]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - contrib/llvm/lib/Transforms/Scalar/TailRecursionElimination.cpp
Merge llvm, clang, compiler-rt, libc++, libunwind, lld, lldb and openmp
[FreeBSD/FreeBSD.git] / contrib / llvm / lib / Transforms / Scalar / TailRecursionElimination.cpp
1 //===- TailRecursionElimination.cpp - Eliminate Tail Calls ----------------===//
2 //
3 // Part of the LLVM Project, under the Apache License v2.0 with LLVM Exceptions.
4 // See https://llvm.org/LICENSE.txt for license information.
5 // SPDX-License-Identifier: Apache-2.0 WITH LLVM-exception
6 //
7 //===----------------------------------------------------------------------===//
8 //
9 // This file transforms calls of the current function (self recursion) followed
10 // by a return instruction with a branch to the entry of the function, creating
11 // a loop.  This pass also implements the following extensions to the basic
12 // algorithm:
13 //
14 //  1. Trivial instructions between the call and return do not prevent the
15 //     transformation from taking place, though currently the analysis cannot
16 //     support moving any really useful instructions (only dead ones).
17 //  2. This pass transforms functions that are prevented from being tail
18 //     recursive by an associative and commutative expression to use an
19 //     accumulator variable, thus compiling the typical naive factorial or
20 //     'fib' implementation into efficient code.
21 //  3. TRE is performed if the function returns void, if the return
22 //     returns the result returned by the call, or if the function returns a
23 //     run-time constant on all exits from the function.  It is possible, though
24 //     unlikely, that the return returns something else (like constant 0), and
25 //     can still be TRE'd.  It can be TRE'd if ALL OTHER return instructions in
26 //     the function return the exact same value.
27 //  4. If it can prove that callees do not access their caller stack frame,
28 //     they are marked as eligible for tail call elimination (by the code
29 //     generator).
30 //
31 // There are several improvements that could be made:
32 //
33 //  1. If the function has any alloca instructions, these instructions will be
34 //     moved out of the entry block of the function, causing them to be
35 //     evaluated each time through the tail recursion.  Safely keeping allocas
36 //     in the entry block requires analysis to proves that the tail-called
37 //     function does not read or write the stack object.
38 //  2. Tail recursion is only performed if the call immediately precedes the
39 //     return instruction.  It's possible that there could be a jump between
40 //     the call and the return.
41 //  3. There can be intervening operations between the call and the return that
42 //     prevent the TRE from occurring.  For example, there could be GEP's and
43 //     stores to memory that will not be read or written by the call.  This
44 //     requires some substantial analysis (such as with DSA) to prove safe to
45 //     move ahead of the call, but doing so could allow many more TREs to be
46 //     performed, for example in TreeAdd/TreeAlloc from the treeadd benchmark.
47 //  4. The algorithm we use to detect if callees access their caller stack
48 //     frames is very primitive.
49 //
50 //===----------------------------------------------------------------------===//
51
52 #include "llvm/Transforms/Scalar/TailRecursionElimination.h"
53 #include "llvm/ADT/STLExtras.h"
54 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
55 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
56 #include "llvm/Analysis/CFG.h"
57 #include "llvm/Analysis/CaptureTracking.h"
58 #include "llvm/Analysis/DomTreeUpdater.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/OptimizationRemarkEmitter.h"
64 #include "llvm/Analysis/PostDominators.h"
65 #include "llvm/Analysis/TargetTransformInfo.h"
66 #include "llvm/IR/CFG.h"
67 #include "llvm/IR/CallSite.h"
68 #include "llvm/IR/Constants.h"
69 #include "llvm/IR/DataLayout.h"
70 #include "llvm/IR/DerivedTypes.h"
71 #include "llvm/IR/DiagnosticInfo.h"
72 #include "llvm/IR/Dominators.h"
73 #include "llvm/IR/Function.h"
74 #include "llvm/IR/InstIterator.h"
75 #include "llvm/IR/Instructions.h"
76 #include "llvm/IR/IntrinsicInst.h"
77 #include "llvm/IR/Module.h"
78 #include "llvm/IR/ValueHandle.h"
79 #include "llvm/Pass.h"
80 #include "llvm/Support/Debug.h"
81 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
82 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
83 #include "llvm/Transforms/Utils/BasicBlockUtils.h"
84 using namespace llvm;
85
86 #define DEBUG_TYPE "tailcallelim"
87
88 STATISTIC(NumEliminated, "Number of tail calls removed");
89 STATISTIC(NumRetDuped,   "Number of return duplicated");
90 STATISTIC(NumAccumAdded, "Number of accumulators introduced");
91
92 /// Scan the specified function for alloca instructions.
93 /// If it contains any dynamic allocas, returns false.
94 static bool canTRE(Function &F) {
95   // Because of PR962, we don't TRE dynamic allocas.
96   return llvm::all_of(instructions(F), [](Instruction &I) {
97     auto *AI = dyn_cast<AllocaInst>(&I);
98     return !AI || AI->isStaticAlloca();
99   });
100 }
101
102 namespace {
103 struct AllocaDerivedValueTracker {
104   // Start at a root value and walk its use-def chain to mark calls that use the
105   // value or a derived value in AllocaUsers, and places where it may escape in
106   // EscapePoints.
107   void walk(Value *Root) {
108     SmallVector<Use *, 32> Worklist;
109     SmallPtrSet<Use *, 32> Visited;
110
111     auto AddUsesToWorklist = [&](Value *V) {
112       for (auto &U : V->uses()) {
113         if (!Visited.insert(&U).second)
114           continue;
115         Worklist.push_back(&U);
116       }
117     };
118
119     AddUsesToWorklist(Root);
120
121     while (!Worklist.empty()) {
122       Use *U = Worklist.pop_back_val();
123       Instruction *I = cast<Instruction>(U->getUser());
124
125       switch (I->getOpcode()) {
126       case Instruction::Call:
127       case Instruction::Invoke: {
128         CallSite CS(I);
129         // If the alloca-derived argument is passed byval it is not an escape
130         // point, or a use of an alloca. Calling with byval copies the contents
131         // of the alloca into argument registers or stack slots, which exist
132         // beyond the lifetime of the current frame.
133         if (CS.isArgOperand(U) && CS.isByValArgument(CS.getArgumentNo(U)))
134           continue;
135         bool IsNocapture =
136             CS.isDataOperand(U) && CS.doesNotCapture(CS.getDataOperandNo(U));
137         callUsesLocalStack(CS, IsNocapture);
138         if (IsNocapture) {
139           // If the alloca-derived argument is passed in as nocapture, then it
140           // can't propagate to the call's return. That would be capturing.
141           continue;
142         }
143         break;
144       }
145       case Instruction::Load: {
146         // The result of a load is not alloca-derived (unless an alloca has
147         // otherwise escaped, but this is a local analysis).
148         continue;
149       }
150       case Instruction::Store: {
151         if (U->getOperandNo() == 0)
152           EscapePoints.insert(I);
153         continue;  // Stores have no users to analyze.
154       }
155       case Instruction::BitCast:
156       case Instruction::GetElementPtr:
157       case Instruction::PHI:
158       case Instruction::Select:
159       case Instruction::AddrSpaceCast:
160         break;
161       default:
162         EscapePoints.insert(I);
163         break;
164       }
165
166       AddUsesToWorklist(I);
167     }
168   }
169
170   void callUsesLocalStack(CallSite CS, bool IsNocapture) {
171     // Add it to the list of alloca users.
172     AllocaUsers.insert(CS.getInstruction());
173
174     // If it's nocapture then it can't capture this alloca.
175     if (IsNocapture)
176       return;
177
178     // If it can write to memory, it can leak the alloca value.
179     if (!CS.onlyReadsMemory())
180       EscapePoints.insert(CS.getInstruction());
181   }
182
183   SmallPtrSet<Instruction *, 32> AllocaUsers;
184   SmallPtrSet<Instruction *, 32> EscapePoints;
185 };
186 }
187
188 static bool markTails(Function &F, bool &AllCallsAreTailCalls,
189                       OptimizationRemarkEmitter *ORE) {
190   if (F.callsFunctionThatReturnsTwice())
191     return false;
192   AllCallsAreTailCalls = true;
193
194   // The local stack holds all alloca instructions and all byval arguments.
195   AllocaDerivedValueTracker Tracker;
196   for (Argument &Arg : F.args()) {
197     if (Arg.hasByValAttr())
198       Tracker.walk(&Arg);
199   }
200   for (auto &BB : F) {
201     for (auto &I : BB)
202       if (AllocaInst *AI = dyn_cast<AllocaInst>(&I))
203         Tracker.walk(AI);
204   }
205
206   bool Modified = false;
207
208   // Track whether a block is reachable after an alloca has escaped. Blocks that
209   // contain the escaping instruction will be marked as being visited without an
210   // escaped alloca, since that is how the block began.
211   enum VisitType {
212     UNVISITED,
213     UNESCAPED,
214     ESCAPED
215   };
216   DenseMap<BasicBlock *, VisitType> Visited;
217
218   // We propagate the fact that an alloca has escaped from block to successor.
219   // Visit the blocks that are propagating the escapedness first. To do this, we
220   // maintain two worklists.
221   SmallVector<BasicBlock *, 32> WorklistUnescaped, WorklistEscaped;
222
223   // We may enter a block and visit it thinking that no alloca has escaped yet,
224   // then see an escape point and go back around a loop edge and come back to
225   // the same block twice. Because of this, we defer setting tail on calls when
226   // we first encounter them in a block. Every entry in this list does not
227   // statically use an alloca via use-def chain analysis, but may find an alloca
228   // through other means if the block turns out to be reachable after an escape
229   // point.
230   SmallVector<CallInst *, 32> DeferredTails;
231
232   BasicBlock *BB = &F.getEntryBlock();
233   VisitType Escaped = UNESCAPED;
234   do {
235     for (auto &I : *BB) {
236       if (Tracker.EscapePoints.count(&I))
237         Escaped = ESCAPED;
238
239       CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(&I);
240       if (!CI || CI->isTailCall() || isa<DbgInfoIntrinsic>(&I))
241         continue;
242
243       bool IsNoTail = CI->isNoTailCall() || CI->hasOperandBundles();
244
245       if (!IsNoTail && CI->doesNotAccessMemory()) {
246         // A call to a readnone function whose arguments are all things computed
247         // outside this function can be marked tail. Even if you stored the
248         // alloca address into a global, a readnone function can't load the
249         // global anyhow.
250         //
251         // Note that this runs whether we know an alloca has escaped or not. If
252         // it has, then we can't trust Tracker.AllocaUsers to be accurate.
253         bool SafeToTail = true;
254         for (auto &Arg : CI->arg_operands()) {
255           if (isa<Constant>(Arg.getUser()))
256             continue;
257           if (Argument *A = dyn_cast<Argument>(Arg.getUser()))
258             if (!A->hasByValAttr())
259               continue;
260           SafeToTail = false;
261           break;
262         }
263         if (SafeToTail) {
264           using namespace ore;
265           ORE->emit([&]() {
266             return OptimizationRemark(DEBUG_TYPE, "tailcall-readnone", CI)
267                    << "marked as tail call candidate (readnone)";
268           });
269           CI->setTailCall();
270           Modified = true;
271           continue;
272         }
273       }
274
275       if (!IsNoTail && Escaped == UNESCAPED && !Tracker.AllocaUsers.count(CI)) {
276         DeferredTails.push_back(CI);
277       } else {
278         AllCallsAreTailCalls = false;
279       }
280     }
281
282     for (auto *SuccBB : make_range(succ_begin(BB), succ_end(BB))) {
283       auto &State = Visited[SuccBB];
284       if (State < Escaped) {
285         State = Escaped;
286         if (State == ESCAPED)
287           WorklistEscaped.push_back(SuccBB);
288         else
289           WorklistUnescaped.push_back(SuccBB);
290       }
291     }
292
293     if (!WorklistEscaped.empty()) {
294       BB = WorklistEscaped.pop_back_val();
295       Escaped = ESCAPED;
296     } else {
297       BB = nullptr;
298       while (!WorklistUnescaped.empty()) {
299         auto *NextBB = WorklistUnescaped.pop_back_val();
300         if (Visited[NextBB] == UNESCAPED) {
301           BB = NextBB;
302           Escaped = UNESCAPED;
303           break;
304         }
305       }
306     }
307   } while (BB);
308
309   for (CallInst *CI : DeferredTails) {
310     if (Visited[CI->getParent()] != ESCAPED) {
311       // If the escape point was part way through the block, calls after the
312       // escape point wouldn't have been put into DeferredTails.
313       LLVM_DEBUG(dbgs() << "Marked as tail call candidate: " << *CI << "\n");
314       CI->setTailCall();
315       Modified = true;
316     } else {
317       AllCallsAreTailCalls = false;
318     }
319   }
320
321   return Modified;
322 }
323
324 /// Return true if it is safe to move the specified
325 /// instruction from after the call to before the call, assuming that all
326 /// instructions between the call and this instruction are movable.
327 ///
328 static bool canMoveAboveCall(Instruction *I, CallInst *CI, AliasAnalysis *AA) {
329   // FIXME: We can move load/store/call/free instructions above the call if the
330   // call does not mod/ref the memory location being processed.
331   if (I->mayHaveSideEffects())  // This also handles volatile loads.
332     return false;
333
334   if (LoadInst *L = dyn_cast<LoadInst>(I)) {
335     // Loads may always be moved above calls without side effects.
336     if (CI->mayHaveSideEffects()) {
337       // Non-volatile loads may be moved above a call with side effects if it
338       // does not write to memory and the load provably won't trap.
339       // Writes to memory only matter if they may alias the pointer
340       // being loaded from.
341       const DataLayout &DL = L->getModule()->getDataLayout();
342       if (isModSet(AA->getModRefInfo(CI, MemoryLocation::get(L))) ||
343           !isSafeToLoadUnconditionally(L->getPointerOperand(), L->getType(),
344                                        L->getAlignment(), DL, L))
345         return false;
346     }
347   }
348
349   // Otherwise, if this is a side-effect free instruction, check to make sure
350   // that it does not use the return value of the call.  If it doesn't use the
351   // return value of the call, it must only use things that are defined before
352   // the call, or movable instructions between the call and the instruction
353   // itself.
354   return !is_contained(I->operands(), CI);
355 }
356
357 /// Return true if the specified value is the same when the return would exit
358 /// as it was when the initial iteration of the recursive function was executed.
359 ///
360 /// We currently handle static constants and arguments that are not modified as
361 /// part of the recursion.
362 static bool isDynamicConstant(Value *V, CallInst *CI, ReturnInst *RI) {
363   if (isa<Constant>(V)) return true; // Static constants are always dyn consts
364
365   // Check to see if this is an immutable argument, if so, the value
366   // will be available to initialize the accumulator.
367   if (Argument *Arg = dyn_cast<Argument>(V)) {
368     // Figure out which argument number this is...
369     unsigned ArgNo = 0;
370     Function *F = CI->getParent()->getParent();
371     for (Function::arg_iterator AI = F->arg_begin(); &*AI != Arg; ++AI)
372       ++ArgNo;
373
374     // If we are passing this argument into call as the corresponding
375     // argument operand, then the argument is dynamically constant.
376     // Otherwise, we cannot transform this function safely.
377     if (CI->getArgOperand(ArgNo) == Arg)
378       return true;
379   }
380
381   // Switch cases are always constant integers. If the value is being switched
382   // on and the return is only reachable from one of its cases, it's
383   // effectively constant.
384   if (BasicBlock *UniquePred = RI->getParent()->getUniquePredecessor())
385     if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(UniquePred->getTerminator()))
386       if (SI->getCondition() == V)
387         return SI->getDefaultDest() != RI->getParent();
388
389   // Not a constant or immutable argument, we can't safely transform.
390   return false;
391 }
392
393 /// Check to see if the function containing the specified tail call consistently
394 /// returns the same runtime-constant value at all exit points except for
395 /// IgnoreRI. If so, return the returned value.
396 static Value *getCommonReturnValue(ReturnInst *IgnoreRI, CallInst *CI) {
397   Function *F = CI->getParent()->getParent();
398   Value *ReturnedValue = nullptr;
399
400   for (BasicBlock &BBI : *F) {
401     ReturnInst *RI = dyn_cast<ReturnInst>(BBI.getTerminator());
402     if (RI == nullptr || RI == IgnoreRI) continue;
403
404     // We can only perform this transformation if the value returned is
405     // evaluatable at the start of the initial invocation of the function,
406     // instead of at the end of the evaluation.
407     //
408     Value *RetOp = RI->getOperand(0);
409     if (!isDynamicConstant(RetOp, CI, RI))
410       return nullptr;
411
412     if (ReturnedValue && RetOp != ReturnedValue)
413       return nullptr;     // Cannot transform if differing values are returned.
414     ReturnedValue = RetOp;
415   }
416   return ReturnedValue;
417 }
418
419 /// If the specified instruction can be transformed using accumulator recursion
420 /// elimination, return the constant which is the start of the accumulator
421 /// value.  Otherwise return null.
422 static Value *canTransformAccumulatorRecursion(Instruction *I, CallInst *CI) {
423   if (!I->isAssociative() || !I->isCommutative()) return nullptr;
424   assert(I->getNumOperands() == 2 &&
425          "Associative/commutative operations should have 2 args!");
426
427   // Exactly one operand should be the result of the call instruction.
428   if ((I->getOperand(0) == CI && I->getOperand(1) == CI) ||
429       (I->getOperand(0) != CI && I->getOperand(1) != CI))
430     return nullptr;
431
432   // The only user of this instruction we allow is a single return instruction.
433   if (!I->hasOneUse() || !isa<ReturnInst>(I->user_back()))
434     return nullptr;
435
436   // Ok, now we have to check all of the other return instructions in this
437   // function.  If they return non-constants or differing values, then we cannot
438   // transform the function safely.
439   return getCommonReturnValue(cast<ReturnInst>(I->user_back()), CI);
440 }
441
442 static Instruction *firstNonDbg(BasicBlock::iterator I) {
443   while (isa<DbgInfoIntrinsic>(I))
444     ++I;
445   return &*I;
446 }
447
448 static CallInst *findTRECandidate(Instruction *TI,
449                                   bool CannotTailCallElimCallsMarkedTail,
450                                   const TargetTransformInfo *TTI) {
451   BasicBlock *BB = TI->getParent();
452   Function *F = BB->getParent();
453
454   if (&BB->front() == TI) // Make sure there is something before the terminator.
455     return nullptr;
456
457   // Scan backwards from the return, checking to see if there is a tail call in
458   // this block.  If so, set CI to it.
459   CallInst *CI = nullptr;
460   BasicBlock::iterator BBI(TI);
461   while (true) {
462     CI = dyn_cast<CallInst>(BBI);
463     if (CI && CI->getCalledFunction() == F)
464       break;
465
466     if (BBI == BB->begin())
467       return nullptr;          // Didn't find a potential tail call.
468     --BBI;
469   }
470
471   // If this call is marked as a tail call, and if there are dynamic allocas in
472   // the function, we cannot perform this optimization.
473   if (CI->isTailCall() && CannotTailCallElimCallsMarkedTail)
474     return nullptr;
475
476   // As a special case, detect code like this:
477   //   double fabs(double f) { return __builtin_fabs(f); } // a 'fabs' call
478   // and disable this xform in this case, because the code generator will
479   // lower the call to fabs into inline code.
480   if (BB == &F->getEntryBlock() &&
481       firstNonDbg(BB->front().getIterator()) == CI &&
482       firstNonDbg(std::next(BB->begin())) == TI && CI->getCalledFunction() &&
483       !TTI->isLoweredToCall(CI->getCalledFunction())) {
484     // A single-block function with just a call and a return. Check that
485     // the arguments match.
486     CallSite::arg_iterator I = CallSite(CI).arg_begin(),
487                            E = CallSite(CI).arg_end();
488     Function::arg_iterator FI = F->arg_begin(),
489                            FE = F->arg_end();
490     for (; I != E && FI != FE; ++I, ++FI)
491       if (*I != &*FI) break;
492     if (I == E && FI == FE)
493       return nullptr;
494   }
495
496   return CI;
497 }
498
499 static bool eliminateRecursiveTailCall(
500     CallInst *CI, ReturnInst *Ret, BasicBlock *&OldEntry,
501     bool &TailCallsAreMarkedTail, SmallVectorImpl<PHINode *> &ArgumentPHIs,
502     AliasAnalysis *AA, OptimizationRemarkEmitter *ORE, DomTreeUpdater &DTU) {
503   // If we are introducing accumulator recursion to eliminate operations after
504   // the call instruction that are both associative and commutative, the initial
505   // value for the accumulator is placed in this variable.  If this value is set
506   // then we actually perform accumulator recursion elimination instead of
507   // simple tail recursion elimination.  If the operation is an LLVM instruction
508   // (eg: "add") then it is recorded in AccumulatorRecursionInstr.  If not, then
509   // we are handling the case when the return instruction returns a constant C
510   // which is different to the constant returned by other return instructions
511   // (which is recorded in AccumulatorRecursionEliminationInitVal).  This is a
512   // special case of accumulator recursion, the operation being "return C".
513   Value *AccumulatorRecursionEliminationInitVal = nullptr;
514   Instruction *AccumulatorRecursionInstr = nullptr;
515
516   // Ok, we found a potential tail call.  We can currently only transform the
517   // tail call if all of the instructions between the call and the return are
518   // movable to above the call itself, leaving the call next to the return.
519   // Check that this is the case now.
520   BasicBlock::iterator BBI(CI);
521   for (++BBI; &*BBI != Ret; ++BBI) {
522     if (canMoveAboveCall(&*BBI, CI, AA))
523       continue;
524
525     // If we can't move the instruction above the call, it might be because it
526     // is an associative and commutative operation that could be transformed
527     // using accumulator recursion elimination.  Check to see if this is the
528     // case, and if so, remember the initial accumulator value for later.
529     if ((AccumulatorRecursionEliminationInitVal =
530              canTransformAccumulatorRecursion(&*BBI, CI))) {
531       // Yes, this is accumulator recursion.  Remember which instruction
532       // accumulates.
533       AccumulatorRecursionInstr = &*BBI;
534     } else {
535       return false;   // Otherwise, we cannot eliminate the tail recursion!
536     }
537   }
538
539   // We can only transform call/return pairs that either ignore the return value
540   // of the call and return void, ignore the value of the call and return a
541   // constant, return the value returned by the tail call, or that are being
542   // accumulator recursion variable eliminated.
543   if (Ret->getNumOperands() == 1 && Ret->getReturnValue() != CI &&
544       !isa<UndefValue>(Ret->getReturnValue()) &&
545       AccumulatorRecursionEliminationInitVal == nullptr &&
546       !getCommonReturnValue(nullptr, CI)) {
547     // One case remains that we are able to handle: the current return
548     // instruction returns a constant, and all other return instructions
549     // return a different constant.
550     if (!isDynamicConstant(Ret->getReturnValue(), CI, Ret))
551       return false; // Current return instruction does not return a constant.
552     // Check that all other return instructions return a common constant.  If
553     // so, record it in AccumulatorRecursionEliminationInitVal.
554     AccumulatorRecursionEliminationInitVal = getCommonReturnValue(Ret, CI);
555     if (!AccumulatorRecursionEliminationInitVal)
556       return false;
557   }
558
559   BasicBlock *BB = Ret->getParent();
560   Function *F = BB->getParent();
561
562   using namespace ore;
563   ORE->emit([&]() {
564     return OptimizationRemark(DEBUG_TYPE, "tailcall-recursion", CI)
565            << "transforming tail recursion into loop";
566   });
567
568   // OK! We can transform this tail call.  If this is the first one found,
569   // create the new entry block, allowing us to branch back to the old entry.
570   if (!OldEntry) {
571     OldEntry = &F->getEntryBlock();
572     BasicBlock *NewEntry = BasicBlock::Create(F->getContext(), "", F, OldEntry);
573     NewEntry->takeName(OldEntry);
574     OldEntry->setName("tailrecurse");
575     BranchInst *BI = BranchInst::Create(OldEntry, NewEntry);
576     BI->setDebugLoc(CI->getDebugLoc());
577
578     // If this tail call is marked 'tail' and if there are any allocas in the
579     // entry block, move them up to the new entry block.
580     TailCallsAreMarkedTail = CI->isTailCall();
581     if (TailCallsAreMarkedTail)
582       // Move all fixed sized allocas from OldEntry to NewEntry.
583       for (BasicBlock::iterator OEBI = OldEntry->begin(), E = OldEntry->end(),
584              NEBI = NewEntry->begin(); OEBI != E; )
585         if (AllocaInst *AI = dyn_cast<AllocaInst>(OEBI++))
586           if (isa<ConstantInt>(AI->getArraySize()))
587             AI->moveBefore(&*NEBI);
588
589     // Now that we have created a new block, which jumps to the entry
590     // block, insert a PHI node for each argument of the function.
591     // For now, we initialize each PHI to only have the real arguments
592     // which are passed in.
593     Instruction *InsertPos = &OldEntry->front();
594     for (Function::arg_iterator I = F->arg_begin(), E = F->arg_end();
595          I != E; ++I) {
596       PHINode *PN = PHINode::Create(I->getType(), 2,
597                                     I->getName() + ".tr", InsertPos);
598       I->replaceAllUsesWith(PN); // Everyone use the PHI node now!
599       PN->addIncoming(&*I, NewEntry);
600       ArgumentPHIs.push_back(PN);
601     }
602     // The entry block was changed from OldEntry to NewEntry.
603     // The forward DominatorTree needs to be recalculated when the EntryBB is
604     // changed. In this corner-case we recalculate the entire tree.
605     DTU.recalculate(*NewEntry->getParent());
606   }
607
608   // If this function has self recursive calls in the tail position where some
609   // are marked tail and some are not, only transform one flavor or another.  We
610   // have to choose whether we move allocas in the entry block to the new entry
611   // block or not, so we can't make a good choice for both.  NOTE: We could do
612   // slightly better here in the case that the function has no entry block
613   // allocas.
614   if (TailCallsAreMarkedTail && !CI->isTailCall())
615     return false;
616
617   // Ok, now that we know we have a pseudo-entry block WITH all of the
618   // required PHI nodes, add entries into the PHI node for the actual
619   // parameters passed into the tail-recursive call.
620   for (unsigned i = 0, e = CI->getNumArgOperands(); i != e; ++i)
621     ArgumentPHIs[i]->addIncoming(CI->getArgOperand(i), BB);
622
623   // If we are introducing an accumulator variable to eliminate the recursion,
624   // do so now.  Note that we _know_ that no subsequent tail recursion
625   // eliminations will happen on this function because of the way the
626   // accumulator recursion predicate is set up.
627   //
628   if (AccumulatorRecursionEliminationInitVal) {
629     Instruction *AccRecInstr = AccumulatorRecursionInstr;
630     // Start by inserting a new PHI node for the accumulator.
631     pred_iterator PB = pred_begin(OldEntry), PE = pred_end(OldEntry);
632     PHINode *AccPN = PHINode::Create(
633         AccumulatorRecursionEliminationInitVal->getType(),
634         std::distance(PB, PE) + 1, "accumulator.tr", &OldEntry->front());
635
636     // Loop over all of the predecessors of the tail recursion block.  For the
637     // real entry into the function we seed the PHI with the initial value,
638     // computed earlier.  For any other existing branches to this block (due to
639     // other tail recursions eliminated) the accumulator is not modified.
640     // Because we haven't added the branch in the current block to OldEntry yet,
641     // it will not show up as a predecessor.
642     for (pred_iterator PI = PB; PI != PE; ++PI) {
643       BasicBlock *P = *PI;
644       if (P == &F->getEntryBlock())
645         AccPN->addIncoming(AccumulatorRecursionEliminationInitVal, P);
646       else
647         AccPN->addIncoming(AccPN, P);
648     }
649
650     if (AccRecInstr) {
651       // Add an incoming argument for the current block, which is computed by
652       // our associative and commutative accumulator instruction.
653       AccPN->addIncoming(AccRecInstr, BB);
654
655       // Next, rewrite the accumulator recursion instruction so that it does not
656       // use the result of the call anymore, instead, use the PHI node we just
657       // inserted.
658       AccRecInstr->setOperand(AccRecInstr->getOperand(0) != CI, AccPN);
659     } else {
660       // Add an incoming argument for the current block, which is just the
661       // constant returned by the current return instruction.
662       AccPN->addIncoming(Ret->getReturnValue(), BB);
663     }
664
665     // Finally, rewrite any return instructions in the program to return the PHI
666     // node instead of the "initval" that they do currently.  This loop will
667     // actually rewrite the return value we are destroying, but that's ok.
668     for (BasicBlock &BBI : *F)
669       if (ReturnInst *RI = dyn_cast<ReturnInst>(BBI.getTerminator()))
670         RI->setOperand(0, AccPN);
671     ++NumAccumAdded;
672   }
673
674   // Now that all of the PHI nodes are in place, remove the call and
675   // ret instructions, replacing them with an unconditional branch.
676   BranchInst *NewBI = BranchInst::Create(OldEntry, Ret);
677   NewBI->setDebugLoc(CI->getDebugLoc());
678
679   BB->getInstList().erase(Ret);  // Remove return.
680   BB->getInstList().erase(CI);   // Remove call.
681   DTU.applyUpdates({{DominatorTree::Insert, BB, OldEntry}});
682   ++NumEliminated;
683   return true;
684 }
685
686 static bool foldReturnAndProcessPred(
687     BasicBlock *BB, ReturnInst *Ret, BasicBlock *&OldEntry,
688     bool &TailCallsAreMarkedTail, SmallVectorImpl<PHINode *> &ArgumentPHIs,
689     bool CannotTailCallElimCallsMarkedTail, const TargetTransformInfo *TTI,
690     AliasAnalysis *AA, OptimizationRemarkEmitter *ORE, DomTreeUpdater &DTU) {
691   bool Change = false;
692
693   // Make sure this block is a trivial return block.
694   assert(BB->getFirstNonPHIOrDbg() == Ret &&
695          "Trying to fold non-trivial return block");
696
697   // If the return block contains nothing but the return and PHI's,
698   // there might be an opportunity to duplicate the return in its
699   // predecessors and perform TRE there. Look for predecessors that end
700   // in unconditional branch and recursive call(s).
701   SmallVector<BranchInst*, 8> UncondBranchPreds;
702   for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), E = pred_end(BB); PI != E; ++PI) {
703     BasicBlock *Pred = *PI;
704     Instruction *PTI = Pred->getTerminator();
705     if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(PTI))
706       if (BI->isUnconditional())
707         UncondBranchPreds.push_back(BI);
708   }
709
710   while (!UncondBranchPreds.empty()) {
711     BranchInst *BI = UncondBranchPreds.pop_back_val();
712     BasicBlock *Pred = BI->getParent();
713     if (CallInst *CI = findTRECandidate(BI, CannotTailCallElimCallsMarkedTail, TTI)){
714       LLVM_DEBUG(dbgs() << "FOLDING: " << *BB
715                         << "INTO UNCOND BRANCH PRED: " << *Pred);
716       ReturnInst *RI = FoldReturnIntoUncondBranch(Ret, BB, Pred, &DTU);
717
718       // Cleanup: if all predecessors of BB have been eliminated by
719       // FoldReturnIntoUncondBranch, delete it.  It is important to empty it,
720       // because the ret instruction in there is still using a value which
721       // eliminateRecursiveTailCall will attempt to remove.
722       if (!BB->hasAddressTaken() && pred_begin(BB) == pred_end(BB))
723         DTU.deleteBB(BB);
724
725       eliminateRecursiveTailCall(CI, RI, OldEntry, TailCallsAreMarkedTail,
726                                  ArgumentPHIs, AA, ORE, DTU);
727       ++NumRetDuped;
728       Change = true;
729     }
730   }
731
732   return Change;
733 }
734
735 static bool processReturningBlock(
736     ReturnInst *Ret, BasicBlock *&OldEntry, bool &TailCallsAreMarkedTail,
737     SmallVectorImpl<PHINode *> &ArgumentPHIs,
738     bool CannotTailCallElimCallsMarkedTail, const TargetTransformInfo *TTI,
739     AliasAnalysis *AA, OptimizationRemarkEmitter *ORE, DomTreeUpdater &DTU) {
740   CallInst *CI = findTRECandidate(Ret, CannotTailCallElimCallsMarkedTail, TTI);
741   if (!CI)
742     return false;
743
744   return eliminateRecursiveTailCall(CI, Ret, OldEntry, TailCallsAreMarkedTail,
745                                     ArgumentPHIs, AA, ORE, DTU);
746 }
747
748 static bool eliminateTailRecursion(Function &F, const TargetTransformInfo *TTI,
749                                    AliasAnalysis *AA,
750                                    OptimizationRemarkEmitter *ORE,
751                                    DomTreeUpdater &DTU) {
752   if (F.getFnAttribute("disable-tail-calls").getValueAsString() == "true")
753     return false;
754
755   bool MadeChange = false;
756   bool AllCallsAreTailCalls = false;
757   MadeChange |= markTails(F, AllCallsAreTailCalls, ORE);
758   if (!AllCallsAreTailCalls)
759     return MadeChange;
760
761   // If this function is a varargs function, we won't be able to PHI the args
762   // right, so don't even try to convert it...
763   if (F.getFunctionType()->isVarArg())
764     return false;
765
766   BasicBlock *OldEntry = nullptr;
767   bool TailCallsAreMarkedTail = false;
768   SmallVector<PHINode*, 8> ArgumentPHIs;
769
770   // If false, we cannot perform TRE on tail calls marked with the 'tail'
771   // attribute, because doing so would cause the stack size to increase (real
772   // TRE would deallocate variable sized allocas, TRE doesn't).
773   bool CanTRETailMarkedCall = canTRE(F);
774
775   // Change any tail recursive calls to loops.
776   //
777   // FIXME: The code generator produces really bad code when an 'escaping
778   // alloca' is changed from being a static alloca to being a dynamic alloca.
779   // Until this is resolved, disable this transformation if that would ever
780   // happen.  This bug is PR962.
781   for (Function::iterator BBI = F.begin(), E = F.end(); BBI != E; /*in loop*/) {
782     BasicBlock *BB = &*BBI++; // foldReturnAndProcessPred may delete BB.
783     if (ReturnInst *Ret = dyn_cast<ReturnInst>(BB->getTerminator())) {
784       bool Change = processReturningBlock(Ret, OldEntry, TailCallsAreMarkedTail,
785                                           ArgumentPHIs, !CanTRETailMarkedCall,
786                                           TTI, AA, ORE, DTU);
787       if (!Change && BB->getFirstNonPHIOrDbg() == Ret)
788         Change = foldReturnAndProcessPred(
789             BB, Ret, OldEntry, TailCallsAreMarkedTail, ArgumentPHIs,
790             !CanTRETailMarkedCall, TTI, AA, ORE, DTU);
791       MadeChange |= Change;
792     }
793   }
794
795   // If we eliminated any tail recursions, it's possible that we inserted some
796   // silly PHI nodes which just merge an initial value (the incoming operand)
797   // with themselves.  Check to see if we did and clean up our mess if so.  This
798   // occurs when a function passes an argument straight through to its tail
799   // call.
800   for (PHINode *PN : ArgumentPHIs) {
801     // If the PHI Node is a dynamic constant, replace it with the value it is.
802     if (Value *PNV = SimplifyInstruction(PN, F.getParent()->getDataLayout())) {
803       PN->replaceAllUsesWith(PNV);
804       PN->eraseFromParent();
805     }
806   }
807
808   return MadeChange;
809 }
810
811 namespace {
812 struct TailCallElim : public FunctionPass {
813   static char ID; // Pass identification, replacement for typeid
814   TailCallElim() : FunctionPass(ID) {
815     initializeTailCallElimPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
816   }
817
818   void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const override {
819     AU.addRequired<TargetTransformInfoWrapperPass>();
820     AU.addRequired<AAResultsWrapperPass>();
821     AU.addRequired<OptimizationRemarkEmitterWrapperPass>();
822     AU.addPreserved<GlobalsAAWrapperPass>();
823     AU.addPreserved<DominatorTreeWrapperPass>();
824     AU.addPreserved<PostDominatorTreeWrapperPass>();
825   }
826
827   bool runOnFunction(Function &F) override {
828     if (skipFunction(F))
829       return false;
830
831     auto *DTWP = getAnalysisIfAvailable<DominatorTreeWrapperPass>();
832     auto *DT = DTWP ? &DTWP->getDomTree() : nullptr;
833     auto *PDTWP = getAnalysisIfAvailable<PostDominatorTreeWrapperPass>();
834     auto *PDT = PDTWP ? &PDTWP->getPostDomTree() : nullptr;
835     // There is no noticable performance difference here between Lazy and Eager
836     // UpdateStrategy based on some test results. It is feasible to switch the
837     // UpdateStrategy to Lazy if we find it profitable later.
838     DomTreeUpdater DTU(DT, PDT, DomTreeUpdater::UpdateStrategy::Eager);
839
840     return eliminateTailRecursion(
841         F, &getAnalysis<TargetTransformInfoWrapperPass>().getTTI(F),
842         &getAnalysis<AAResultsWrapperPass>().getAAResults(),
843         &getAnalysis<OptimizationRemarkEmitterWrapperPass>().getORE(), DTU);
844   }
845 };
846 }
847
848 char TailCallElim::ID = 0;
849 INITIALIZE_PASS_BEGIN(TailCallElim, "tailcallelim", "Tail Call Elimination",
850                       false, false)
851 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(TargetTransformInfoWrapperPass)
852 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(OptimizationRemarkEmitterWrapperPass)
853 INITIALIZE_PASS_END(TailCallElim, "tailcallelim", "Tail Call Elimination",
854                     false, false)
855
856 // Public interface to the TailCallElimination pass
857 FunctionPass *llvm::createTailCallEliminationPass() {
858   return new TailCallElim();
859 }
860
861 PreservedAnalyses TailCallElimPass::run(Function &F,
862                                         FunctionAnalysisManager &AM) {
863
864   TargetTransformInfo &TTI = AM.getResult<TargetIRAnalysis>(F);
865   AliasAnalysis &AA = AM.getResult<AAManager>(F);
866   auto &ORE = AM.getResult<OptimizationRemarkEmitterAnalysis>(F);
867   auto *DT = AM.getCachedResult<DominatorTreeAnalysis>(F);
868   auto *PDT = AM.getCachedResult<PostDominatorTreeAnalysis>(F);
869   // There is no noticable performance difference here between Lazy and Eager
870   // UpdateStrategy based on some test results. It is feasible to switch the
871   // UpdateStrategy to Lazy if we find it profitable later.
872   DomTreeUpdater DTU(DT, PDT, DomTreeUpdater::UpdateStrategy::Eager);
873   bool Changed = eliminateTailRecursion(F, &TTI, &AA, &ORE, DTU);
874
875   if (!Changed)
876     return PreservedAnalyses::all();
877   PreservedAnalyses PA;
878   PA.preserve<GlobalsAA>();
879   PA.preserve<DominatorTreeAnalysis>();
880   PA.preserve<PostDominatorTreeAnalysis>();
881   return PA;
882 }