]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/releng/10.2.git/blob - contrib/llvm/lib/Transforms/ObjCARC/ObjCARCOpts.cpp
- Copy stable/10@285827 to releng/10.2 in preparation for 10.2-RC1
[FreeBSD/releng/10.2.git] / contrib / llvm / lib / Transforms / ObjCARC / ObjCARCOpts.cpp
1 //===- ObjCARCOpts.cpp - ObjC ARC Optimization ----------------------------===//
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 /// \file
10 /// This file defines ObjC ARC optimizations. ARC stands for Automatic
11 /// Reference Counting and is a system for managing reference counts for objects
12 /// in Objective C.
13 ///
14 /// The optimizations performed include elimination of redundant, partially
15 /// redundant, and inconsequential reference count operations, elimination of
16 /// redundant weak pointer operations, and numerous minor simplifications.
17 ///
18 /// WARNING: This file knows about certain library functions. It recognizes them
19 /// by name, and hardwires knowledge of their semantics.
20 ///
21 /// WARNING: This file knows about how certain Objective-C library functions are
22 /// used. Naive LLVM IR transformations which would otherwise be
23 /// behavior-preserving may break these assumptions.
24 ///
25 //===----------------------------------------------------------------------===//
26
27 #define DEBUG_TYPE "objc-arc-opts"
28 #include "ObjCARC.h"
29 #include "ARCRuntimeEntryPoints.h"
30 #include "DependencyAnalysis.h"
31 #include "ObjCARCAliasAnalysis.h"
32 #include "ProvenanceAnalysis.h"
33 #include "llvm/ADT/DenseMap.h"
34 #include "llvm/ADT/DenseSet.h"
35 #include "llvm/ADT/STLExtras.h"
36 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
37 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
38 #include "llvm/IR/IRBuilder.h"
39 #include "llvm/IR/LLVMContext.h"
40 #include "llvm/Support/CFG.h"
41 #include "llvm/Support/Debug.h"
42 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
43
44 using namespace llvm;
45 using namespace llvm::objcarc;
46
47 /// \defgroup MiscUtils Miscellaneous utilities that are not ARC specific.
48 /// @{
49
50 namespace {
51   /// \brief An associative container with fast insertion-order (deterministic)
52   /// iteration over its elements. Plus the special blot operation.
53   template<class KeyT, class ValueT>
54   class MapVector {
55     /// Map keys to indices in Vector.
56     typedef DenseMap<KeyT, size_t> MapTy;
57     MapTy Map;
58
59     typedef std::vector<std::pair<KeyT, ValueT> > VectorTy;
60     /// Keys and values.
61     VectorTy Vector;
62
63   public:
64     typedef typename VectorTy::iterator iterator;
65     typedef typename VectorTy::const_iterator const_iterator;
66     iterator begin() { return Vector.begin(); }
67     iterator end() { return Vector.end(); }
68     const_iterator begin() const { return Vector.begin(); }
69     const_iterator end() const { return Vector.end(); }
70
71 #ifdef XDEBUG
72     ~MapVector() {
73       assert(Vector.size() >= Map.size()); // May differ due to blotting.
74       for (typename MapTy::const_iterator I = Map.begin(), E = Map.end();
75            I != E; ++I) {
76         assert(I->second < Vector.size());
77         assert(Vector[I->second].first == I->first);
78       }
79       for (typename VectorTy::const_iterator I = Vector.begin(),
80            E = Vector.end(); I != E; ++I)
81         assert(!I->first ||
82                (Map.count(I->first) &&
83                 Map[I->first] == size_t(I - Vector.begin())));
84     }
85 #endif
86
87     ValueT &operator[](const KeyT &Arg) {
88       std::pair<typename MapTy::iterator, bool> Pair =
89         Map.insert(std::make_pair(Arg, size_t(0)));
90       if (Pair.second) {
91         size_t Num = Vector.size();
92         Pair.first->second = Num;
93         Vector.push_back(std::make_pair(Arg, ValueT()));
94         return Vector[Num].second;
95       }
96       return Vector[Pair.first->second].second;
97     }
98
99     std::pair<iterator, bool>
100     insert(const std::pair<KeyT, ValueT> &InsertPair) {
101       std::pair<typename MapTy::iterator, bool> Pair =
102         Map.insert(std::make_pair(InsertPair.first, size_t(0)));
103       if (Pair.second) {
104         size_t Num = Vector.size();
105         Pair.first->second = Num;
106         Vector.push_back(InsertPair);
107         return std::make_pair(Vector.begin() + Num, true);
108       }
109       return std::make_pair(Vector.begin() + Pair.first->second, false);
110     }
111
112     iterator find(const KeyT &Key) {
113       typename MapTy::iterator It = Map.find(Key);
114       if (It == Map.end()) return Vector.end();
115       return Vector.begin() + It->second;
116     }
117
118     const_iterator find(const KeyT &Key) const {
119       typename MapTy::const_iterator It = Map.find(Key);
120       if (It == Map.end()) return Vector.end();
121       return Vector.begin() + It->second;
122     }
123
124     /// This is similar to erase, but instead of removing the element from the
125     /// vector, it just zeros out the key in the vector. This leaves iterators
126     /// intact, but clients must be prepared for zeroed-out keys when iterating.
127     void blot(const KeyT &Key) {
128       typename MapTy::iterator It = Map.find(Key);
129       if (It == Map.end()) return;
130       Vector[It->second].first = KeyT();
131       Map.erase(It);
132     }
133
134     void clear() {
135       Map.clear();
136       Vector.clear();
137     }
138   };
139 }
140
141 /// @}
142 ///
143 /// \defgroup ARCUtilities Utility declarations/definitions specific to ARC.
144 /// @{
145
146 /// \brief This is similar to StripPointerCastsAndObjCCalls but it stops as soon
147 /// as it finds a value with multiple uses.
148 static const Value *FindSingleUseIdentifiedObject(const Value *Arg) {
149   if (Arg->hasOneUse()) {
150     if (const BitCastInst *BC = dyn_cast<BitCastInst>(Arg))
151       return FindSingleUseIdentifiedObject(BC->getOperand(0));
152     if (const GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(Arg))
153       if (GEP->hasAllZeroIndices())
154         return FindSingleUseIdentifiedObject(GEP->getPointerOperand());
155     if (IsForwarding(GetBasicInstructionClass(Arg)))
156       return FindSingleUseIdentifiedObject(
157                cast<CallInst>(Arg)->getArgOperand(0));
158     if (!IsObjCIdentifiedObject(Arg))
159       return 0;
160     return Arg;
161   }
162
163   // If we found an identifiable object but it has multiple uses, but they are
164   // trivial uses, we can still consider this to be a single-use value.
165   if (IsObjCIdentifiedObject(Arg)) {
166     for (Value::const_use_iterator UI = Arg->use_begin(), UE = Arg->use_end();
167          UI != UE; ++UI) {
168       const User *U = *UI;
169       if (!U->use_empty() || StripPointerCastsAndObjCCalls(U) != Arg)
170          return 0;
171     }
172
173     return Arg;
174   }
175
176   return 0;
177 }
178
179 /// This is a wrapper around getUnderlyingObjCPtr along the lines of
180 /// GetUnderlyingObjects except that it returns early when it sees the first
181 /// alloca.
182 static inline bool AreAnyUnderlyingObjectsAnAlloca(const Value *V) {
183   SmallPtrSet<const Value *, 4> Visited;
184   SmallVector<const Value *, 4> Worklist;
185   Worklist.push_back(V);
186   do {
187     const Value *P = Worklist.pop_back_val();
188     P = GetUnderlyingObjCPtr(P);
189
190     if (isa<AllocaInst>(P))
191       return true;
192
193     if (!Visited.insert(P))
194       continue;
195
196     if (const SelectInst *SI = dyn_cast<const SelectInst>(P)) {
197       Worklist.push_back(SI->getTrueValue());
198       Worklist.push_back(SI->getFalseValue());
199       continue;
200     }
201
202     if (const PHINode *PN = dyn_cast<const PHINode>(P)) {
203       for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
204         Worklist.push_back(PN->getIncomingValue(i));
205       continue;
206     }
207   } while (!Worklist.empty());
208
209   return false;
210 }
211
212
213 /// @}
214 ///
215 /// \defgroup ARCOpt ARC Optimization.
216 /// @{
217
218 // TODO: On code like this:
219 //
220 // objc_retain(%x)
221 // stuff_that_cannot_release()
222 // objc_autorelease(%x)
223 // stuff_that_cannot_release()
224 // objc_retain(%x)
225 // stuff_that_cannot_release()
226 // objc_autorelease(%x)
227 //
228 // The second retain and autorelease can be deleted.
229
230 // TODO: It should be possible to delete
231 // objc_autoreleasePoolPush and objc_autoreleasePoolPop
232 // pairs if nothing is actually autoreleased between them. Also, autorelease
233 // calls followed by objc_autoreleasePoolPop calls (perhaps in ObjC++ code
234 // after inlining) can be turned into plain release calls.
235
236 // TODO: Critical-edge splitting. If the optimial insertion point is
237 // a critical edge, the current algorithm has to fail, because it doesn't
238 // know how to split edges. It should be possible to make the optimizer
239 // think in terms of edges, rather than blocks, and then split critical
240 // edges on demand.
241
242 // TODO: OptimizeSequences could generalized to be Interprocedural.
243
244 // TODO: Recognize that a bunch of other objc runtime calls have
245 // non-escaping arguments and non-releasing arguments, and may be
246 // non-autoreleasing.
247
248 // TODO: Sink autorelease calls as far as possible. Unfortunately we
249 // usually can't sink them past other calls, which would be the main
250 // case where it would be useful.
251
252 // TODO: The pointer returned from objc_loadWeakRetained is retained.
253
254 // TODO: Delete release+retain pairs (rare).
255
256 STATISTIC(NumNoops,       "Number of no-op objc calls eliminated");
257 STATISTIC(NumPartialNoops, "Number of partially no-op objc calls eliminated");
258 STATISTIC(NumAutoreleases,"Number of autoreleases converted to releases");
259 STATISTIC(NumRets,        "Number of return value forwarding "
260                           "retain+autoreleases eliminated");
261 STATISTIC(NumRRs,         "Number of retain+release paths eliminated");
262 STATISTIC(NumPeeps,       "Number of calls peephole-optimized");
263 #ifndef NDEBUG
264 STATISTIC(NumRetainsBeforeOpt,
265           "Number of retains before optimization");
266 STATISTIC(NumReleasesBeforeOpt,
267           "Number of releases before optimization");
268 STATISTIC(NumRetainsAfterOpt,
269           "Number of retains after optimization");
270 STATISTIC(NumReleasesAfterOpt,
271           "Number of releases after optimization");
272 #endif
273
274 namespace {
275   /// \enum Sequence
276   ///
277   /// \brief A sequence of states that a pointer may go through in which an
278   /// objc_retain and objc_release are actually needed.
279   enum Sequence {
280     S_None,
281     S_Retain,         ///< objc_retain(x).
282     S_CanRelease,     ///< foo(x) -- x could possibly see a ref count decrement.
283     S_Use,            ///< any use of x.
284     S_Stop,           ///< like S_Release, but code motion is stopped.
285     S_Release,        ///< objc_release(x).
286     S_MovableRelease  ///< objc_release(x), !clang.imprecise_release.
287   };
288
289   raw_ostream &operator<<(raw_ostream &OS, const Sequence S)
290     LLVM_ATTRIBUTE_UNUSED;
291   raw_ostream &operator<<(raw_ostream &OS, const Sequence S) {
292     switch (S) {
293     case S_None:
294       return OS << "S_None";
295     case S_Retain:
296       return OS << "S_Retain";
297     case S_CanRelease:
298       return OS << "S_CanRelease";
299     case S_Use:
300       return OS << "S_Use";
301     case S_Release:
302       return OS << "S_Release";
303     case S_MovableRelease:
304       return OS << "S_MovableRelease";
305     case S_Stop:
306       return OS << "S_Stop";
307     }
308     llvm_unreachable("Unknown sequence type.");
309   }
310 }
311
312 static Sequence MergeSeqs(Sequence A, Sequence B, bool TopDown) {
313   // The easy cases.
314   if (A == B)
315     return A;
316   if (A == S_None || B == S_None)
317     return S_None;
318
319   if (A > B) std::swap(A, B);
320   if (TopDown) {
321     // Choose the side which is further along in the sequence.
322     if ((A == S_Retain || A == S_CanRelease) &&
323         (B == S_CanRelease || B == S_Use))
324       return B;
325   } else {
326     // Choose the side which is further along in the sequence.
327     if ((A == S_Use || A == S_CanRelease) &&
328         (B == S_Use || B == S_Release || B == S_Stop || B == S_MovableRelease))
329       return A;
330     // If both sides are releases, choose the more conservative one.
331     if (A == S_Stop && (B == S_Release || B == S_MovableRelease))
332       return A;
333     if (A == S_Release && B == S_MovableRelease)
334       return A;
335   }
336
337   return S_None;
338 }
339
340 namespace {
341   /// \brief Unidirectional information about either a
342   /// retain-decrement-use-release sequence or release-use-decrement-retain
343   /// reverse sequence.
344   struct RRInfo {
345     /// After an objc_retain, the reference count of the referenced
346     /// object is known to be positive. Similarly, before an objc_release, the
347     /// reference count of the referenced object is known to be positive. If
348     /// there are retain-release pairs in code regions where the retain count
349     /// is known to be positive, they can be eliminated, regardless of any side
350     /// effects between them.
351     ///
352     /// Also, a retain+release pair nested within another retain+release
353     /// pair all on the known same pointer value can be eliminated, regardless
354     /// of any intervening side effects.
355     ///
356     /// KnownSafe is true when either of these conditions is satisfied.
357     bool KnownSafe;
358
359     /// True of the objc_release calls are all marked with the "tail" keyword.
360     bool IsTailCallRelease;
361
362     /// If the Calls are objc_release calls and they all have a
363     /// clang.imprecise_release tag, this is the metadata tag.
364     MDNode *ReleaseMetadata;
365
366     /// For a top-down sequence, the set of objc_retains or
367     /// objc_retainBlocks. For bottom-up, the set of objc_releases.
368     SmallPtrSet<Instruction *, 2> Calls;
369
370     /// The set of optimal insert positions for moving calls in the opposite
371     /// sequence.
372     SmallPtrSet<Instruction *, 2> ReverseInsertPts;
373
374     /// If this is true, we cannot perform code motion but can still remove
375     /// retain/release pairs.
376     bool CFGHazardAfflicted;
377
378     RRInfo() :
379       KnownSafe(false), IsTailCallRelease(false), ReleaseMetadata(0),
380       CFGHazardAfflicted(false) {}
381
382     void clear();
383
384     /// Conservatively merge the two RRInfo. Returns true if a partial merge has
385     /// occured, false otherwise.
386     bool Merge(const RRInfo &Other);
387
388   };
389 }
390
391 void RRInfo::clear() {
392   KnownSafe = false;
393   IsTailCallRelease = false;
394   ReleaseMetadata = 0;
395   Calls.clear();
396   ReverseInsertPts.clear();
397   CFGHazardAfflicted = false;
398 }
399
400 bool RRInfo::Merge(const RRInfo &Other) {
401     // Conservatively merge the ReleaseMetadata information.
402     if (ReleaseMetadata != Other.ReleaseMetadata)
403       ReleaseMetadata = 0;
404
405     // Conservatively merge the boolean state.
406     KnownSafe &= Other.KnownSafe;
407     IsTailCallRelease &= Other.IsTailCallRelease;
408     CFGHazardAfflicted |= Other.CFGHazardAfflicted;
409
410     // Merge the call sets.
411     Calls.insert(Other.Calls.begin(), Other.Calls.end());
412
413     // Merge the insert point sets. If there are any differences,
414     // that makes this a partial merge.
415     bool Partial = ReverseInsertPts.size() != Other.ReverseInsertPts.size();
416     for (SmallPtrSet<Instruction *, 2>::const_iterator
417          I = Other.ReverseInsertPts.begin(),
418          E = Other.ReverseInsertPts.end(); I != E; ++I)
419       Partial |= ReverseInsertPts.insert(*I);
420     return Partial;
421 }
422
423 namespace {
424   /// \brief This class summarizes several per-pointer runtime properties which
425   /// are propogated through the flow graph.
426   class PtrState {
427     /// True if the reference count is known to be incremented.
428     bool KnownPositiveRefCount;
429
430     /// True if we've seen an opportunity for partial RR elimination, such as
431     /// pushing calls into a CFG triangle or into one side of a CFG diamond.
432     bool Partial;
433
434     /// The current position in the sequence.
435     unsigned char Seq : 8;
436
437     /// Unidirectional information about the current sequence.
438     RRInfo RRI;
439
440   public:
441     PtrState() : KnownPositiveRefCount(false), Partial(false),
442                  Seq(S_None) {}
443
444
445     bool IsKnownSafe() const {
446       return RRI.KnownSafe;
447     }
448
449     void SetKnownSafe(const bool NewValue) {
450       RRI.KnownSafe = NewValue;
451     }
452
453     bool IsTailCallRelease() const {
454       return RRI.IsTailCallRelease;
455     }
456
457     void SetTailCallRelease(const bool NewValue) {
458       RRI.IsTailCallRelease = NewValue;
459     }
460
461     bool IsTrackingImpreciseReleases() const {
462       return RRI.ReleaseMetadata != 0;
463     }
464
465     const MDNode *GetReleaseMetadata() const {
466       return RRI.ReleaseMetadata;
467     }
468
469     void SetReleaseMetadata(MDNode *NewValue) {
470       RRI.ReleaseMetadata = NewValue;
471     }
472
473     bool IsCFGHazardAfflicted() const {
474       return RRI.CFGHazardAfflicted;
475     }
476
477     void SetCFGHazardAfflicted(const bool NewValue) {
478       RRI.CFGHazardAfflicted = NewValue;
479     }
480
481     void SetKnownPositiveRefCount() {
482       DEBUG(dbgs() << "Setting Known Positive.\n");
483       KnownPositiveRefCount = true;
484     }
485
486     void ClearKnownPositiveRefCount() {
487       DEBUG(dbgs() << "Clearing Known Positive.\n");
488       KnownPositiveRefCount = false;
489     }
490
491     bool HasKnownPositiveRefCount() const {
492       return KnownPositiveRefCount;
493     }
494
495     void SetSeq(Sequence NewSeq) {
496       DEBUG(dbgs() << "Old: " << Seq << "; New: " << NewSeq << "\n");
497       Seq = NewSeq;
498     }
499
500     Sequence GetSeq() const {
501       return static_cast<Sequence>(Seq);
502     }
503
504     void ClearSequenceProgress() {
505       ResetSequenceProgress(S_None);
506     }
507
508     void ResetSequenceProgress(Sequence NewSeq) {
509       DEBUG(dbgs() << "Resetting sequence progress.\n");
510       SetSeq(NewSeq);
511       Partial = false;
512       RRI.clear();
513     }
514
515     void Merge(const PtrState &Other, bool TopDown);
516
517     void InsertCall(Instruction *I) {
518       RRI.Calls.insert(I);
519     }
520
521     void InsertReverseInsertPt(Instruction *I) {
522       RRI.ReverseInsertPts.insert(I);
523     }
524
525     void ClearReverseInsertPts() {
526       RRI.ReverseInsertPts.clear();
527     }
528
529     bool HasReverseInsertPts() const {
530       return !RRI.ReverseInsertPts.empty();
531     }
532
533     const RRInfo &GetRRInfo() const {
534       return RRI;
535     }
536   };
537 }
538
539 void
540 PtrState::Merge(const PtrState &Other, bool TopDown) {
541   Seq = MergeSeqs(static_cast<Sequence>(Seq), static_cast<Sequence>(Other.Seq),
542                   TopDown);
543   KnownPositiveRefCount &= Other.KnownPositiveRefCount;
544
545   // If we're not in a sequence (anymore), drop all associated state.
546   if (Seq == S_None) {
547     Partial = false;
548     RRI.clear();
549   } else if (Partial || Other.Partial) {
550     // If we're doing a merge on a path that's previously seen a partial
551     // merge, conservatively drop the sequence, to avoid doing partial
552     // RR elimination. If the branch predicates for the two merge differ,
553     // mixing them is unsafe.
554     ClearSequenceProgress();
555   } else {
556     // Otherwise merge the other PtrState's RRInfo into our RRInfo. At this
557     // point, we know that currently we are not partial. Stash whether or not
558     // the merge operation caused us to undergo a partial merging of reverse
559     // insertion points.
560     Partial = RRI.Merge(Other.RRI);
561   }
562 }
563
564 namespace {
565   /// \brief Per-BasicBlock state.
566   class BBState {
567     /// The number of unique control paths from the entry which can reach this
568     /// block.
569     unsigned TopDownPathCount;
570
571     /// The number of unique control paths to exits from this block.
572     unsigned BottomUpPathCount;
573
574     /// A type for PerPtrTopDown and PerPtrBottomUp.
575     typedef MapVector<const Value *, PtrState> MapTy;
576
577     /// The top-down traversal uses this to record information known about a
578     /// pointer at the bottom of each block.
579     MapTy PerPtrTopDown;
580
581     /// The bottom-up traversal uses this to record information known about a
582     /// pointer at the top of each block.
583     MapTy PerPtrBottomUp;
584
585     /// Effective predecessors of the current block ignoring ignorable edges and
586     /// ignored backedges.
587     SmallVector<BasicBlock *, 2> Preds;
588     /// Effective successors of the current block ignoring ignorable edges and
589     /// ignored backedges.
590     SmallVector<BasicBlock *, 2> Succs;
591
592   public:
593     static const unsigned OverflowOccurredValue;
594
595     BBState() : TopDownPathCount(0), BottomUpPathCount(0) { }
596
597     typedef MapTy::iterator ptr_iterator;
598     typedef MapTy::const_iterator ptr_const_iterator;
599
600     ptr_iterator top_down_ptr_begin() { return PerPtrTopDown.begin(); }
601     ptr_iterator top_down_ptr_end() { return PerPtrTopDown.end(); }
602     ptr_const_iterator top_down_ptr_begin() const {
603       return PerPtrTopDown.begin();
604     }
605     ptr_const_iterator top_down_ptr_end() const {
606       return PerPtrTopDown.end();
607     }
608
609     ptr_iterator bottom_up_ptr_begin() { return PerPtrBottomUp.begin(); }
610     ptr_iterator bottom_up_ptr_end() { return PerPtrBottomUp.end(); }
611     ptr_const_iterator bottom_up_ptr_begin() const {
612       return PerPtrBottomUp.begin();
613     }
614     ptr_const_iterator bottom_up_ptr_end() const {
615       return PerPtrBottomUp.end();
616     }
617
618     /// Mark this block as being an entry block, which has one path from the
619     /// entry by definition.
620     void SetAsEntry() { TopDownPathCount = 1; }
621
622     /// Mark this block as being an exit block, which has one path to an exit by
623     /// definition.
624     void SetAsExit()  { BottomUpPathCount = 1; }
625
626     /// Attempt to find the PtrState object describing the top down state for
627     /// pointer Arg. Return a new initialized PtrState describing the top down
628     /// state for Arg if we do not find one.
629     PtrState &getPtrTopDownState(const Value *Arg) {
630       return PerPtrTopDown[Arg];
631     }
632
633     /// Attempt to find the PtrState object describing the bottom up state for
634     /// pointer Arg. Return a new initialized PtrState describing the bottom up
635     /// state for Arg if we do not find one.
636     PtrState &getPtrBottomUpState(const Value *Arg) {
637       return PerPtrBottomUp[Arg];
638     }
639
640     /// Attempt to find the PtrState object describing the bottom up state for
641     /// pointer Arg.
642     ptr_iterator findPtrBottomUpState(const Value *Arg) {
643       return PerPtrBottomUp.find(Arg);
644     }
645
646     void clearBottomUpPointers() {
647       PerPtrBottomUp.clear();
648     }
649
650     void clearTopDownPointers() {
651       PerPtrTopDown.clear();
652     }
653
654     void InitFromPred(const BBState &Other);
655     void InitFromSucc(const BBState &Other);
656     void MergePred(const BBState &Other);
657     void MergeSucc(const BBState &Other);
658
659     /// Compute the number of possible unique paths from an entry to an exit
660     /// which pass through this block. This is only valid after both the
661     /// top-down and bottom-up traversals are complete.
662     ///
663     /// Returns true if overflow occured. Returns false if overflow did not
664     /// occur.
665     bool GetAllPathCountWithOverflow(unsigned &PathCount) const {
666       if (TopDownPathCount == OverflowOccurredValue ||
667           BottomUpPathCount == OverflowOccurredValue)
668         return true;
669       unsigned long long Product =
670         (unsigned long long)TopDownPathCount*BottomUpPathCount;
671       // Overflow occured if any of the upper bits of Product are set or if all
672       // the lower bits of Product are all set.
673       return (Product >> 32) ||
674              ((PathCount = Product) == OverflowOccurredValue);
675     }
676
677     // Specialized CFG utilities.
678     typedef SmallVectorImpl<BasicBlock *>::const_iterator edge_iterator;
679     edge_iterator pred_begin() const { return Preds.begin(); }
680     edge_iterator pred_end() const { return Preds.end(); }
681     edge_iterator succ_begin() const { return Succs.begin(); }
682     edge_iterator succ_end() const { return Succs.end(); }
683
684     void addSucc(BasicBlock *Succ) { Succs.push_back(Succ); }
685     void addPred(BasicBlock *Pred) { Preds.push_back(Pred); }
686
687     bool isExit() const { return Succs.empty(); }
688   };
689
690   const unsigned BBState::OverflowOccurredValue = 0xffffffff;
691 }
692
693 void BBState::InitFromPred(const BBState &Other) {
694   PerPtrTopDown = Other.PerPtrTopDown;
695   TopDownPathCount = Other.TopDownPathCount;
696 }
697
698 void BBState::InitFromSucc(const BBState &Other) {
699   PerPtrBottomUp = Other.PerPtrBottomUp;
700   BottomUpPathCount = Other.BottomUpPathCount;
701 }
702
703 /// The top-down traversal uses this to merge information about predecessors to
704 /// form the initial state for a new block.
705 void BBState::MergePred(const BBState &Other) {
706   if (TopDownPathCount == OverflowOccurredValue)
707     return;
708
709   // Other.TopDownPathCount can be 0, in which case it is either dead or a
710   // loop backedge. Loop backedges are special.
711   TopDownPathCount += Other.TopDownPathCount;
712
713   // In order to be consistent, we clear the top down pointers when by adding
714   // TopDownPathCount becomes OverflowOccurredValue even though "true" overflow
715   // has not occured.
716   if (TopDownPathCount == OverflowOccurredValue) {
717     clearTopDownPointers();
718     return;
719   }
720
721   // Check for overflow. If we have overflow, fall back to conservative
722   // behavior.
723   if (TopDownPathCount < Other.TopDownPathCount) {
724     TopDownPathCount = OverflowOccurredValue;
725     clearTopDownPointers();
726     return;
727   }
728
729   // For each entry in the other set, if our set has an entry with the same key,
730   // merge the entries. Otherwise, copy the entry and merge it with an empty
731   // entry.
732   for (ptr_const_iterator MI = Other.top_down_ptr_begin(),
733        ME = Other.top_down_ptr_end(); MI != ME; ++MI) {
734     std::pair<ptr_iterator, bool> Pair = PerPtrTopDown.insert(*MI);
735     Pair.first->second.Merge(Pair.second ? PtrState() : MI->second,
736                              /*TopDown=*/true);
737   }
738
739   // For each entry in our set, if the other set doesn't have an entry with the
740   // same key, force it to merge with an empty entry.
741   for (ptr_iterator MI = top_down_ptr_begin(),
742        ME = top_down_ptr_end(); MI != ME; ++MI)
743     if (Other.PerPtrTopDown.find(MI->first) == Other.PerPtrTopDown.end())
744       MI->second.Merge(PtrState(), /*TopDown=*/true);
745 }
746
747 /// The bottom-up traversal uses this to merge information about successors to
748 /// form the initial state for a new block.
749 void BBState::MergeSucc(const BBState &Other) {
750   if (BottomUpPathCount == OverflowOccurredValue)
751     return;
752
753   // Other.BottomUpPathCount can be 0, in which case it is either dead or a
754   // loop backedge. Loop backedges are special.
755   BottomUpPathCount += Other.BottomUpPathCount;
756
757   // In order to be consistent, we clear the top down pointers when by adding
758   // BottomUpPathCount becomes OverflowOccurredValue even though "true" overflow
759   // has not occured.
760   if (BottomUpPathCount == OverflowOccurredValue) {
761     clearBottomUpPointers();
762     return;
763   }
764
765   // Check for overflow. If we have overflow, fall back to conservative
766   // behavior.
767   if (BottomUpPathCount < Other.BottomUpPathCount) {
768     BottomUpPathCount = OverflowOccurredValue;
769     clearBottomUpPointers();
770     return;
771   }
772
773   // For each entry in the other set, if our set has an entry with the
774   // same key, merge the entries. Otherwise, copy the entry and merge
775   // it with an empty entry.
776   for (ptr_const_iterator MI = Other.bottom_up_ptr_begin(),
777        ME = Other.bottom_up_ptr_end(); MI != ME; ++MI) {
778     std::pair<ptr_iterator, bool> Pair = PerPtrBottomUp.insert(*MI);
779     Pair.first->second.Merge(Pair.second ? PtrState() : MI->second,
780                              /*TopDown=*/false);
781   }
782
783   // For each entry in our set, if the other set doesn't have an entry
784   // with the same key, force it to merge with an empty entry.
785   for (ptr_iterator MI = bottom_up_ptr_begin(),
786        ME = bottom_up_ptr_end(); MI != ME; ++MI)
787     if (Other.PerPtrBottomUp.find(MI->first) == Other.PerPtrBottomUp.end())
788       MI->second.Merge(PtrState(), /*TopDown=*/false);
789 }
790
791 // Only enable ARC Annotations if we are building a debug version of
792 // libObjCARCOpts.
793 #ifndef NDEBUG
794 #define ARC_ANNOTATIONS
795 #endif
796
797 // Define some macros along the lines of DEBUG and some helper functions to make
798 // it cleaner to create annotations in the source code and to no-op when not
799 // building in debug mode.
800 #ifdef ARC_ANNOTATIONS
801
802 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
803
804 /// Enable/disable ARC sequence annotations.
805 static cl::opt<bool>
806 EnableARCAnnotations("enable-objc-arc-annotations", cl::init(false),
807                      cl::desc("Enable emission of arc data flow analysis "
808                               "annotations"));
809 static cl::opt<bool>
810 DisableCheckForCFGHazards("disable-objc-arc-checkforcfghazards", cl::init(false),
811                           cl::desc("Disable check for cfg hazards when "
812                                    "annotating"));
813 static cl::opt<std::string>
814 ARCAnnotationTargetIdentifier("objc-arc-annotation-target-identifier",
815                               cl::init(""),
816                               cl::desc("filter out all data flow annotations "
817                                        "but those that apply to the given "
818                                        "target llvm identifier."));
819
820 /// This function appends a unique ARCAnnotationProvenanceSourceMDKind id to an
821 /// instruction so that we can track backwards when post processing via the llvm
822 /// arc annotation processor tool. If the function is an
823 static MDString *AppendMDNodeToSourcePtr(unsigned NodeId,
824                                          Value *Ptr) {
825   MDString *Hash = 0;
826
827   // If pointer is a result of an instruction and it does not have a source
828   // MDNode it, attach a new MDNode onto it. If pointer is a result of
829   // an instruction and does have a source MDNode attached to it, return a
830   // reference to said Node. Otherwise just return 0.
831   if (Instruction *Inst = dyn_cast<Instruction>(Ptr)) {
832     MDNode *Node;
833     if (!(Node = Inst->getMetadata(NodeId))) {
834       // We do not have any node. Generate and attatch the hash MDString to the
835       // instruction.
836
837       // We just use an MDString to ensure that this metadata gets written out
838       // of line at the module level and to provide a very simple format
839       // encoding the information herein. Both of these makes it simpler to
840       // parse the annotations by a simple external program.
841       std::string Str;
842       raw_string_ostream os(Str);
843       os << "(" << Inst->getParent()->getParent()->getName() << ",%"
844          << Inst->getName() << ")";
845
846       Hash = MDString::get(Inst->getContext(), os.str());
847       Inst->setMetadata(NodeId, MDNode::get(Inst->getContext(),Hash));
848     } else {
849       // We have a node. Grab its hash and return it.
850       assert(Node->getNumOperands() == 1 &&
851         "An ARCAnnotationProvenanceSourceMDKind can only have 1 operand.");
852       Hash = cast<MDString>(Node->getOperand(0));
853     }
854   } else if (Argument *Arg = dyn_cast<Argument>(Ptr)) {
855     std::string str;
856     raw_string_ostream os(str);
857     os << "(" << Arg->getParent()->getName() << ",%" << Arg->getName()
858        << ")";
859     Hash = MDString::get(Arg->getContext(), os.str());
860   }
861
862   return Hash;
863 }
864
865 static std::string SequenceToString(Sequence A) {
866   std::string str;
867   raw_string_ostream os(str);
868   os << A;
869   return os.str();
870 }
871
872 /// Helper function to change a Sequence into a String object using our overload
873 /// for raw_ostream so we only have printing code in one location.
874 static MDString *SequenceToMDString(LLVMContext &Context,
875                                     Sequence A) {
876   return MDString::get(Context, SequenceToString(A));
877 }
878
879 /// A simple function to generate a MDNode which describes the change in state
880 /// for Value *Ptr caused by Instruction *Inst.
881 static void AppendMDNodeToInstForPtr(unsigned NodeId,
882                                      Instruction *Inst,
883                                      Value *Ptr,
884                                      MDString *PtrSourceMDNodeID,
885                                      Sequence OldSeq,
886                                      Sequence NewSeq) {
887   MDNode *Node = 0;
888   Value *tmp[3] = {PtrSourceMDNodeID,
889                    SequenceToMDString(Inst->getContext(),
890                                       OldSeq),
891                    SequenceToMDString(Inst->getContext(),
892                                       NewSeq)};
893   Node = MDNode::get(Inst->getContext(),
894                      ArrayRef<Value*>(tmp, 3));
895
896   Inst->setMetadata(NodeId, Node);
897 }
898
899 /// Add to the beginning of the basic block llvm.ptr.annotations which show the
900 /// state of a pointer at the entrance to a basic block.
901 static void GenerateARCBBEntranceAnnotation(const char *Name, BasicBlock *BB,
902                                             Value *Ptr, Sequence Seq) {
903   // If we have a target identifier, make sure that we match it before
904   // continuing.
905   if(!ARCAnnotationTargetIdentifier.empty() &&
906      !Ptr->getName().equals(ARCAnnotationTargetIdentifier))
907     return;
908
909   Module *M = BB->getParent()->getParent();
910   LLVMContext &C = M->getContext();
911   Type *I8X = PointerType::getUnqual(Type::getInt8Ty(C));
912   Type *I8XX = PointerType::getUnqual(I8X);
913   Type *Params[] = {I8XX, I8XX};
914   FunctionType *FTy = FunctionType::get(Type::getVoidTy(C),
915                                         ArrayRef<Type*>(Params, 2),
916                                         /*isVarArg=*/false);
917   Constant *Callee = M->getOrInsertFunction(Name, FTy);
918
919   IRBuilder<> Builder(BB, BB->getFirstInsertionPt());
920
921   Value *PtrName;
922   StringRef Tmp = Ptr->getName();
923   if (0 == (PtrName = M->getGlobalVariable(Tmp, true))) {
924     Value *ActualPtrName = Builder.CreateGlobalStringPtr(Tmp,
925                                                          Tmp + "_STR");
926     PtrName = new GlobalVariable(*M, I8X, true, GlobalVariable::InternalLinkage,
927                                  cast<Constant>(ActualPtrName), Tmp);
928   }
929
930   Value *S;
931   std::string SeqStr = SequenceToString(Seq);
932   if (0 == (S = M->getGlobalVariable(SeqStr, true))) {
933     Value *ActualPtrName = Builder.CreateGlobalStringPtr(SeqStr,
934                                                          SeqStr + "_STR");
935     S = new GlobalVariable(*M, I8X, true, GlobalVariable::InternalLinkage,
936                            cast<Constant>(ActualPtrName), SeqStr);
937   }
938
939   Builder.CreateCall2(Callee, PtrName, S);
940 }
941
942 /// Add to the end of the basic block llvm.ptr.annotations which show the state
943 /// of the pointer at the bottom of the basic block.
944 static void GenerateARCBBTerminatorAnnotation(const char *Name, BasicBlock *BB,
945                                               Value *Ptr, Sequence Seq) {
946   // If we have a target identifier, make sure that we match it before emitting
947   // an annotation.
948   if(!ARCAnnotationTargetIdentifier.empty() &&
949      !Ptr->getName().equals(ARCAnnotationTargetIdentifier))
950     return;
951
952   Module *M = BB->getParent()->getParent();
953   LLVMContext &C = M->getContext();
954   Type *I8X = PointerType::getUnqual(Type::getInt8Ty(C));
955   Type *I8XX = PointerType::getUnqual(I8X);
956   Type *Params[] = {I8XX, I8XX};
957   FunctionType *FTy = FunctionType::get(Type::getVoidTy(C),
958                                         ArrayRef<Type*>(Params, 2),
959                                         /*isVarArg=*/false);
960   Constant *Callee = M->getOrInsertFunction(Name, FTy);
961
962   IRBuilder<> Builder(BB, llvm::prior(BB->end()));
963
964   Value *PtrName;
965   StringRef Tmp = Ptr->getName();
966   if (0 == (PtrName = M->getGlobalVariable(Tmp, true))) {
967     Value *ActualPtrName = Builder.CreateGlobalStringPtr(Tmp,
968                                                          Tmp + "_STR");
969     PtrName = new GlobalVariable(*M, I8X, true, GlobalVariable::InternalLinkage,
970                                  cast<Constant>(ActualPtrName), Tmp);
971   }
972
973   Value *S;
974   std::string SeqStr = SequenceToString(Seq);
975   if (0 == (S = M->getGlobalVariable(SeqStr, true))) {
976     Value *ActualPtrName = Builder.CreateGlobalStringPtr(SeqStr,
977                                                          SeqStr + "_STR");
978     S = new GlobalVariable(*M, I8X, true, GlobalVariable::InternalLinkage,
979                            cast<Constant>(ActualPtrName), SeqStr);
980   }
981   Builder.CreateCall2(Callee, PtrName, S);
982 }
983
984 /// Adds a source annotation to pointer and a state change annotation to Inst
985 /// referencing the source annotation and the old/new state of pointer.
986 static void GenerateARCAnnotation(unsigned InstMDId,
987                                   unsigned PtrMDId,
988                                   Instruction *Inst,
989                                   Value *Ptr,
990                                   Sequence OldSeq,
991                                   Sequence NewSeq) {
992   if (EnableARCAnnotations) {
993     // If we have a target identifier, make sure that we match it before
994     // emitting an annotation.
995     if(!ARCAnnotationTargetIdentifier.empty() &&
996        !Ptr->getName().equals(ARCAnnotationTargetIdentifier))
997       return;
998
999     // First generate the source annotation on our pointer. This will return an
1000     // MDString* if Ptr actually comes from an instruction implying we can put
1001     // in a source annotation. If AppendMDNodeToSourcePtr returns 0 (i.e. NULL),
1002     // then we know that our pointer is from an Argument so we put a reference
1003     // to the argument number.
1004     //
1005     // The point of this is to make it easy for the
1006     // llvm-arc-annotation-processor tool to cross reference where the source
1007     // pointer is in the LLVM IR since the LLVM IR parser does not submit such
1008     // information via debug info for backends to use (since why would anyone
1009     // need such a thing from LLVM IR besides in non standard cases
1010     // [i.e. this]).
1011     MDString *SourcePtrMDNode =
1012       AppendMDNodeToSourcePtr(PtrMDId, Ptr);
1013     AppendMDNodeToInstForPtr(InstMDId, Inst, Ptr, SourcePtrMDNode, OldSeq,
1014                              NewSeq);
1015   }
1016 }
1017
1018 // The actual interface for accessing the above functionality is defined via
1019 // some simple macros which are defined below. We do this so that the user does
1020 // not need to pass in what metadata id is needed resulting in cleaner code and
1021 // additionally since it provides an easy way to conditionally no-op all
1022 // annotation support in a non-debug build.
1023
1024 /// Use this macro to annotate a sequence state change when processing
1025 /// instructions bottom up,
1026 #define ANNOTATE_BOTTOMUP(inst, ptr, old, new)                          \
1027   GenerateARCAnnotation(ARCAnnotationBottomUpMDKind,                    \
1028                         ARCAnnotationProvenanceSourceMDKind, (inst),    \
1029                         const_cast<Value*>(ptr), (old), (new))
1030 /// Use this macro to annotate a sequence state change when processing
1031 /// instructions top down.
1032 #define ANNOTATE_TOPDOWN(inst, ptr, old, new)                           \
1033   GenerateARCAnnotation(ARCAnnotationTopDownMDKind,                     \
1034                         ARCAnnotationProvenanceSourceMDKind, (inst),    \
1035                         const_cast<Value*>(ptr), (old), (new))
1036
1037 #define ANNOTATE_BB(_states, _bb, _name, _type, _direction)                   \
1038   do {                                                                        \
1039     if (EnableARCAnnotations) {                                               \
1040       for(BBState::ptr_const_iterator I = (_states)._direction##_ptr_begin(), \
1041           E = (_states)._direction##_ptr_end(); I != E; ++I) {                \
1042         Value *Ptr = const_cast<Value*>(I->first);                            \
1043         Sequence Seq = I->second.GetSeq();                                    \
1044         GenerateARCBB ## _type ## Annotation(_name, (_bb), Ptr, Seq);         \
1045       }                                                                       \
1046     }                                                                         \
1047   } while (0)
1048
1049 #define ANNOTATE_BOTTOMUP_BBSTART(_states, _basicblock)                       \
1050     ANNOTATE_BB(_states, _basicblock, "llvm.arc.annotation.bottomup.bbstart", \
1051                 Entrance, bottom_up)
1052 #define ANNOTATE_BOTTOMUP_BBEND(_states, _basicblock)                         \
1053     ANNOTATE_BB(_states, _basicblock, "llvm.arc.annotation.bottomup.bbend",   \
1054                 Terminator, bottom_up)
1055 #define ANNOTATE_TOPDOWN_BBSTART(_states, _basicblock)                        \
1056     ANNOTATE_BB(_states, _basicblock, "llvm.arc.annotation.topdown.bbstart",  \
1057                 Entrance, top_down)
1058 #define ANNOTATE_TOPDOWN_BBEND(_states, _basicblock)                          \
1059     ANNOTATE_BB(_states, _basicblock, "llvm.arc.annotation.topdown.bbend",    \
1060                 Terminator, top_down)
1061
1062 #else // !ARC_ANNOTATION
1063 // If annotations are off, noop.
1064 #define ANNOTATE_BOTTOMUP(inst, ptr, old, new)
1065 #define ANNOTATE_TOPDOWN(inst, ptr, old, new)
1066 #define ANNOTATE_BOTTOMUP_BBSTART(states, basicblock)
1067 #define ANNOTATE_BOTTOMUP_BBEND(states, basicblock)
1068 #define ANNOTATE_TOPDOWN_BBSTART(states, basicblock)
1069 #define ANNOTATE_TOPDOWN_BBEND(states, basicblock)
1070 #endif // !ARC_ANNOTATION
1071
1072 namespace {
1073   /// \brief The main ARC optimization pass.
1074   class ObjCARCOpt : public FunctionPass {
1075     bool Changed;
1076     ProvenanceAnalysis PA;
1077     ARCRuntimeEntryPoints EP;
1078
1079     // This is used to track if a pointer is stored into an alloca.
1080     DenseSet<const Value *> MultiOwnersSet;
1081
1082     /// A flag indicating whether this optimization pass should run.
1083     bool Run;
1084
1085     /// Flags which determine whether each of the interesting runtine functions
1086     /// is in fact used in the current function.
1087     unsigned UsedInThisFunction;
1088
1089     /// The Metadata Kind for clang.imprecise_release metadata.
1090     unsigned ImpreciseReleaseMDKind;
1091
1092     /// The Metadata Kind for clang.arc.copy_on_escape metadata.
1093     unsigned CopyOnEscapeMDKind;
1094
1095     /// The Metadata Kind for clang.arc.no_objc_arc_exceptions metadata.
1096     unsigned NoObjCARCExceptionsMDKind;
1097
1098 #ifdef ARC_ANNOTATIONS
1099     /// The Metadata Kind for llvm.arc.annotation.bottomup metadata.
1100     unsigned ARCAnnotationBottomUpMDKind;
1101     /// The Metadata Kind for llvm.arc.annotation.topdown metadata.
1102     unsigned ARCAnnotationTopDownMDKind;
1103     /// The Metadata Kind for llvm.arc.annotation.provenancesource metadata.
1104     unsigned ARCAnnotationProvenanceSourceMDKind;
1105 #endif // ARC_ANNOATIONS
1106
1107     bool OptimizeRetainRVCall(Function &F, Instruction *RetainRV);
1108     void OptimizeAutoreleaseRVCall(Function &F, Instruction *AutoreleaseRV,
1109                                    InstructionClass &Class);
1110     void OptimizeIndividualCalls(Function &F);
1111
1112     void CheckForCFGHazards(const BasicBlock *BB,
1113                             DenseMap<const BasicBlock *, BBState> &BBStates,
1114                             BBState &MyStates) const;
1115     bool VisitInstructionBottomUp(Instruction *Inst,
1116                                   BasicBlock *BB,
1117                                   MapVector<Value *, RRInfo> &Retains,
1118                                   BBState &MyStates);
1119     bool VisitBottomUp(BasicBlock *BB,
1120                        DenseMap<const BasicBlock *, BBState> &BBStates,
1121                        MapVector<Value *, RRInfo> &Retains);
1122     bool VisitInstructionTopDown(Instruction *Inst,
1123                                  DenseMap<Value *, RRInfo> &Releases,
1124                                  BBState &MyStates);
1125     bool VisitTopDown(BasicBlock *BB,
1126                       DenseMap<const BasicBlock *, BBState> &BBStates,
1127                       DenseMap<Value *, RRInfo> &Releases);
1128     bool Visit(Function &F,
1129                DenseMap<const BasicBlock *, BBState> &BBStates,
1130                MapVector<Value *, RRInfo> &Retains,
1131                DenseMap<Value *, RRInfo> &Releases);
1132
1133     void MoveCalls(Value *Arg, RRInfo &RetainsToMove, RRInfo &ReleasesToMove,
1134                    MapVector<Value *, RRInfo> &Retains,
1135                    DenseMap<Value *, RRInfo> &Releases,
1136                    SmallVectorImpl<Instruction *> &DeadInsts,
1137                    Module *M);
1138
1139     bool ConnectTDBUTraversals(DenseMap<const BasicBlock *, BBState> &BBStates,
1140                                MapVector<Value *, RRInfo> &Retains,
1141                                DenseMap<Value *, RRInfo> &Releases,
1142                                Module *M,
1143                                SmallVectorImpl<Instruction *> &NewRetains,
1144                                SmallVectorImpl<Instruction *> &NewReleases,
1145                                SmallVectorImpl<Instruction *> &DeadInsts,
1146                                RRInfo &RetainsToMove,
1147                                RRInfo &ReleasesToMove,
1148                                Value *Arg,
1149                                bool KnownSafe,
1150                                bool &AnyPairsCompletelyEliminated);
1151
1152     bool PerformCodePlacement(DenseMap<const BasicBlock *, BBState> &BBStates,
1153                               MapVector<Value *, RRInfo> &Retains,
1154                               DenseMap<Value *, RRInfo> &Releases,
1155                               Module *M);
1156
1157     void OptimizeWeakCalls(Function &F);
1158
1159     bool OptimizeSequences(Function &F);
1160
1161     void OptimizeReturns(Function &F);
1162
1163 #ifndef NDEBUG
1164     void GatherStatistics(Function &F, bool AfterOptimization = false);
1165 #endif
1166
1167     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const;
1168     virtual bool doInitialization(Module &M);
1169     virtual bool runOnFunction(Function &F);
1170     virtual void releaseMemory();
1171
1172   public:
1173     static char ID;
1174     ObjCARCOpt() : FunctionPass(ID) {
1175       initializeObjCARCOptPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
1176     }
1177   };
1178 }
1179
1180 char ObjCARCOpt::ID = 0;
1181 INITIALIZE_PASS_BEGIN(ObjCARCOpt,
1182                       "objc-arc", "ObjC ARC optimization", false, false)
1183 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(ObjCARCAliasAnalysis)
1184 INITIALIZE_PASS_END(ObjCARCOpt,
1185                     "objc-arc", "ObjC ARC optimization", false, false)
1186
1187 Pass *llvm::createObjCARCOptPass() {
1188   return new ObjCARCOpt();
1189 }
1190
1191 void ObjCARCOpt::getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
1192   AU.addRequired<ObjCARCAliasAnalysis>();
1193   AU.addRequired<AliasAnalysis>();
1194   // ARC optimization doesn't currently split critical edges.
1195   AU.setPreservesCFG();
1196 }
1197
1198 /// Turn objc_retainAutoreleasedReturnValue into objc_retain if the operand is
1199 /// not a return value.  Or, if it can be paired with an
1200 /// objc_autoreleaseReturnValue, delete the pair and return true.
1201 bool
1202 ObjCARCOpt::OptimizeRetainRVCall(Function &F, Instruction *RetainRV) {
1203   // Check for the argument being from an immediately preceding call or invoke.
1204   const Value *Arg = GetObjCArg(RetainRV);
1205   ImmutableCallSite CS(Arg);
1206   if (const Instruction *Call = CS.getInstruction()) {
1207     if (Call->getParent() == RetainRV->getParent()) {
1208       BasicBlock::const_iterator I = Call;
1209       ++I;
1210       while (IsNoopInstruction(I)) ++I;
1211       if (&*I == RetainRV)
1212         return false;
1213     } else if (const InvokeInst *II = dyn_cast<InvokeInst>(Call)) {
1214       BasicBlock *RetainRVParent = RetainRV->getParent();
1215       if (II->getNormalDest() == RetainRVParent) {
1216         BasicBlock::const_iterator I = RetainRVParent->begin();
1217         while (IsNoopInstruction(I)) ++I;
1218         if (&*I == RetainRV)
1219           return false;
1220       }
1221     }
1222   }
1223
1224   // Check for being preceded by an objc_autoreleaseReturnValue on the same
1225   // pointer. In this case, we can delete the pair.
1226   BasicBlock::iterator I = RetainRV, Begin = RetainRV->getParent()->begin();
1227   if (I != Begin) {
1228     do --I; while (I != Begin && IsNoopInstruction(I));
1229     if (GetBasicInstructionClass(I) == IC_AutoreleaseRV &&
1230         GetObjCArg(I) == Arg) {
1231       Changed = true;
1232       ++NumPeeps;
1233
1234       DEBUG(dbgs() << "Erasing autoreleaseRV,retainRV pair: " << *I << "\n"
1235                    << "Erasing " << *RetainRV << "\n");
1236
1237       EraseInstruction(I);
1238       EraseInstruction(RetainRV);
1239       return true;
1240     }
1241   }
1242
1243   // Turn it to a plain objc_retain.
1244   Changed = true;
1245   ++NumPeeps;
1246
1247   DEBUG(dbgs() << "Transforming objc_retainAutoreleasedReturnValue => "
1248                   "objc_retain since the operand is not a return value.\n"
1249                   "Old = " << *RetainRV << "\n");
1250
1251   Constant *NewDecl = EP.get(ARCRuntimeEntryPoints::EPT_Retain);
1252   cast<CallInst>(RetainRV)->setCalledFunction(NewDecl);
1253
1254   DEBUG(dbgs() << "New = " << *RetainRV << "\n");
1255
1256   return false;
1257 }
1258
1259 /// Turn objc_autoreleaseReturnValue into objc_autorelease if the result is not
1260 /// used as a return value.
1261 void
1262 ObjCARCOpt::OptimizeAutoreleaseRVCall(Function &F, Instruction *AutoreleaseRV,
1263                                       InstructionClass &Class) {
1264   // Check for a return of the pointer value.
1265   const Value *Ptr = GetObjCArg(AutoreleaseRV);
1266   SmallVector<const Value *, 2> Users;
1267   Users.push_back(Ptr);
1268   do {
1269     Ptr = Users.pop_back_val();
1270     for (Value::const_use_iterator UI = Ptr->use_begin(), UE = Ptr->use_end();
1271          UI != UE; ++UI) {
1272       const User *I = *UI;
1273       if (isa<ReturnInst>(I) || GetBasicInstructionClass(I) == IC_RetainRV)
1274         return;
1275       if (isa<BitCastInst>(I))
1276         Users.push_back(I);
1277     }
1278   } while (!Users.empty());
1279
1280   Changed = true;
1281   ++NumPeeps;
1282
1283   DEBUG(dbgs() << "Transforming objc_autoreleaseReturnValue => "
1284                   "objc_autorelease since its operand is not used as a return "
1285                   "value.\n"
1286                   "Old = " << *AutoreleaseRV << "\n");
1287
1288   CallInst *AutoreleaseRVCI = cast<CallInst>(AutoreleaseRV);
1289   Constant *NewDecl = EP.get(ARCRuntimeEntryPoints::EPT_Autorelease);
1290   AutoreleaseRVCI->setCalledFunction(NewDecl);
1291   AutoreleaseRVCI->setTailCall(false); // Never tail call objc_autorelease.
1292   Class = IC_Autorelease;
1293
1294   DEBUG(dbgs() << "New: " << *AutoreleaseRV << "\n");
1295
1296 }
1297
1298 /// Visit each call, one at a time, and make simplifications without doing any
1299 /// additional analysis.
1300 void ObjCARCOpt::OptimizeIndividualCalls(Function &F) {
1301   DEBUG(dbgs() << "\n== ObjCARCOpt::OptimizeIndividualCalls ==\n");
1302   // Reset all the flags in preparation for recomputing them.
1303   UsedInThisFunction = 0;
1304
1305   // Visit all objc_* calls in F.
1306   for (inst_iterator I = inst_begin(&F), E = inst_end(&F); I != E; ) {
1307     Instruction *Inst = &*I++;
1308
1309     InstructionClass Class = GetBasicInstructionClass(Inst);
1310
1311     DEBUG(dbgs() << "Visiting: Class: " << Class << "; " << *Inst << "\n");
1312
1313     switch (Class) {
1314     default: break;
1315
1316     // Delete no-op casts. These function calls have special semantics, but
1317     // the semantics are entirely implemented via lowering in the front-end,
1318     // so by the time they reach the optimizer, they are just no-op calls
1319     // which return their argument.
1320     //
1321     // There are gray areas here, as the ability to cast reference-counted
1322     // pointers to raw void* and back allows code to break ARC assumptions,
1323     // however these are currently considered to be unimportant.
1324     case IC_NoopCast:
1325       Changed = true;
1326       ++NumNoops;
1327       DEBUG(dbgs() << "Erasing no-op cast: " << *Inst << "\n");
1328       EraseInstruction(Inst);
1329       continue;
1330
1331     // If the pointer-to-weak-pointer is null, it's undefined behavior.
1332     case IC_StoreWeak:
1333     case IC_LoadWeak:
1334     case IC_LoadWeakRetained:
1335     case IC_InitWeak:
1336     case IC_DestroyWeak: {
1337       CallInst *CI = cast<CallInst>(Inst);
1338       if (IsNullOrUndef(CI->getArgOperand(0))) {
1339         Changed = true;
1340         Type *Ty = CI->getArgOperand(0)->getType();
1341         new StoreInst(UndefValue::get(cast<PointerType>(Ty)->getElementType()),
1342                       Constant::getNullValue(Ty),
1343                       CI);
1344         llvm::Value *NewValue = UndefValue::get(CI->getType());
1345         DEBUG(dbgs() << "A null pointer-to-weak-pointer is undefined behavior."
1346                        "\nOld = " << *CI << "\nNew = " << *NewValue << "\n");
1347         CI->replaceAllUsesWith(NewValue);
1348         CI->eraseFromParent();
1349         continue;
1350       }
1351       break;
1352     }
1353     case IC_CopyWeak:
1354     case IC_MoveWeak: {
1355       CallInst *CI = cast<CallInst>(Inst);
1356       if (IsNullOrUndef(CI->getArgOperand(0)) ||
1357           IsNullOrUndef(CI->getArgOperand(1))) {
1358         Changed = true;
1359         Type *Ty = CI->getArgOperand(0)->getType();
1360         new StoreInst(UndefValue::get(cast<PointerType>(Ty)->getElementType()),
1361                       Constant::getNullValue(Ty),
1362                       CI);
1363
1364         llvm::Value *NewValue = UndefValue::get(CI->getType());
1365         DEBUG(dbgs() << "A null pointer-to-weak-pointer is undefined behavior."
1366                         "\nOld = " << *CI << "\nNew = " << *NewValue << "\n");
1367
1368         CI->replaceAllUsesWith(NewValue);
1369         CI->eraseFromParent();
1370         continue;
1371       }
1372       break;
1373     }
1374     case IC_RetainRV:
1375       if (OptimizeRetainRVCall(F, Inst))
1376         continue;
1377       break;
1378     case IC_AutoreleaseRV:
1379       OptimizeAutoreleaseRVCall(F, Inst, Class);
1380       break;
1381     }
1382
1383     // objc_autorelease(x) -> objc_release(x) if x is otherwise unused.
1384     if (IsAutorelease(Class) && Inst->use_empty()) {
1385       CallInst *Call = cast<CallInst>(Inst);
1386       const Value *Arg = Call->getArgOperand(0);
1387       Arg = FindSingleUseIdentifiedObject(Arg);
1388       if (Arg) {
1389         Changed = true;
1390         ++NumAutoreleases;
1391
1392         // Create the declaration lazily.
1393         LLVMContext &C = Inst->getContext();
1394
1395         Constant *Decl = EP.get(ARCRuntimeEntryPoints::EPT_Release);
1396         CallInst *NewCall = CallInst::Create(Decl, Call->getArgOperand(0), "",
1397                                              Call);
1398         NewCall->setMetadata(ImpreciseReleaseMDKind, MDNode::get(C, None));
1399
1400         DEBUG(dbgs() << "Replacing autorelease{,RV}(x) with objc_release(x) "
1401               "since x is otherwise unused.\nOld: " << *Call << "\nNew: "
1402               << *NewCall << "\n");
1403
1404         EraseInstruction(Call);
1405         Inst = NewCall;
1406         Class = IC_Release;
1407       }
1408     }
1409
1410     // For functions which can never be passed stack arguments, add
1411     // a tail keyword.
1412     if (IsAlwaysTail(Class)) {
1413       Changed = true;
1414       DEBUG(dbgs() << "Adding tail keyword to function since it can never be "
1415                       "passed stack args: " << *Inst << "\n");
1416       cast<CallInst>(Inst)->setTailCall();
1417     }
1418
1419     // Ensure that functions that can never have a "tail" keyword due to the
1420     // semantics of ARC truly do not do so.
1421     if (IsNeverTail(Class)) {
1422       Changed = true;
1423       DEBUG(dbgs() << "Removing tail keyword from function: " << *Inst <<
1424             "\n");
1425       cast<CallInst>(Inst)->setTailCall(false);
1426     }
1427
1428     // Set nounwind as needed.
1429     if (IsNoThrow(Class)) {
1430       Changed = true;
1431       DEBUG(dbgs() << "Found no throw class. Setting nounwind on: " << *Inst
1432                    << "\n");
1433       cast<CallInst>(Inst)->setDoesNotThrow();
1434     }
1435
1436     if (!IsNoopOnNull(Class)) {
1437       UsedInThisFunction |= 1 << Class;
1438       continue;
1439     }
1440
1441     const Value *Arg = GetObjCArg(Inst);
1442
1443     // ARC calls with null are no-ops. Delete them.
1444     if (IsNullOrUndef(Arg)) {
1445       Changed = true;
1446       ++NumNoops;
1447       DEBUG(dbgs() << "ARC calls with  null are no-ops. Erasing: " << *Inst
1448             << "\n");
1449       EraseInstruction(Inst);
1450       continue;
1451     }
1452
1453     // Keep track of which of retain, release, autorelease, and retain_block
1454     // are actually present in this function.
1455     UsedInThisFunction |= 1 << Class;
1456
1457     // If Arg is a PHI, and one or more incoming values to the
1458     // PHI are null, and the call is control-equivalent to the PHI, and there
1459     // are no relevant side effects between the PHI and the call, the call
1460     // could be pushed up to just those paths with non-null incoming values.
1461     // For now, don't bother splitting critical edges for this.
1462     SmallVector<std::pair<Instruction *, const Value *>, 4> Worklist;
1463     Worklist.push_back(std::make_pair(Inst, Arg));
1464     do {
1465       std::pair<Instruction *, const Value *> Pair = Worklist.pop_back_val();
1466       Inst = Pair.first;
1467       Arg = Pair.second;
1468
1469       const PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(Arg);
1470       if (!PN) continue;
1471
1472       // Determine if the PHI has any null operands, or any incoming
1473       // critical edges.
1474       bool HasNull = false;
1475       bool HasCriticalEdges = false;
1476       for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
1477         Value *Incoming =
1478           StripPointerCastsAndObjCCalls(PN->getIncomingValue(i));
1479         if (IsNullOrUndef(Incoming))
1480           HasNull = true;
1481         else if (cast<TerminatorInst>(PN->getIncomingBlock(i)->back())
1482                    .getNumSuccessors() != 1) {
1483           HasCriticalEdges = true;
1484           break;
1485         }
1486       }
1487       // If we have null operands and no critical edges, optimize.
1488       if (!HasCriticalEdges && HasNull) {
1489         SmallPtrSet<Instruction *, 4> DependingInstructions;
1490         SmallPtrSet<const BasicBlock *, 4> Visited;
1491
1492         // Check that there is nothing that cares about the reference
1493         // count between the call and the phi.
1494         switch (Class) {
1495         case IC_Retain:
1496         case IC_RetainBlock:
1497           // These can always be moved up.
1498           break;
1499         case IC_Release:
1500           // These can't be moved across things that care about the retain
1501           // count.
1502           FindDependencies(NeedsPositiveRetainCount, Arg,
1503                            Inst->getParent(), Inst,
1504                            DependingInstructions, Visited, PA);
1505           break;
1506         case IC_Autorelease:
1507           // These can't be moved across autorelease pool scope boundaries.
1508           FindDependencies(AutoreleasePoolBoundary, Arg,
1509                            Inst->getParent(), Inst,
1510                            DependingInstructions, Visited, PA);
1511           break;
1512         case IC_RetainRV:
1513         case IC_AutoreleaseRV:
1514           // Don't move these; the RV optimization depends on the autoreleaseRV
1515           // being tail called, and the retainRV being immediately after a call
1516           // (which might still happen if we get lucky with codegen layout, but
1517           // it's not worth taking the chance).
1518           continue;
1519         default:
1520           llvm_unreachable("Invalid dependence flavor");
1521         }
1522
1523         if (DependingInstructions.size() == 1 &&
1524             *DependingInstructions.begin() == PN) {
1525           Changed = true;
1526           ++NumPartialNoops;
1527           // Clone the call into each predecessor that has a non-null value.
1528           CallInst *CInst = cast<CallInst>(Inst);
1529           Type *ParamTy = CInst->getArgOperand(0)->getType();
1530           for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
1531             Value *Incoming =
1532               StripPointerCastsAndObjCCalls(PN->getIncomingValue(i));
1533             if (!IsNullOrUndef(Incoming)) {
1534               CallInst *Clone = cast<CallInst>(CInst->clone());
1535               Value *Op = PN->getIncomingValue(i);
1536               Instruction *InsertPos = &PN->getIncomingBlock(i)->back();
1537               if (Op->getType() != ParamTy)
1538                 Op = new BitCastInst(Op, ParamTy, "", InsertPos);
1539               Clone->setArgOperand(0, Op);
1540               Clone->insertBefore(InsertPos);
1541
1542               DEBUG(dbgs() << "Cloning "
1543                            << *CInst << "\n"
1544                            "And inserting clone at " << *InsertPos << "\n");
1545               Worklist.push_back(std::make_pair(Clone, Incoming));
1546             }
1547           }
1548           // Erase the original call.
1549           DEBUG(dbgs() << "Erasing: " << *CInst << "\n");
1550           EraseInstruction(CInst);
1551           continue;
1552         }
1553       }
1554     } while (!Worklist.empty());
1555   }
1556 }
1557
1558 /// If we have a top down pointer in the S_Use state, make sure that there are
1559 /// no CFG hazards by checking the states of various bottom up pointers.
1560 static void CheckForUseCFGHazard(const Sequence SuccSSeq,
1561                                  const bool SuccSRRIKnownSafe,
1562                                  PtrState &S,
1563                                  bool &SomeSuccHasSame,
1564                                  bool &AllSuccsHaveSame,
1565                                  bool &NotAllSeqEqualButKnownSafe,
1566                                  bool &ShouldContinue) {
1567   switch (SuccSSeq) {
1568   case S_CanRelease: {
1569     if (!S.IsKnownSafe() && !SuccSRRIKnownSafe) {
1570       S.ClearSequenceProgress();
1571       break;
1572     }
1573     S.SetCFGHazardAfflicted(true);
1574     ShouldContinue = true;
1575     break;
1576   }
1577   case S_Use:
1578     SomeSuccHasSame = true;
1579     break;
1580   case S_Stop:
1581   case S_Release:
1582   case S_MovableRelease:
1583     if (!S.IsKnownSafe() && !SuccSRRIKnownSafe)
1584       AllSuccsHaveSame = false;
1585     else
1586       NotAllSeqEqualButKnownSafe = true;
1587     break;
1588   case S_Retain:
1589     llvm_unreachable("bottom-up pointer in retain state!");
1590   case S_None:
1591     llvm_unreachable("This should have been handled earlier.");
1592   }
1593 }
1594
1595 /// If we have a Top Down pointer in the S_CanRelease state, make sure that
1596 /// there are no CFG hazards by checking the states of various bottom up
1597 /// pointers.
1598 static void CheckForCanReleaseCFGHazard(const Sequence SuccSSeq,
1599                                         const bool SuccSRRIKnownSafe,
1600                                         PtrState &S,
1601                                         bool &SomeSuccHasSame,
1602                                         bool &AllSuccsHaveSame,
1603                                         bool &NotAllSeqEqualButKnownSafe) {
1604   switch (SuccSSeq) {
1605   case S_CanRelease:
1606     SomeSuccHasSame = true;
1607     break;
1608   case S_Stop:
1609   case S_Release:
1610   case S_MovableRelease:
1611   case S_Use:
1612     if (!S.IsKnownSafe() && !SuccSRRIKnownSafe)
1613       AllSuccsHaveSame = false;
1614     else
1615       NotAllSeqEqualButKnownSafe = true;
1616     break;
1617   case S_Retain:
1618     llvm_unreachable("bottom-up pointer in retain state!");
1619   case S_None:
1620     llvm_unreachable("This should have been handled earlier.");
1621   }
1622 }
1623
1624 /// Check for critical edges, loop boundaries, irreducible control flow, or
1625 /// other CFG structures where moving code across the edge would result in it
1626 /// being executed more.
1627 void
1628 ObjCARCOpt::CheckForCFGHazards(const BasicBlock *BB,
1629                                DenseMap<const BasicBlock *, BBState> &BBStates,
1630                                BBState &MyStates) const {
1631   // If any top-down local-use or possible-dec has a succ which is earlier in
1632   // the sequence, forget it.
1633   for (BBState::ptr_iterator I = MyStates.top_down_ptr_begin(),
1634          E = MyStates.top_down_ptr_end(); I != E; ++I) {
1635     PtrState &S = I->second;
1636     const Sequence Seq = I->second.GetSeq();
1637
1638     // We only care about S_Retain, S_CanRelease, and S_Use.
1639     if (Seq == S_None)
1640       continue;
1641
1642     // Make sure that if extra top down states are added in the future that this
1643     // code is updated to handle it.
1644     assert((Seq == S_Retain || Seq == S_CanRelease || Seq == S_Use) &&
1645            "Unknown top down sequence state.");
1646
1647     const Value *Arg = I->first;
1648     const TerminatorInst *TI = cast<TerminatorInst>(&BB->back());
1649     bool SomeSuccHasSame = false;
1650     bool AllSuccsHaveSame = true;
1651     bool NotAllSeqEqualButKnownSafe = false;
1652
1653     succ_const_iterator SI(TI), SE(TI, false);
1654
1655     for (; SI != SE; ++SI) {
1656       // If VisitBottomUp has pointer information for this successor, take
1657       // what we know about it.
1658       const DenseMap<const BasicBlock *, BBState>::iterator BBI =
1659         BBStates.find(*SI);
1660       assert(BBI != BBStates.end());
1661       const PtrState &SuccS = BBI->second.getPtrBottomUpState(Arg);
1662       const Sequence SuccSSeq = SuccS.GetSeq();
1663
1664       // If bottom up, the pointer is in an S_None state, clear the sequence
1665       // progress since the sequence in the bottom up state finished
1666       // suggesting a mismatch in between retains/releases. This is true for
1667       // all three cases that we are handling here: S_Retain, S_Use, and
1668       // S_CanRelease.
1669       if (SuccSSeq == S_None) {
1670         S.ClearSequenceProgress();
1671         continue;
1672       }
1673
1674       // If we have S_Use or S_CanRelease, perform our check for cfg hazard
1675       // checks.
1676       const bool SuccSRRIKnownSafe = SuccS.IsKnownSafe();
1677
1678       // *NOTE* We do not use Seq from above here since we are allowing for
1679       // S.GetSeq() to change while we are visiting basic blocks.
1680       switch(S.GetSeq()) {
1681       case S_Use: {
1682         bool ShouldContinue = false;
1683         CheckForUseCFGHazard(SuccSSeq, SuccSRRIKnownSafe, S, SomeSuccHasSame,
1684                              AllSuccsHaveSame, NotAllSeqEqualButKnownSafe,
1685                              ShouldContinue);
1686         if (ShouldContinue)
1687           continue;
1688         break;
1689       }
1690       case S_CanRelease: {
1691         CheckForCanReleaseCFGHazard(SuccSSeq, SuccSRRIKnownSafe, S,
1692                                     SomeSuccHasSame, AllSuccsHaveSame,
1693                                     NotAllSeqEqualButKnownSafe);
1694         break;
1695       }
1696       case S_Retain:
1697       case S_None:
1698       case S_Stop:
1699       case S_Release:
1700       case S_MovableRelease:
1701         break;
1702       }
1703     }
1704
1705     // If the state at the other end of any of the successor edges
1706     // matches the current state, require all edges to match. This
1707     // guards against loops in the middle of a sequence.
1708     if (SomeSuccHasSame && !AllSuccsHaveSame) {
1709       S.ClearSequenceProgress();
1710     } else if (NotAllSeqEqualButKnownSafe) {
1711       // If we would have cleared the state foregoing the fact that we are known
1712       // safe, stop code motion. This is because whether or not it is safe to
1713       // remove RR pairs via KnownSafe is an orthogonal concept to whether we
1714       // are allowed to perform code motion.
1715       S.SetCFGHazardAfflicted(true);
1716     }
1717   }
1718 }
1719
1720 bool
1721 ObjCARCOpt::VisitInstructionBottomUp(Instruction *Inst,
1722                                      BasicBlock *BB,
1723                                      MapVector<Value *, RRInfo> &Retains,
1724                                      BBState &MyStates) {
1725   bool NestingDetected = false;
1726   InstructionClass Class = GetInstructionClass(Inst);
1727   const Value *Arg = 0;
1728
1729   DEBUG(dbgs() << "Class: " << Class << "\n");
1730
1731   switch (Class) {
1732   case IC_Release: {
1733     Arg = GetObjCArg(Inst);
1734
1735     PtrState &S = MyStates.getPtrBottomUpState(Arg);
1736
1737     // If we see two releases in a row on the same pointer. If so, make
1738     // a note, and we'll cicle back to revisit it after we've
1739     // hopefully eliminated the second release, which may allow us to
1740     // eliminate the first release too.
1741     // Theoretically we could implement removal of nested retain+release
1742     // pairs by making PtrState hold a stack of states, but this is
1743     // simple and avoids adding overhead for the non-nested case.
1744     if (S.GetSeq() == S_Release || S.GetSeq() == S_MovableRelease) {
1745       DEBUG(dbgs() << "Found nested releases (i.e. a release pair)\n");
1746       NestingDetected = true;
1747     }
1748
1749     MDNode *ReleaseMetadata = Inst->getMetadata(ImpreciseReleaseMDKind);
1750     Sequence NewSeq = ReleaseMetadata ? S_MovableRelease : S_Release;
1751     ANNOTATE_BOTTOMUP(Inst, Arg, S.GetSeq(), NewSeq);
1752     S.ResetSequenceProgress(NewSeq);
1753     S.SetReleaseMetadata(ReleaseMetadata);
1754     S.SetKnownSafe(S.HasKnownPositiveRefCount());
1755     S.SetTailCallRelease(cast<CallInst>(Inst)->isTailCall());
1756     S.InsertCall(Inst);
1757     S.SetKnownPositiveRefCount();
1758     break;
1759   }
1760   case IC_RetainBlock:
1761     // In OptimizeIndividualCalls, we have strength reduced all optimizable
1762     // objc_retainBlocks to objc_retains. Thus at this point any
1763     // objc_retainBlocks that we see are not optimizable.
1764     break;
1765   case IC_Retain:
1766   case IC_RetainRV: {
1767     Arg = GetObjCArg(Inst);
1768
1769     PtrState &S = MyStates.getPtrBottomUpState(Arg);
1770     S.SetKnownPositiveRefCount();
1771
1772     Sequence OldSeq = S.GetSeq();
1773     switch (OldSeq) {
1774     case S_Stop:
1775     case S_Release:
1776     case S_MovableRelease:
1777     case S_Use:
1778       // If OldSeq is not S_Use or OldSeq is S_Use and we are tracking an
1779       // imprecise release, clear our reverse insertion points.
1780       if (OldSeq != S_Use || S.IsTrackingImpreciseReleases())
1781         S.ClearReverseInsertPts();
1782       // FALL THROUGH
1783     case S_CanRelease:
1784       // Don't do retain+release tracking for IC_RetainRV, because it's
1785       // better to let it remain as the first instruction after a call.
1786       if (Class != IC_RetainRV)
1787         Retains[Inst] = S.GetRRInfo();
1788       S.ClearSequenceProgress();
1789       break;
1790     case S_None:
1791       break;
1792     case S_Retain:
1793       llvm_unreachable("bottom-up pointer in retain state!");
1794     }
1795     ANNOTATE_BOTTOMUP(Inst, Arg, OldSeq, S.GetSeq());
1796     // A retain moving bottom up can be a use.
1797     break;
1798   }
1799   case IC_AutoreleasepoolPop:
1800     // Conservatively, clear MyStates for all known pointers.
1801     MyStates.clearBottomUpPointers();
1802     return NestingDetected;
1803   case IC_AutoreleasepoolPush:
1804   case IC_None:
1805     // These are irrelevant.
1806     return NestingDetected;
1807   case IC_User:
1808     // If we have a store into an alloca of a pointer we are tracking, the
1809     // pointer has multiple owners implying that we must be more conservative.
1810     //
1811     // This comes up in the context of a pointer being ``KnownSafe''. In the
1812     // presense of a block being initialized, the frontend will emit the
1813     // objc_retain on the original pointer and the release on the pointer loaded
1814     // from the alloca. The optimizer will through the provenance analysis
1815     // realize that the two are related, but since we only require KnownSafe in
1816     // one direction, will match the inner retain on the original pointer with
1817     // the guard release on the original pointer. This is fixed by ensuring that
1818     // in the presense of allocas we only unconditionally remove pointers if
1819     // both our retain and our release are KnownSafe.
1820     if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Inst)) {
1821       if (AreAnyUnderlyingObjectsAnAlloca(SI->getPointerOperand())) {
1822         BBState::ptr_iterator I = MyStates.findPtrBottomUpState(
1823           StripPointerCastsAndObjCCalls(SI->getValueOperand()));
1824         if (I != MyStates.bottom_up_ptr_end())
1825           MultiOwnersSet.insert(I->first);
1826       }
1827     }
1828     break;
1829   default:
1830     break;
1831   }
1832
1833   // Consider any other possible effects of this instruction on each
1834   // pointer being tracked.
1835   for (BBState::ptr_iterator MI = MyStates.bottom_up_ptr_begin(),
1836        ME = MyStates.bottom_up_ptr_end(); MI != ME; ++MI) {
1837     const Value *Ptr = MI->first;
1838     if (Ptr == Arg)
1839       continue; // Handled above.
1840     PtrState &S = MI->second;
1841     Sequence Seq = S.GetSeq();
1842
1843     // Check for possible releases.
1844     if (CanAlterRefCount(Inst, Ptr, PA, Class)) {
1845       DEBUG(dbgs() << "CanAlterRefCount: Seq: " << Seq << "; " << *Ptr
1846             << "\n");
1847       S.ClearKnownPositiveRefCount();
1848       switch (Seq) {
1849       case S_Use:
1850         S.SetSeq(S_CanRelease);
1851         ANNOTATE_BOTTOMUP(Inst, Ptr, Seq, S.GetSeq());
1852         continue;
1853       case S_CanRelease:
1854       case S_Release:
1855       case S_MovableRelease:
1856       case S_Stop:
1857       case S_None:
1858         break;
1859       case S_Retain:
1860         llvm_unreachable("bottom-up pointer in retain state!");
1861       }
1862     }
1863
1864     // Check for possible direct uses.
1865     switch (Seq) {
1866     case S_Release:
1867     case S_MovableRelease:
1868       if (CanUse(Inst, Ptr, PA, Class)) {
1869         DEBUG(dbgs() << "CanUse: Seq: " << Seq << "; " << *Ptr
1870               << "\n");
1871         assert(!S.HasReverseInsertPts());
1872         // If this is an invoke instruction, we're scanning it as part of
1873         // one of its successor blocks, since we can't insert code after it
1874         // in its own block, and we don't want to split critical edges.
1875         if (isa<InvokeInst>(Inst))
1876           S.InsertReverseInsertPt(BB->getFirstInsertionPt());
1877         else
1878           S.InsertReverseInsertPt(llvm::next(BasicBlock::iterator(Inst)));
1879         S.SetSeq(S_Use);
1880         ANNOTATE_BOTTOMUP(Inst, Ptr, Seq, S_Use);
1881       } else if (Seq == S_Release && IsUser(Class)) {
1882         DEBUG(dbgs() << "PreciseReleaseUse: Seq: " << Seq << "; " << *Ptr
1883               << "\n");
1884         // Non-movable releases depend on any possible objc pointer use.
1885         S.SetSeq(S_Stop);
1886         ANNOTATE_BOTTOMUP(Inst, Ptr, S_Release, S_Stop);
1887         assert(!S.HasReverseInsertPts());
1888         // As above; handle invoke specially.
1889         if (isa<InvokeInst>(Inst))
1890           S.InsertReverseInsertPt(BB->getFirstInsertionPt());
1891         else
1892           S.InsertReverseInsertPt(llvm::next(BasicBlock::iterator(Inst)));
1893       }
1894       break;
1895     case S_Stop:
1896       if (CanUse(Inst, Ptr, PA, Class)) {
1897         DEBUG(dbgs() << "PreciseStopUse: Seq: " << Seq << "; " << *Ptr
1898               << "\n");
1899         S.SetSeq(S_Use);
1900         ANNOTATE_BOTTOMUP(Inst, Ptr, Seq, S_Use);
1901       }
1902       break;
1903     case S_CanRelease:
1904     case S_Use:
1905     case S_None:
1906       break;
1907     case S_Retain:
1908       llvm_unreachable("bottom-up pointer in retain state!");
1909     }
1910   }
1911
1912   return NestingDetected;
1913 }
1914
1915 bool
1916 ObjCARCOpt::VisitBottomUp(BasicBlock *BB,
1917                           DenseMap<const BasicBlock *, BBState> &BBStates,
1918                           MapVector<Value *, RRInfo> &Retains) {
1919
1920   DEBUG(dbgs() << "\n== ObjCARCOpt::VisitBottomUp ==\n");
1921
1922   bool NestingDetected = false;
1923   BBState &MyStates = BBStates[BB];
1924
1925   // Merge the states from each successor to compute the initial state
1926   // for the current block.
1927   BBState::edge_iterator SI(MyStates.succ_begin()),
1928                          SE(MyStates.succ_end());
1929   if (SI != SE) {
1930     const BasicBlock *Succ = *SI;
1931     DenseMap<const BasicBlock *, BBState>::iterator I = BBStates.find(Succ);
1932     assert(I != BBStates.end());
1933     MyStates.InitFromSucc(I->second);
1934     ++SI;
1935     for (; SI != SE; ++SI) {
1936       Succ = *SI;
1937       I = BBStates.find(Succ);
1938       assert(I != BBStates.end());
1939       MyStates.MergeSucc(I->second);
1940     }
1941   }
1942
1943   // If ARC Annotations are enabled, output the current state of pointers at the
1944   // bottom of the basic block.
1945   ANNOTATE_BOTTOMUP_BBEND(MyStates, BB);
1946
1947   // Visit all the instructions, bottom-up.
1948   for (BasicBlock::iterator I = BB->end(), E = BB->begin(); I != E; --I) {
1949     Instruction *Inst = llvm::prior(I);
1950
1951     // Invoke instructions are visited as part of their successors (below).
1952     if (isa<InvokeInst>(Inst))
1953       continue;
1954
1955     DEBUG(dbgs() << "Visiting " << *Inst << "\n");
1956
1957     NestingDetected |= VisitInstructionBottomUp(Inst, BB, Retains, MyStates);
1958   }
1959
1960   // If there's a predecessor with an invoke, visit the invoke as if it were
1961   // part of this block, since we can't insert code after an invoke in its own
1962   // block, and we don't want to split critical edges.
1963   for (BBState::edge_iterator PI(MyStates.pred_begin()),
1964        PE(MyStates.pred_end()); PI != PE; ++PI) {
1965     BasicBlock *Pred = *PI;
1966     if (InvokeInst *II = dyn_cast<InvokeInst>(&Pred->back()))
1967       NestingDetected |= VisitInstructionBottomUp(II, BB, Retains, MyStates);
1968   }
1969
1970   // If ARC Annotations are enabled, output the current state of pointers at the
1971   // top of the basic block.
1972   ANNOTATE_BOTTOMUP_BBSTART(MyStates, BB);
1973
1974   return NestingDetected;
1975 }
1976
1977 bool
1978 ObjCARCOpt::VisitInstructionTopDown(Instruction *Inst,
1979                                     DenseMap<Value *, RRInfo> &Releases,
1980                                     BBState &MyStates) {
1981   bool NestingDetected = false;
1982   InstructionClass Class = GetInstructionClass(Inst);
1983   const Value *Arg = 0;
1984
1985   switch (Class) {
1986   case IC_RetainBlock:
1987     // In OptimizeIndividualCalls, we have strength reduced all optimizable
1988     // objc_retainBlocks to objc_retains. Thus at this point any
1989     // objc_retainBlocks that we see are not optimizable.
1990     break;
1991   case IC_Retain:
1992   case IC_RetainRV: {
1993     Arg = GetObjCArg(Inst);
1994
1995     PtrState &S = MyStates.getPtrTopDownState(Arg);
1996
1997     // Don't do retain+release tracking for IC_RetainRV, because it's
1998     // better to let it remain as the first instruction after a call.
1999     if (Class != IC_RetainRV) {
2000       // If we see two retains in a row on the same pointer. If so, make
2001       // a note, and we'll cicle back to revisit it after we've
2002       // hopefully eliminated the second retain, which may allow us to
2003       // eliminate the first retain too.
2004       // Theoretically we could implement removal of nested retain+release
2005       // pairs by making PtrState hold a stack of states, but this is
2006       // simple and avoids adding overhead for the non-nested case.
2007       if (S.GetSeq() == S_Retain)
2008         NestingDetected = true;
2009
2010       ANNOTATE_TOPDOWN(Inst, Arg, S.GetSeq(), S_Retain);
2011       S.ResetSequenceProgress(S_Retain);
2012       S.SetKnownSafe(S.HasKnownPositiveRefCount());
2013       S.InsertCall(Inst);
2014     }
2015
2016     S.SetKnownPositiveRefCount();
2017
2018     // A retain can be a potential use; procede to the generic checking
2019     // code below.
2020     break;
2021   }
2022   case IC_Release: {
2023     Arg = GetObjCArg(Inst);
2024
2025     PtrState &S = MyStates.getPtrTopDownState(Arg);
2026     S.ClearKnownPositiveRefCount();
2027
2028     Sequence OldSeq = S.GetSeq();
2029
2030     MDNode *ReleaseMetadata = Inst->getMetadata(ImpreciseReleaseMDKind);
2031
2032     switch (OldSeq) {
2033     case S_Retain:
2034     case S_CanRelease:
2035       if (OldSeq == S_Retain || ReleaseMetadata != 0)
2036         S.ClearReverseInsertPts();
2037       // FALL THROUGH
2038     case S_Use:
2039       S.SetReleaseMetadata(ReleaseMetadata);
2040       S.SetTailCallRelease(cast<CallInst>(Inst)->isTailCall());
2041       Releases[Inst] = S.GetRRInfo();
2042       ANNOTATE_TOPDOWN(Inst, Arg, S.GetSeq(), S_None);
2043       S.ClearSequenceProgress();
2044       break;
2045     case S_None:
2046       break;
2047     case S_Stop:
2048     case S_Release:
2049     case S_MovableRelease:
2050       llvm_unreachable("top-down pointer in release state!");
2051     }
2052     break;
2053   }
2054   case IC_AutoreleasepoolPop:
2055     // Conservatively, clear MyStates for all known pointers.
2056     MyStates.clearTopDownPointers();
2057     return NestingDetected;
2058   case IC_AutoreleasepoolPush:
2059   case IC_None:
2060     // These are irrelevant.
2061     return NestingDetected;
2062   default:
2063     break;
2064   }
2065
2066   // Consider any other possible effects of this instruction on each
2067   // pointer being tracked.
2068   for (BBState::ptr_iterator MI = MyStates.top_down_ptr_begin(),
2069        ME = MyStates.top_down_ptr_end(); MI != ME; ++MI) {
2070     const Value *Ptr = MI->first;
2071     if (Ptr == Arg)
2072       continue; // Handled above.
2073     PtrState &S = MI->second;
2074     Sequence Seq = S.GetSeq();
2075
2076     // Check for possible releases.
2077     if (CanAlterRefCount(Inst, Ptr, PA, Class)) {
2078       DEBUG(dbgs() << "CanAlterRefCount: Seq: " << Seq << "; " << *Ptr
2079             << "\n");
2080       S.ClearKnownPositiveRefCount();
2081       switch (Seq) {
2082       case S_Retain:
2083         S.SetSeq(S_CanRelease);
2084         ANNOTATE_TOPDOWN(Inst, Ptr, Seq, S_CanRelease);
2085         assert(!S.HasReverseInsertPts());
2086         S.InsertReverseInsertPt(Inst);
2087
2088         // One call can't cause a transition from S_Retain to S_CanRelease
2089         // and S_CanRelease to S_Use. If we've made the first transition,
2090         // we're done.
2091         continue;
2092       case S_Use:
2093       case S_CanRelease:
2094       case S_None:
2095         break;
2096       case S_Stop:
2097       case S_Release:
2098       case S_MovableRelease:
2099         llvm_unreachable("top-down pointer in release state!");
2100       }
2101     }
2102
2103     // Check for possible direct uses.
2104     switch (Seq) {
2105     case S_CanRelease:
2106       if (CanUse(Inst, Ptr, PA, Class)) {
2107         DEBUG(dbgs() << "CanUse: Seq: " << Seq << "; " << *Ptr
2108               << "\n");
2109         S.SetSeq(S_Use);
2110         ANNOTATE_TOPDOWN(Inst, Ptr, Seq, S_Use);
2111       }
2112       break;
2113     case S_Retain:
2114     case S_Use:
2115     case S_None:
2116       break;
2117     case S_Stop:
2118     case S_Release:
2119     case S_MovableRelease:
2120       llvm_unreachable("top-down pointer in release state!");
2121     }
2122   }
2123
2124   return NestingDetected;
2125 }
2126
2127 bool
2128 ObjCARCOpt::VisitTopDown(BasicBlock *BB,
2129                          DenseMap<const BasicBlock *, BBState> &BBStates,
2130                          DenseMap<Value *, RRInfo> &Releases) {
2131   DEBUG(dbgs() << "\n== ObjCARCOpt::VisitTopDown ==\n");
2132   bool NestingDetected = false;
2133   BBState &MyStates = BBStates[BB];
2134
2135   // Merge the states from each predecessor to compute the initial state
2136   // for the current block.
2137   BBState::edge_iterator PI(MyStates.pred_begin()),
2138                          PE(MyStates.pred_end());
2139   if (PI != PE) {
2140     const BasicBlock *Pred = *PI;
2141     DenseMap<const BasicBlock *, BBState>::iterator I = BBStates.find(Pred);
2142     assert(I != BBStates.end());
2143     MyStates.InitFromPred(I->second);
2144     ++PI;
2145     for (; PI != PE; ++PI) {
2146       Pred = *PI;
2147       I = BBStates.find(Pred);
2148       assert(I != BBStates.end());
2149       MyStates.MergePred(I->second);
2150     }
2151   }
2152
2153   // If ARC Annotations are enabled, output the current state of pointers at the
2154   // top of the basic block.
2155   ANNOTATE_TOPDOWN_BBSTART(MyStates, BB);
2156
2157   // Visit all the instructions, top-down.
2158   for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(), E = BB->end(); I != E; ++I) {
2159     Instruction *Inst = I;
2160
2161     DEBUG(dbgs() << "Visiting " << *Inst << "\n");
2162
2163     NestingDetected |= VisitInstructionTopDown(Inst, Releases, MyStates);
2164   }
2165
2166   // If ARC Annotations are enabled, output the current state of pointers at the
2167   // bottom of the basic block.
2168   ANNOTATE_TOPDOWN_BBEND(MyStates, BB);
2169
2170 #ifdef ARC_ANNOTATIONS
2171   if (!(EnableARCAnnotations && DisableCheckForCFGHazards))
2172 #endif
2173   CheckForCFGHazards(BB, BBStates, MyStates);
2174   return NestingDetected;
2175 }
2176
2177 static void
2178 ComputePostOrders(Function &F,
2179                   SmallVectorImpl<BasicBlock *> &PostOrder,
2180                   SmallVectorImpl<BasicBlock *> &ReverseCFGPostOrder,
2181                   unsigned NoObjCARCExceptionsMDKind,
2182                   DenseMap<const BasicBlock *, BBState> &BBStates) {
2183   /// The visited set, for doing DFS walks.
2184   SmallPtrSet<BasicBlock *, 16> Visited;
2185
2186   // Do DFS, computing the PostOrder.
2187   SmallPtrSet<BasicBlock *, 16> OnStack;
2188   SmallVector<std::pair<BasicBlock *, succ_iterator>, 16> SuccStack;
2189
2190   // Functions always have exactly one entry block, and we don't have
2191   // any other block that we treat like an entry block.
2192   BasicBlock *EntryBB = &F.getEntryBlock();
2193   BBState &MyStates = BBStates[EntryBB];
2194   MyStates.SetAsEntry();
2195   TerminatorInst *EntryTI = cast<TerminatorInst>(&EntryBB->back());
2196   SuccStack.push_back(std::make_pair(EntryBB, succ_iterator(EntryTI)));
2197   Visited.insert(EntryBB);
2198   OnStack.insert(EntryBB);
2199   do {
2200   dfs_next_succ:
2201     BasicBlock *CurrBB = SuccStack.back().first;
2202     TerminatorInst *TI = cast<TerminatorInst>(&CurrBB->back());
2203     succ_iterator SE(TI, false);
2204
2205     while (SuccStack.back().second != SE) {
2206       BasicBlock *SuccBB = *SuccStack.back().second++;
2207       if (Visited.insert(SuccBB)) {
2208         TerminatorInst *TI = cast<TerminatorInst>(&SuccBB->back());
2209         SuccStack.push_back(std::make_pair(SuccBB, succ_iterator(TI)));
2210         BBStates[CurrBB].addSucc(SuccBB);
2211         BBState &SuccStates = BBStates[SuccBB];
2212         SuccStates.addPred(CurrBB);
2213         OnStack.insert(SuccBB);
2214         goto dfs_next_succ;
2215       }
2216
2217       if (!OnStack.count(SuccBB)) {
2218         BBStates[CurrBB].addSucc(SuccBB);
2219         BBStates[SuccBB].addPred(CurrBB);
2220       }
2221     }
2222     OnStack.erase(CurrBB);
2223     PostOrder.push_back(CurrBB);
2224     SuccStack.pop_back();
2225   } while (!SuccStack.empty());
2226
2227   Visited.clear();
2228
2229   // Do reverse-CFG DFS, computing the reverse-CFG PostOrder.
2230   // Functions may have many exits, and there also blocks which we treat
2231   // as exits due to ignored edges.
2232   SmallVector<std::pair<BasicBlock *, BBState::edge_iterator>, 16> PredStack;
2233   for (Function::iterator I = F.begin(), E = F.end(); I != E; ++I) {
2234     BasicBlock *ExitBB = I;
2235     BBState &MyStates = BBStates[ExitBB];
2236     if (!MyStates.isExit())
2237       continue;
2238
2239     MyStates.SetAsExit();
2240
2241     PredStack.push_back(std::make_pair(ExitBB, MyStates.pred_begin()));
2242     Visited.insert(ExitBB);
2243     while (!PredStack.empty()) {
2244     reverse_dfs_next_succ:
2245       BBState::edge_iterator PE = BBStates[PredStack.back().first].pred_end();
2246       while (PredStack.back().second != PE) {
2247         BasicBlock *BB = *PredStack.back().second++;
2248         if (Visited.insert(BB)) {
2249           PredStack.push_back(std::make_pair(BB, BBStates[BB].pred_begin()));
2250           goto reverse_dfs_next_succ;
2251         }
2252       }
2253       ReverseCFGPostOrder.push_back(PredStack.pop_back_val().first);
2254     }
2255   }
2256 }
2257
2258 // Visit the function both top-down and bottom-up.
2259 bool
2260 ObjCARCOpt::Visit(Function &F,
2261                   DenseMap<const BasicBlock *, BBState> &BBStates,
2262                   MapVector<Value *, RRInfo> &Retains,
2263                   DenseMap<Value *, RRInfo> &Releases) {
2264
2265   // Use reverse-postorder traversals, because we magically know that loops
2266   // will be well behaved, i.e. they won't repeatedly call retain on a single
2267   // pointer without doing a release. We can't use the ReversePostOrderTraversal
2268   // class here because we want the reverse-CFG postorder to consider each
2269   // function exit point, and we want to ignore selected cycle edges.
2270   SmallVector<BasicBlock *, 16> PostOrder;
2271   SmallVector<BasicBlock *, 16> ReverseCFGPostOrder;
2272   ComputePostOrders(F, PostOrder, ReverseCFGPostOrder,
2273                     NoObjCARCExceptionsMDKind,
2274                     BBStates);
2275
2276   // Use reverse-postorder on the reverse CFG for bottom-up.
2277   bool BottomUpNestingDetected = false;
2278   for (SmallVectorImpl<BasicBlock *>::const_reverse_iterator I =
2279        ReverseCFGPostOrder.rbegin(), E = ReverseCFGPostOrder.rend();
2280        I != E; ++I)
2281     BottomUpNestingDetected |= VisitBottomUp(*I, BBStates, Retains);
2282
2283   // Use reverse-postorder for top-down.
2284   bool TopDownNestingDetected = false;
2285   for (SmallVectorImpl<BasicBlock *>::const_reverse_iterator I =
2286        PostOrder.rbegin(), E = PostOrder.rend();
2287        I != E; ++I)
2288     TopDownNestingDetected |= VisitTopDown(*I, BBStates, Releases);
2289
2290   return TopDownNestingDetected && BottomUpNestingDetected;
2291 }
2292
2293 /// Move the calls in RetainsToMove and ReleasesToMove.
2294 void ObjCARCOpt::MoveCalls(Value *Arg,
2295                            RRInfo &RetainsToMove,
2296                            RRInfo &ReleasesToMove,
2297                            MapVector<Value *, RRInfo> &Retains,
2298                            DenseMap<Value *, RRInfo> &Releases,
2299                            SmallVectorImpl<Instruction *> &DeadInsts,
2300                            Module *M) {
2301   Type *ArgTy = Arg->getType();
2302   Type *ParamTy = PointerType::getUnqual(Type::getInt8Ty(ArgTy->getContext()));
2303
2304   DEBUG(dbgs() << "== ObjCARCOpt::MoveCalls ==\n");
2305
2306   // Insert the new retain and release calls.
2307   for (SmallPtrSet<Instruction *, 2>::const_iterator
2308        PI = ReleasesToMove.ReverseInsertPts.begin(),
2309        PE = ReleasesToMove.ReverseInsertPts.end(); PI != PE; ++PI) {
2310     Instruction *InsertPt = *PI;
2311     Value *MyArg = ArgTy == ParamTy ? Arg :
2312                    new BitCastInst(Arg, ParamTy, "", InsertPt);
2313     Constant *Decl = EP.get(ARCRuntimeEntryPoints::EPT_Retain);
2314     CallInst *Call = CallInst::Create(Decl, MyArg, "", InsertPt);
2315     Call->setDoesNotThrow();
2316     Call->setTailCall();
2317
2318     DEBUG(dbgs() << "Inserting new Retain: " << *Call << "\n"
2319                     "At insertion point: " << *InsertPt << "\n");
2320   }
2321   for (SmallPtrSet<Instruction *, 2>::const_iterator
2322        PI = RetainsToMove.ReverseInsertPts.begin(),
2323        PE = RetainsToMove.ReverseInsertPts.end(); PI != PE; ++PI) {
2324     Instruction *InsertPt = *PI;
2325     Value *MyArg = ArgTy == ParamTy ? Arg :
2326                    new BitCastInst(Arg, ParamTy, "", InsertPt);
2327     Constant *Decl = EP.get(ARCRuntimeEntryPoints::EPT_Release);
2328     CallInst *Call = CallInst::Create(Decl, MyArg, "", InsertPt);
2329     // Attach a clang.imprecise_release metadata tag, if appropriate.
2330     if (MDNode *M = ReleasesToMove.ReleaseMetadata)
2331       Call->setMetadata(ImpreciseReleaseMDKind, M);
2332     Call->setDoesNotThrow();
2333     if (ReleasesToMove.IsTailCallRelease)
2334       Call->setTailCall();
2335
2336     DEBUG(dbgs() << "Inserting new Release: " << *Call << "\n"
2337                     "At insertion point: " << *InsertPt << "\n");
2338   }
2339
2340   // Delete the original retain and release calls.
2341   for (SmallPtrSet<Instruction *, 2>::const_iterator
2342        AI = RetainsToMove.Calls.begin(),
2343        AE = RetainsToMove.Calls.end(); AI != AE; ++AI) {
2344     Instruction *OrigRetain = *AI;
2345     Retains.blot(OrigRetain);
2346     DeadInsts.push_back(OrigRetain);
2347     DEBUG(dbgs() << "Deleting retain: " << *OrigRetain << "\n");
2348   }
2349   for (SmallPtrSet<Instruction *, 2>::const_iterator
2350        AI = ReleasesToMove.Calls.begin(),
2351        AE = ReleasesToMove.Calls.end(); AI != AE; ++AI) {
2352     Instruction *OrigRelease = *AI;
2353     Releases.erase(OrigRelease);
2354     DeadInsts.push_back(OrigRelease);
2355     DEBUG(dbgs() << "Deleting release: " << *OrigRelease << "\n");
2356   }
2357
2358 }
2359
2360 bool
2361 ObjCARCOpt::ConnectTDBUTraversals(DenseMap<const BasicBlock *, BBState>
2362                                     &BBStates,
2363                                   MapVector<Value *, RRInfo> &Retains,
2364                                   DenseMap<Value *, RRInfo> &Releases,
2365                                   Module *M,
2366                                   SmallVectorImpl<Instruction *> &NewRetains,
2367                                   SmallVectorImpl<Instruction *> &NewReleases,
2368                                   SmallVectorImpl<Instruction *> &DeadInsts,
2369                                   RRInfo &RetainsToMove,
2370                                   RRInfo &ReleasesToMove,
2371                                   Value *Arg,
2372                                   bool KnownSafe,
2373                                   bool &AnyPairsCompletelyEliminated) {
2374   // If a pair happens in a region where it is known that the reference count
2375   // is already incremented, we can similarly ignore possible decrements unless
2376   // we are dealing with a retainable object with multiple provenance sources.
2377   bool KnownSafeTD = true, KnownSafeBU = true;
2378   bool MultipleOwners = false;
2379   bool CFGHazardAfflicted = false;
2380
2381   // Connect the dots between the top-down-collected RetainsToMove and
2382   // bottom-up-collected ReleasesToMove to form sets of related calls.
2383   // This is an iterative process so that we connect multiple releases
2384   // to multiple retains if needed.
2385   unsigned OldDelta = 0;
2386   unsigned NewDelta = 0;
2387   unsigned OldCount = 0;
2388   unsigned NewCount = 0;
2389   bool FirstRelease = true;
2390   for (;;) {
2391     for (SmallVectorImpl<Instruction *>::const_iterator
2392            NI = NewRetains.begin(), NE = NewRetains.end(); NI != NE; ++NI) {
2393       Instruction *NewRetain = *NI;
2394       MapVector<Value *, RRInfo>::const_iterator It = Retains.find(NewRetain);
2395       assert(It != Retains.end());
2396       const RRInfo &NewRetainRRI = It->second;
2397       KnownSafeTD &= NewRetainRRI.KnownSafe;
2398       MultipleOwners =
2399         MultipleOwners || MultiOwnersSet.count(GetObjCArg(NewRetain));
2400       for (SmallPtrSet<Instruction *, 2>::const_iterator
2401              LI = NewRetainRRI.Calls.begin(),
2402              LE = NewRetainRRI.Calls.end(); LI != LE; ++LI) {
2403         Instruction *NewRetainRelease = *LI;
2404         DenseMap<Value *, RRInfo>::const_iterator Jt =
2405           Releases.find(NewRetainRelease);
2406         if (Jt == Releases.end())
2407           return false;
2408         const RRInfo &NewRetainReleaseRRI = Jt->second;
2409
2410         // If the release does not have a reference to the retain as well,
2411         // something happened which is unaccounted for. Do not do anything.
2412         //
2413         // This can happen if we catch an additive overflow during path count
2414         // merging.
2415         if (!NewRetainReleaseRRI.Calls.count(NewRetain))
2416           return false;
2417
2418         if (ReleasesToMove.Calls.insert(NewRetainRelease)) {
2419
2420           // If we overflow when we compute the path count, don't remove/move
2421           // anything.
2422           const BBState &NRRBBState = BBStates[NewRetainRelease->getParent()];
2423           unsigned PathCount = BBState::OverflowOccurredValue;
2424           if (NRRBBState.GetAllPathCountWithOverflow(PathCount))
2425             return false;
2426           assert(PathCount != BBState::OverflowOccurredValue &&
2427                  "PathCount at this point can not be "
2428                  "OverflowOccurredValue.");
2429           OldDelta -= PathCount;
2430
2431           // Merge the ReleaseMetadata and IsTailCallRelease values.
2432           if (FirstRelease) {
2433             ReleasesToMove.ReleaseMetadata =
2434               NewRetainReleaseRRI.ReleaseMetadata;
2435             ReleasesToMove.IsTailCallRelease =
2436               NewRetainReleaseRRI.IsTailCallRelease;
2437             FirstRelease = false;
2438           } else {
2439             if (ReleasesToMove.ReleaseMetadata !=
2440                 NewRetainReleaseRRI.ReleaseMetadata)
2441               ReleasesToMove.ReleaseMetadata = 0;
2442             if (ReleasesToMove.IsTailCallRelease !=
2443                 NewRetainReleaseRRI.IsTailCallRelease)
2444               ReleasesToMove.IsTailCallRelease = false;
2445           }
2446
2447           // Collect the optimal insertion points.
2448           if (!KnownSafe)
2449             for (SmallPtrSet<Instruction *, 2>::const_iterator
2450                    RI = NewRetainReleaseRRI.ReverseInsertPts.begin(),
2451                    RE = NewRetainReleaseRRI.ReverseInsertPts.end();
2452                  RI != RE; ++RI) {
2453               Instruction *RIP = *RI;
2454               if (ReleasesToMove.ReverseInsertPts.insert(RIP)) {
2455                 // If we overflow when we compute the path count, don't
2456                 // remove/move anything.
2457                 const BBState &RIPBBState = BBStates[RIP->getParent()];
2458                 PathCount = BBState::OverflowOccurredValue;
2459                 if (RIPBBState.GetAllPathCountWithOverflow(PathCount))
2460                   return false;
2461                 assert(PathCount != BBState::OverflowOccurredValue &&
2462                        "PathCount at this point can not be "
2463                        "OverflowOccurredValue.");
2464                 NewDelta -= PathCount;
2465               }
2466             }
2467           NewReleases.push_back(NewRetainRelease);
2468         }
2469       }
2470     }
2471     NewRetains.clear();
2472     if (NewReleases.empty()) break;
2473
2474     // Back the other way.
2475     for (SmallVectorImpl<Instruction *>::const_iterator
2476            NI = NewReleases.begin(), NE = NewReleases.end(); NI != NE; ++NI) {
2477       Instruction *NewRelease = *NI;
2478       DenseMap<Value *, RRInfo>::const_iterator It =
2479         Releases.find(NewRelease);
2480       assert(It != Releases.end());
2481       const RRInfo &NewReleaseRRI = It->second;
2482       KnownSafeBU &= NewReleaseRRI.KnownSafe;
2483       CFGHazardAfflicted |= NewReleaseRRI.CFGHazardAfflicted;
2484       for (SmallPtrSet<Instruction *, 2>::const_iterator
2485              LI = NewReleaseRRI.Calls.begin(),
2486              LE = NewReleaseRRI.Calls.end(); LI != LE; ++LI) {
2487         Instruction *NewReleaseRetain = *LI;
2488         MapVector<Value *, RRInfo>::const_iterator Jt =
2489           Retains.find(NewReleaseRetain);
2490         if (Jt == Retains.end())
2491           return false;
2492         const RRInfo &NewReleaseRetainRRI = Jt->second;
2493
2494         // If the retain does not have a reference to the release as well,
2495         // something happened which is unaccounted for. Do not do anything.
2496         //
2497         // This can happen if we catch an additive overflow during path count
2498         // merging.
2499         if (!NewReleaseRetainRRI.Calls.count(NewRelease))
2500           return false;
2501
2502         if (RetainsToMove.Calls.insert(NewReleaseRetain)) {
2503           // If we overflow when we compute the path count, don't remove/move
2504           // anything.
2505           const BBState &NRRBBState = BBStates[NewReleaseRetain->getParent()];
2506           unsigned PathCount = BBState::OverflowOccurredValue;
2507           if (NRRBBState.GetAllPathCountWithOverflow(PathCount))
2508             return false;
2509           assert(PathCount != BBState::OverflowOccurredValue &&
2510                  "PathCount at this point can not be "
2511                  "OverflowOccurredValue.");
2512           OldDelta += PathCount;
2513           OldCount += PathCount;
2514
2515           // Collect the optimal insertion points.
2516           if (!KnownSafe)
2517             for (SmallPtrSet<Instruction *, 2>::const_iterator
2518                    RI = NewReleaseRetainRRI.ReverseInsertPts.begin(),
2519                    RE = NewReleaseRetainRRI.ReverseInsertPts.end();
2520                  RI != RE; ++RI) {
2521               Instruction *RIP = *RI;
2522               if (RetainsToMove.ReverseInsertPts.insert(RIP)) {
2523                 // If we overflow when we compute the path count, don't
2524                 // remove/move anything.
2525                 const BBState &RIPBBState = BBStates[RIP->getParent()];
2526
2527                 PathCount = BBState::OverflowOccurredValue;
2528                 if (RIPBBState.GetAllPathCountWithOverflow(PathCount))
2529                   return false;
2530                 assert(PathCount != BBState::OverflowOccurredValue &&
2531                        "PathCount at this point can not be "
2532                        "OverflowOccurredValue.");
2533                 NewDelta += PathCount;
2534                 NewCount += PathCount;
2535               }
2536             }
2537           NewRetains.push_back(NewReleaseRetain);
2538         }
2539       }
2540     }
2541     NewReleases.clear();
2542     if (NewRetains.empty()) break;
2543   }
2544
2545   // If the pointer is known incremented in 1 direction and we do not have
2546   // MultipleOwners, we can safely remove the retain/releases. Otherwise we need
2547   // to be known safe in both directions.
2548   bool UnconditionallySafe = (KnownSafeTD && KnownSafeBU) ||
2549     ((KnownSafeTD || KnownSafeBU) && !MultipleOwners);
2550   if (UnconditionallySafe) {
2551     RetainsToMove.ReverseInsertPts.clear();
2552     ReleasesToMove.ReverseInsertPts.clear();
2553     NewCount = 0;
2554   } else {
2555     // Determine whether the new insertion points we computed preserve the
2556     // balance of retain and release calls through the program.
2557     // TODO: If the fully aggressive solution isn't valid, try to find a
2558     // less aggressive solution which is.
2559     if (NewDelta != 0)
2560       return false;
2561
2562     // At this point, we are not going to remove any RR pairs, but we still are
2563     // able to move RR pairs. If one of our pointers is afflicted with
2564     // CFGHazards, we cannot perform such code motion so exit early.
2565     const bool WillPerformCodeMotion = RetainsToMove.ReverseInsertPts.size() ||
2566       ReleasesToMove.ReverseInsertPts.size();
2567     if (CFGHazardAfflicted && WillPerformCodeMotion)
2568       return false;
2569   }
2570
2571   // Determine whether the original call points are balanced in the retain and
2572   // release calls through the program. If not, conservatively don't touch
2573   // them.
2574   // TODO: It's theoretically possible to do code motion in this case, as
2575   // long as the existing imbalances are maintained.
2576   if (OldDelta != 0)
2577     return false;
2578
2579 #ifdef ARC_ANNOTATIONS
2580   // Do not move calls if ARC annotations are requested.
2581   if (EnableARCAnnotations)
2582     return false;
2583 #endif // ARC_ANNOTATIONS
2584
2585   Changed = true;
2586   assert(OldCount != 0 && "Unreachable code?");
2587   NumRRs += OldCount - NewCount;
2588   // Set to true if we completely removed any RR pairs.
2589   AnyPairsCompletelyEliminated = NewCount == 0;
2590
2591   // We can move calls!
2592   return true;
2593 }
2594
2595 /// Identify pairings between the retains and releases, and delete and/or move
2596 /// them.
2597 bool
2598 ObjCARCOpt::PerformCodePlacement(DenseMap<const BasicBlock *, BBState>
2599                                    &BBStates,
2600                                  MapVector<Value *, RRInfo> &Retains,
2601                                  DenseMap<Value *, RRInfo> &Releases,
2602                                  Module *M) {
2603   DEBUG(dbgs() << "\n== ObjCARCOpt::PerformCodePlacement ==\n");
2604
2605   bool AnyPairsCompletelyEliminated = false;
2606   RRInfo RetainsToMove;
2607   RRInfo ReleasesToMove;
2608   SmallVector<Instruction *, 4> NewRetains;
2609   SmallVector<Instruction *, 4> NewReleases;
2610   SmallVector<Instruction *, 8> DeadInsts;
2611
2612   // Visit each retain.
2613   for (MapVector<Value *, RRInfo>::const_iterator I = Retains.begin(),
2614        E = Retains.end(); I != E; ++I) {
2615     Value *V = I->first;
2616     if (!V) continue; // blotted
2617
2618     Instruction *Retain = cast<Instruction>(V);
2619
2620     DEBUG(dbgs() << "Visiting: " << *Retain << "\n");
2621
2622     Value *Arg = GetObjCArg(Retain);
2623
2624     // If the object being released is in static or stack storage, we know it's
2625     // not being managed by ObjC reference counting, so we can delete pairs
2626     // regardless of what possible decrements or uses lie between them.
2627     bool KnownSafe = isa<Constant>(Arg) || isa<AllocaInst>(Arg);
2628
2629     // A constant pointer can't be pointing to an object on the heap. It may
2630     // be reference-counted, but it won't be deleted.
2631     if (const LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(Arg))
2632       if (const GlobalVariable *GV =
2633             dyn_cast<GlobalVariable>(
2634               StripPointerCastsAndObjCCalls(LI->getPointerOperand())))
2635         if (GV->isConstant())
2636           KnownSafe = true;
2637
2638     // Connect the dots between the top-down-collected RetainsToMove and
2639     // bottom-up-collected ReleasesToMove to form sets of related calls.
2640     NewRetains.push_back(Retain);
2641     bool PerformMoveCalls =
2642       ConnectTDBUTraversals(BBStates, Retains, Releases, M, NewRetains,
2643                             NewReleases, DeadInsts, RetainsToMove,
2644                             ReleasesToMove, Arg, KnownSafe,
2645                             AnyPairsCompletelyEliminated);
2646
2647     if (PerformMoveCalls) {
2648       // Ok, everything checks out and we're all set. Let's move/delete some
2649       // code!
2650       MoveCalls(Arg, RetainsToMove, ReleasesToMove,
2651                 Retains, Releases, DeadInsts, M);
2652     }
2653
2654     // Clean up state for next retain.
2655     NewReleases.clear();
2656     NewRetains.clear();
2657     RetainsToMove.clear();
2658     ReleasesToMove.clear();
2659   }
2660
2661   // Now that we're done moving everything, we can delete the newly dead
2662   // instructions, as we no longer need them as insert points.
2663   while (!DeadInsts.empty())
2664     EraseInstruction(DeadInsts.pop_back_val());
2665
2666   return AnyPairsCompletelyEliminated;
2667 }
2668
2669 /// Weak pointer optimizations.
2670 void ObjCARCOpt::OptimizeWeakCalls(Function &F) {
2671   DEBUG(dbgs() << "\n== ObjCARCOpt::OptimizeWeakCalls ==\n");
2672
2673   // First, do memdep-style RLE and S2L optimizations. We can't use memdep
2674   // itself because it uses AliasAnalysis and we need to do provenance
2675   // queries instead.
2676   for (inst_iterator I = inst_begin(&F), E = inst_end(&F); I != E; ) {
2677     Instruction *Inst = &*I++;
2678
2679     DEBUG(dbgs() << "Visiting: " << *Inst << "\n");
2680
2681     InstructionClass Class = GetBasicInstructionClass(Inst);
2682     if (Class != IC_LoadWeak && Class != IC_LoadWeakRetained)
2683       continue;
2684
2685     // Delete objc_loadWeak calls with no users.
2686     if (Class == IC_LoadWeak && Inst->use_empty()) {
2687       Inst->eraseFromParent();
2688       continue;
2689     }
2690
2691     // TODO: For now, just look for an earlier available version of this value
2692     // within the same block. Theoretically, we could do memdep-style non-local
2693     // analysis too, but that would want caching. A better approach would be to
2694     // use the technique that EarlyCSE uses.
2695     inst_iterator Current = llvm::prior(I);
2696     BasicBlock *CurrentBB = Current.getBasicBlockIterator();
2697     for (BasicBlock::iterator B = CurrentBB->begin(),
2698                               J = Current.getInstructionIterator();
2699          J != B; --J) {
2700       Instruction *EarlierInst = &*llvm::prior(J);
2701       InstructionClass EarlierClass = GetInstructionClass(EarlierInst);
2702       switch (EarlierClass) {
2703       case IC_LoadWeak:
2704       case IC_LoadWeakRetained: {
2705         // If this is loading from the same pointer, replace this load's value
2706         // with that one.
2707         CallInst *Call = cast<CallInst>(Inst);
2708         CallInst *EarlierCall = cast<CallInst>(EarlierInst);
2709         Value *Arg = Call->getArgOperand(0);
2710         Value *EarlierArg = EarlierCall->getArgOperand(0);
2711         switch (PA.getAA()->alias(Arg, EarlierArg)) {
2712         case AliasAnalysis::MustAlias:
2713           Changed = true;
2714           // If the load has a builtin retain, insert a plain retain for it.
2715           if (Class == IC_LoadWeakRetained) {
2716             Constant *Decl = EP.get(ARCRuntimeEntryPoints::EPT_Retain);
2717             CallInst *CI = CallInst::Create(Decl, EarlierCall, "", Call);
2718             CI->setTailCall();
2719           }
2720           // Zap the fully redundant load.
2721           Call->replaceAllUsesWith(EarlierCall);
2722           Call->eraseFromParent();
2723           goto clobbered;
2724         case AliasAnalysis::MayAlias:
2725         case AliasAnalysis::PartialAlias:
2726           goto clobbered;
2727         case AliasAnalysis::NoAlias:
2728           break;
2729         }
2730         break;
2731       }
2732       case IC_StoreWeak:
2733       case IC_InitWeak: {
2734         // If this is storing to the same pointer and has the same size etc.
2735         // replace this load's value with the stored value.
2736         CallInst *Call = cast<CallInst>(Inst);
2737         CallInst *EarlierCall = cast<CallInst>(EarlierInst);
2738         Value *Arg = Call->getArgOperand(0);
2739         Value *EarlierArg = EarlierCall->getArgOperand(0);
2740         switch (PA.getAA()->alias(Arg, EarlierArg)) {
2741         case AliasAnalysis::MustAlias:
2742           Changed = true;
2743           // If the load has a builtin retain, insert a plain retain for it.
2744           if (Class == IC_LoadWeakRetained) {
2745             Constant *Decl = EP.get(ARCRuntimeEntryPoints::EPT_Retain);
2746             CallInst *CI = CallInst::Create(Decl, EarlierCall, "", Call);
2747             CI->setTailCall();
2748           }
2749           // Zap the fully redundant load.
2750           Call->replaceAllUsesWith(EarlierCall->getArgOperand(1));
2751           Call->eraseFromParent();
2752           goto clobbered;
2753         case AliasAnalysis::MayAlias:
2754         case AliasAnalysis::PartialAlias:
2755           goto clobbered;
2756         case AliasAnalysis::NoAlias:
2757           break;
2758         }
2759         break;
2760       }
2761       case IC_MoveWeak:
2762       case IC_CopyWeak:
2763         // TOOD: Grab the copied value.
2764         goto clobbered;
2765       case IC_AutoreleasepoolPush:
2766       case IC_None:
2767       case IC_IntrinsicUser:
2768       case IC_User:
2769         // Weak pointers are only modified through the weak entry points
2770         // (and arbitrary calls, which could call the weak entry points).
2771         break;
2772       default:
2773         // Anything else could modify the weak pointer.
2774         goto clobbered;
2775       }
2776     }
2777   clobbered:;
2778   }
2779
2780   // Then, for each destroyWeak with an alloca operand, check to see if
2781   // the alloca and all its users can be zapped.
2782   for (inst_iterator I = inst_begin(&F), E = inst_end(&F); I != E; ) {
2783     Instruction *Inst = &*I++;
2784     InstructionClass Class = GetBasicInstructionClass(Inst);
2785     if (Class != IC_DestroyWeak)
2786       continue;
2787
2788     CallInst *Call = cast<CallInst>(Inst);
2789     Value *Arg = Call->getArgOperand(0);
2790     if (AllocaInst *Alloca = dyn_cast<AllocaInst>(Arg)) {
2791       for (Value::use_iterator UI = Alloca->use_begin(),
2792            UE = Alloca->use_end(); UI != UE; ++UI) {
2793         const Instruction *UserInst = cast<Instruction>(*UI);
2794         switch (GetBasicInstructionClass(UserInst)) {
2795         case IC_InitWeak:
2796         case IC_StoreWeak:
2797         case IC_DestroyWeak:
2798           continue;
2799         default:
2800           goto done;
2801         }
2802       }
2803       Changed = true;
2804       for (Value::use_iterator UI = Alloca->use_begin(),
2805            UE = Alloca->use_end(); UI != UE; ) {
2806         CallInst *UserInst = cast<CallInst>(*UI++);
2807         switch (GetBasicInstructionClass(UserInst)) {
2808         case IC_InitWeak:
2809         case IC_StoreWeak:
2810           // These functions return their second argument.
2811           UserInst->replaceAllUsesWith(UserInst->getArgOperand(1));
2812           break;
2813         case IC_DestroyWeak:
2814           // No return value.
2815           break;
2816         default:
2817           llvm_unreachable("alloca really is used!");
2818         }
2819         UserInst->eraseFromParent();
2820       }
2821       Alloca->eraseFromParent();
2822     done:;
2823     }
2824   }
2825 }
2826
2827 /// Identify program paths which execute sequences of retains and releases which
2828 /// can be eliminated.
2829 bool ObjCARCOpt::OptimizeSequences(Function &F) {
2830   // Releases, Retains - These are used to store the results of the main flow
2831   // analysis. These use Value* as the key instead of Instruction* so that the
2832   // map stays valid when we get around to rewriting code and calls get
2833   // replaced by arguments.
2834   DenseMap<Value *, RRInfo> Releases;
2835   MapVector<Value *, RRInfo> Retains;
2836
2837   // This is used during the traversal of the function to track the
2838   // states for each identified object at each block.
2839   DenseMap<const BasicBlock *, BBState> BBStates;
2840
2841   // Analyze the CFG of the function, and all instructions.
2842   bool NestingDetected = Visit(F, BBStates, Retains, Releases);
2843
2844   // Transform.
2845   bool AnyPairsCompletelyEliminated = PerformCodePlacement(BBStates, Retains,
2846                                                            Releases,
2847                                                            F.getParent());
2848
2849   // Cleanup.
2850   MultiOwnersSet.clear();
2851
2852   return AnyPairsCompletelyEliminated && NestingDetected;
2853 }
2854
2855 /// Check if there is a dependent call earlier that does not have anything in
2856 /// between the Retain and the call that can affect the reference count of their
2857 /// shared pointer argument. Note that Retain need not be in BB.
2858 static bool
2859 HasSafePathToPredecessorCall(const Value *Arg, Instruction *Retain,
2860                              SmallPtrSet<Instruction *, 4> &DepInsts,
2861                              SmallPtrSet<const BasicBlock *, 4> &Visited,
2862                              ProvenanceAnalysis &PA) {
2863   FindDependencies(CanChangeRetainCount, Arg, Retain->getParent(), Retain,
2864                    DepInsts, Visited, PA);
2865   if (DepInsts.size() != 1)
2866     return false;
2867
2868   CallInst *Call =
2869     dyn_cast_or_null<CallInst>(*DepInsts.begin());
2870
2871   // Check that the pointer is the return value of the call.
2872   if (!Call || Arg != Call)
2873     return false;
2874
2875   // Check that the call is a regular call.
2876   InstructionClass Class = GetBasicInstructionClass(Call);
2877   if (Class != IC_CallOrUser && Class != IC_Call)
2878     return false;
2879
2880   return true;
2881 }
2882
2883 /// Find a dependent retain that precedes the given autorelease for which there
2884 /// is nothing in between the two instructions that can affect the ref count of
2885 /// Arg.
2886 static CallInst *
2887 FindPredecessorRetainWithSafePath(const Value *Arg, BasicBlock *BB,
2888                                   Instruction *Autorelease,
2889                                   SmallPtrSet<Instruction *, 4> &DepInsts,
2890                                   SmallPtrSet<const BasicBlock *, 4> &Visited,
2891                                   ProvenanceAnalysis &PA) {
2892   FindDependencies(CanChangeRetainCount, Arg,
2893                    BB, Autorelease, DepInsts, Visited, PA);
2894   if (DepInsts.size() != 1)
2895     return 0;
2896
2897   CallInst *Retain =
2898     dyn_cast_or_null<CallInst>(*DepInsts.begin());
2899
2900   // Check that we found a retain with the same argument.
2901   if (!Retain ||
2902       !IsRetain(GetBasicInstructionClass(Retain)) ||
2903       GetObjCArg(Retain) != Arg) {
2904     return 0;
2905   }
2906
2907   return Retain;
2908 }
2909
2910 /// Look for an ``autorelease'' instruction dependent on Arg such that there are
2911 /// no instructions dependent on Arg that need a positive ref count in between
2912 /// the autorelease and the ret.
2913 static CallInst *
2914 FindPredecessorAutoreleaseWithSafePath(const Value *Arg, BasicBlock *BB,
2915                                        ReturnInst *Ret,
2916                                        SmallPtrSet<Instruction *, 4> &DepInsts,
2917                                        SmallPtrSet<const BasicBlock *, 4> &V,
2918                                        ProvenanceAnalysis &PA) {
2919   FindDependencies(NeedsPositiveRetainCount, Arg,
2920                    BB, Ret, DepInsts, V, PA);
2921   if (DepInsts.size() != 1)
2922     return 0;
2923
2924   CallInst *Autorelease =
2925     dyn_cast_or_null<CallInst>(*DepInsts.begin());
2926   if (!Autorelease)
2927     return 0;
2928   InstructionClass AutoreleaseClass = GetBasicInstructionClass(Autorelease);
2929   if (!IsAutorelease(AutoreleaseClass))
2930     return 0;
2931   if (GetObjCArg(Autorelease) != Arg)
2932     return 0;
2933
2934   return Autorelease;
2935 }
2936
2937 /// Look for this pattern:
2938 /// \code
2939 ///    %call = call i8* @something(...)
2940 ///    %2 = call i8* @objc_retain(i8* %call)
2941 ///    %3 = call i8* @objc_autorelease(i8* %2)
2942 ///    ret i8* %3
2943 /// \endcode
2944 /// And delete the retain and autorelease.
2945 void ObjCARCOpt::OptimizeReturns(Function &F) {
2946   if (!F.getReturnType()->isPointerTy())
2947     return;
2948
2949   DEBUG(dbgs() << "\n== ObjCARCOpt::OptimizeReturns ==\n");
2950
2951   SmallPtrSet<Instruction *, 4> DependingInstructions;
2952   SmallPtrSet<const BasicBlock *, 4> Visited;
2953   for (Function::iterator FI = F.begin(), FE = F.end(); FI != FE; ++FI) {
2954     BasicBlock *BB = FI;
2955     ReturnInst *Ret = dyn_cast<ReturnInst>(&BB->back());
2956
2957     DEBUG(dbgs() << "Visiting: " << *Ret << "\n");
2958
2959     if (!Ret)
2960       continue;
2961
2962     const Value *Arg = StripPointerCastsAndObjCCalls(Ret->getOperand(0));
2963
2964     // Look for an ``autorelease'' instruction that is a predecessor of Ret and
2965     // dependent on Arg such that there are no instructions dependent on Arg
2966     // that need a positive ref count in between the autorelease and Ret.
2967     CallInst *Autorelease =
2968       FindPredecessorAutoreleaseWithSafePath(Arg, BB, Ret,
2969                                              DependingInstructions, Visited,
2970                                              PA);
2971     DependingInstructions.clear();
2972     Visited.clear();
2973
2974     if (!Autorelease)
2975       continue;
2976
2977     CallInst *Retain =
2978       FindPredecessorRetainWithSafePath(Arg, BB, Autorelease,
2979                                         DependingInstructions, Visited, PA);
2980     DependingInstructions.clear();
2981     Visited.clear();
2982
2983     if (!Retain)
2984       continue;
2985
2986     // Check that there is nothing that can affect the reference count
2987     // between the retain and the call.  Note that Retain need not be in BB.
2988     bool HasSafePathToCall = HasSafePathToPredecessorCall(Arg, Retain,
2989                                                           DependingInstructions,
2990                                                           Visited, PA);
2991     DependingInstructions.clear();
2992     Visited.clear();
2993
2994     if (!HasSafePathToCall)
2995       continue;
2996
2997     // If so, we can zap the retain and autorelease.
2998     Changed = true;
2999     ++NumRets;
3000     DEBUG(dbgs() << "Erasing: " << *Retain << "\nErasing: "
3001           << *Autorelease << "\n");
3002     EraseInstruction(Retain);
3003     EraseInstruction(Autorelease);
3004   }
3005 }
3006
3007 #ifndef NDEBUG
3008 void
3009 ObjCARCOpt::GatherStatistics(Function &F, bool AfterOptimization) {
3010   llvm::Statistic &NumRetains =
3011     AfterOptimization? NumRetainsAfterOpt : NumRetainsBeforeOpt;
3012   llvm::Statistic &NumReleases =
3013     AfterOptimization? NumReleasesAfterOpt : NumReleasesBeforeOpt;
3014
3015   for (inst_iterator I = inst_begin(&F), E = inst_end(&F); I != E; ) {
3016     Instruction *Inst = &*I++;
3017     switch (GetBasicInstructionClass(Inst)) {
3018     default:
3019       break;
3020     case IC_Retain:
3021       ++NumRetains;
3022       break;
3023     case IC_Release:
3024       ++NumReleases;
3025       break;
3026     }
3027   }
3028 }
3029 #endif
3030
3031 bool ObjCARCOpt::doInitialization(Module &M) {
3032   if (!EnableARCOpts)
3033     return false;
3034
3035   // If nothing in the Module uses ARC, don't do anything.
3036   Run = ModuleHasARC(M);
3037   if (!Run)
3038     return false;
3039
3040   // Identify the imprecise release metadata kind.
3041   ImpreciseReleaseMDKind =
3042     M.getContext().getMDKindID("clang.imprecise_release");
3043   CopyOnEscapeMDKind =
3044     M.getContext().getMDKindID("clang.arc.copy_on_escape");
3045   NoObjCARCExceptionsMDKind =
3046     M.getContext().getMDKindID("clang.arc.no_objc_arc_exceptions");
3047 #ifdef ARC_ANNOTATIONS
3048   ARCAnnotationBottomUpMDKind =
3049     M.getContext().getMDKindID("llvm.arc.annotation.bottomup");
3050   ARCAnnotationTopDownMDKind =
3051     M.getContext().getMDKindID("llvm.arc.annotation.topdown");
3052   ARCAnnotationProvenanceSourceMDKind =
3053     M.getContext().getMDKindID("llvm.arc.annotation.provenancesource");
3054 #endif // ARC_ANNOTATIONS
3055
3056   // Intuitively, objc_retain and others are nocapture, however in practice
3057   // they are not, because they return their argument value. And objc_release
3058   // calls finalizers which can have arbitrary side effects.
3059
3060   // Initialize our runtime entry point cache.
3061   EP.Initialize(&M);
3062
3063   return false;
3064 }
3065
3066 bool ObjCARCOpt::runOnFunction(Function &F) {
3067   if (!EnableARCOpts)
3068     return false;
3069
3070   // If nothing in the Module uses ARC, don't do anything.
3071   if (!Run)
3072     return false;
3073
3074   Changed = false;
3075
3076   DEBUG(dbgs() << "<<< ObjCARCOpt: Visiting Function: " << F.getName() << " >>>"
3077         "\n");
3078
3079   PA.setAA(&getAnalysis<AliasAnalysis>());
3080
3081 #ifndef NDEBUG
3082   if (AreStatisticsEnabled()) {
3083     GatherStatistics(F, false);
3084   }
3085 #endif
3086
3087   // This pass performs several distinct transformations. As a compile-time aid
3088   // when compiling code that isn't ObjC, skip these if the relevant ObjC
3089   // library functions aren't declared.
3090
3091   // Preliminary optimizations. This also computes UsedInThisFunction.
3092   OptimizeIndividualCalls(F);
3093
3094   // Optimizations for weak pointers.
3095   if (UsedInThisFunction & ((1 << IC_LoadWeak) |
3096                             (1 << IC_LoadWeakRetained) |
3097                             (1 << IC_StoreWeak) |
3098                             (1 << IC_InitWeak) |
3099                             (1 << IC_CopyWeak) |
3100                             (1 << IC_MoveWeak) |
3101                             (1 << IC_DestroyWeak)))
3102     OptimizeWeakCalls(F);
3103
3104   // Optimizations for retain+release pairs.
3105   if (UsedInThisFunction & ((1 << IC_Retain) |
3106                             (1 << IC_RetainRV) |
3107                             (1 << IC_RetainBlock)))
3108     if (UsedInThisFunction & (1 << IC_Release))
3109       // Run OptimizeSequences until it either stops making changes or
3110       // no retain+release pair nesting is detected.
3111       while (OptimizeSequences(F)) {}
3112
3113   // Optimizations if objc_autorelease is used.
3114   if (UsedInThisFunction & ((1 << IC_Autorelease) |
3115                             (1 << IC_AutoreleaseRV)))
3116     OptimizeReturns(F);
3117
3118   // Gather statistics after optimization.
3119 #ifndef NDEBUG
3120   if (AreStatisticsEnabled()) {
3121     GatherStatistics(F, true);
3122   }
3123 #endif
3124
3125   DEBUG(dbgs() << "\n");
3126
3127   return Changed;
3128 }
3129
3130 void ObjCARCOpt::releaseMemory() {
3131   PA.clear();
3132 }
3133
3134 /// @}
3135 ///