapperPass>().getTTI(F),
814         &getAnalysis<AAResultsWrapperPass>().getAAResults());
815   }
816 };
817 }
818
819 char TailCallElim::ID = 0;
820 INITIALIZE_PASS_BEGIN(TailCallElim, "tailcallelim", "Tail Call Elimination",
821                       false, false)
822 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(TargetTransformInfoWrapperPass)
823 INITIALIZE_PASS_END(TailCallElim, "tailcallelim", "Tail Call Elimination",
824                     false, false)
825
826 // Public interface to the TailCallElimination pass
827 FunctionPass *llvm::createTailCallEliminationPass() {
828   return new TailCallElim();
829 }
830
831 PreservedAnalyses TailCallElimPass::run(Function &F,
832                                         FunctionAnalysisManager &AM) {
833
834   TargetTransformInfo &TTI = AM.getResult<TargetIRAnalysis>(F);
835   AliasAnalysis &AA = AM.getResult<AAManager>(F);
836
837   bool Changed = eliminateTailRecursion(F, &TTI, &AA);
838
839   if (!Changed)
840     return PreservedAnalyses::all();
841   PreservedAnalyses PA;
842   PA.preserve<GlobalsAA>();
843   return PA;
844 }