r113526 introduced an unintended change to the loop unrolling threshold. Revert it.
[oota-llvm.git] / lib / Analysis / InlineCost.cpp
1 //===- InlineCost.cpp - Cost analysis for inliner -------------------------===//
2 //
3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
4 //
5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
6 // License. See LICENSE.TXT for details.
7 //
8 //===----------------------------------------------------------------------===//
9 //
10 // This file implements inline cost analysis.
11 //
12 //===----------------------------------------------------------------------===//
13
14 #include "llvm/Analysis/InlineCost.h"
15 #include "llvm/Support/CallSite.h"
16 #include "llvm/CallingConv.h"
17 #include "llvm/IntrinsicInst.h"
18 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
19 using namespace llvm;
20
21 /// callIsSmall - If a call is likely to lower to a single target instruction,
22 /// or is otherwise deemed small return true.
23 /// TODO: Perhaps calls like memcpy, strcpy, etc?
24 bool llvm::callIsSmall(const Function *F) {
25   if (!F) return false;
26   
27   if (F->hasLocalLinkage()) return false;
28   
29   if (!F->hasName()) return false;
30   
31   StringRef Name = F->getName();
32   
33   // These will all likely lower to a single selection DAG node.
34   if (Name == "copysign" || Name == "copysignf" || Name == "copysignl" ||
35       Name == "fabs" || Name == "fabsf" || Name == "fabsl" ||
36       Name == "sin" || Name == "sinf" || Name == "sinl" ||
37       Name == "cos" || Name == "cosf" || Name == "cosl" ||
38       Name == "sqrt" || Name == "sqrtf" || Name == "sqrtl" )
39     return true;
40   
41   // These are all likely to be optimized into something smaller.
42   if (Name == "pow" || Name == "powf" || Name == "powl" ||
43       Name == "exp2" || Name == "exp2l" || Name == "exp2f" ||
44       Name == "floor" || Name == "floorf" || Name == "ceil" ||
45       Name == "round" || Name == "ffs" || Name == "ffsl" ||
46       Name == "abs" || Name == "labs" || Name == "llabs")
47     return true;
48   
49   return false;
50 }
51
52 /// analyzeBasicBlock - Fill in the current structure with information gleaned
53 /// from the specified block.
54 void CodeMetrics::analyzeBasicBlock(const BasicBlock *BB) {
55   ++NumBlocks;
56   unsigned NumInstsBeforeThisBB = NumInsts;
57   for (BasicBlock::const_iterator II = BB->begin(), E = BB->end();
58        II != E; ++II) {
59     if (isa<PHINode>(II)) continue;           // PHI nodes don't count.
60
61     // Special handling for calls.
62     if (isa<CallInst>(II) || isa<InvokeInst>(II)) {
63       if (isa<DbgInfoIntrinsic>(II))
64         continue;  // Debug intrinsics don't count as size.
65
66       ImmutableCallSite CS(cast<Instruction>(II));
67
68       // If this function contains a call to setjmp or _setjmp, never inline
69       // it.  This is a hack because we depend on the user marking their local
70       // variables as volatile if they are live across a setjmp call, and they
71       // probably won't do this in callers.
72       if (const Function *F = CS.getCalledFunction()) {
73         if (F->isDeclaration() && 
74             (F->getName() == "setjmp" || F->getName() == "_setjmp"))
75           callsSetJmp = true;
76        
77         // If this call is to function itself, then the function is recursive.
78         // Inlining it into other functions is a bad idea, because this is
79         // basically just a form of loop peeling, and our metrics aren't useful
80         // for that case.
81         if (F == BB->getParent())
82           isRecursive = true;
83       }
84
85       if (!isa<IntrinsicInst>(II) && !callIsSmall(CS.getCalledFunction())) {
86         // Each argument to a call takes on average one instruction to set up.
87         NumInsts += CS.arg_size();
88
89         // We don't want inline asm to count as a call - that would prevent loop
90         // unrolling. The argument setup cost is still real, though.
91         if (!isa<InlineAsm>(CS.getCalledValue()))
92           ++NumCalls;
93       }
94     }
95     
96     if (const AllocaInst *AI = dyn_cast<AllocaInst>(II)) {
97       if (!AI->isStaticAlloca())
98         this->usesDynamicAlloca = true;
99     }
100
101     if (isa<ExtractElementInst>(II) || II->getType()->isVectorTy())
102       ++NumVectorInsts; 
103     
104     if (const CastInst *CI = dyn_cast<CastInst>(II)) {
105       // Noop casts, including ptr <-> int,  don't count.
106       if (CI->isLosslessCast() || isa<IntToPtrInst>(CI) || 
107           isa<PtrToIntInst>(CI))
108         continue;
109       // Result of a cmp instruction is often extended (to be used by other
110       // cmp instructions, logical or return instructions). These are usually
111       // nop on most sane targets.
112       if (isa<CmpInst>(CI->getOperand(0)))
113         continue;
114     } else if (const GetElementPtrInst *GEPI = dyn_cast<GetElementPtrInst>(II)){
115       // If a GEP has all constant indices, it will probably be folded with
116       // a load/store.
117       if (GEPI->hasAllConstantIndices())
118         continue;
119     }
120
121     ++NumInsts;
122   }
123   
124   if (isa<ReturnInst>(BB->getTerminator()))
125     ++NumRets;
126   
127   // We never want to inline functions that contain an indirectbr.  This is
128   // incorrect because all the blockaddress's (in static global initializers
129   // for example) would be referring to the original function, and this indirect
130   // jump would jump from the inlined copy of the function into the original
131   // function which is extremely undefined behavior.
132   if (isa<IndirectBrInst>(BB->getTerminator()))
133     containsIndirectBr = true;
134
135   // Remember NumInsts for this BB.
136   NumBBInsts[BB] = NumInsts - NumInstsBeforeThisBB;
137 }
138
139 // CountCodeReductionForConstant - Figure out an approximation for how many
140 // instructions will be constant folded if the specified value is constant.
141 //
142 unsigned CodeMetrics::CountCodeReductionForConstant(Value *V) {
143   unsigned Reduction = 0;
144   for (Value::use_iterator UI = V->use_begin(), E = V->use_end(); UI != E;++UI){
145     User *U = *UI;
146     if (isa<BranchInst>(U) || isa<SwitchInst>(U)) {
147       // We will be able to eliminate all but one of the successors.
148       const TerminatorInst &TI = cast<TerminatorInst>(*U);
149       const unsigned NumSucc = TI.getNumSuccessors();
150       unsigned Instrs = 0;
151       for (unsigned I = 0; I != NumSucc; ++I)
152         Instrs += NumBBInsts[TI.getSuccessor(I)];
153       // We don't know which blocks will be eliminated, so use the average size.
154       Reduction += InlineConstants::InstrCost*Instrs*(NumSucc-1)/NumSucc;
155     } else if (CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(U)) {
156       // Turning an indirect call into a direct call is a BIG win
157       if (CI->getCalledValue() == V)
158         Reduction += InlineConstants::IndirectCallBonus;
159     } else if (InvokeInst *II = dyn_cast<InvokeInst>(U)) {
160       // Turning an indirect call into a direct call is a BIG win
161       if (II->getCalledValue() == V)
162         Reduction += InlineConstants::IndirectCallBonus;
163     } else {
164       // Figure out if this instruction will be removed due to simple constant
165       // propagation.
166       Instruction &Inst = cast<Instruction>(*U);
167
168       // We can't constant propagate instructions which have effects or
169       // read memory.
170       //
171       // FIXME: It would be nice to capture the fact that a load from a
172       // pointer-to-constant-global is actually a *really* good thing to zap.
173       // Unfortunately, we don't know the pointer that may get propagated here,
174       // so we can't make this decision.
175       if (Inst.mayReadFromMemory() || Inst.mayHaveSideEffects() ||
176           isa<AllocaInst>(Inst))
177         continue;
178
179       bool AllOperandsConstant = true;
180       for (unsigned i = 0, e = Inst.getNumOperands(); i != e; ++i)
181         if (!isa<Constant>(Inst.getOperand(i)) && Inst.getOperand(i) != V) {
182           AllOperandsConstant = false;
183           break;
184         }
185
186       if (AllOperandsConstant) {
187         // We will get to remove this instruction...
188         Reduction += InlineConstants::InstrCost;
189
190         // And any other instructions that use it which become constants
191         // themselves.
192         Reduction += CountCodeReductionForConstant(&Inst);
193       }
194     }
195   }
196   return Reduction;
197 }
198
199 // CountCodeReductionForAlloca - Figure out an approximation of how much smaller
200 // the function will be if it is inlined into a context where an argument
201 // becomes an alloca.
202 //
203 unsigned CodeMetrics::CountCodeReductionForAlloca(Value *V) {
204   if (!V->getType()->isPointerTy()) return 0;  // Not a pointer
205   unsigned Reduction = 0;
206   for (Value::use_iterator UI = V->use_begin(), E = V->use_end(); UI != E;++UI){
207     Instruction *I = cast<Instruction>(*UI);
208     if (isa<LoadInst>(I) || isa<StoreInst>(I))
209       Reduction += InlineConstants::InstrCost;
210     else if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(I)) {
211       // If the GEP has variable indices, we won't be able to do much with it.
212       if (GEP->hasAllConstantIndices())
213         Reduction += CountCodeReductionForAlloca(GEP);
214     } else if (BitCastInst *BCI = dyn_cast<BitCastInst>(I)) {
215       // Track pointer through bitcasts.
216       Reduction += CountCodeReductionForAlloca(BCI);
217     } else {
218       // If there is some other strange instruction, we're not going to be able
219       // to do much if we inline this.
220       return 0;
221     }
222   }
223
224   return Reduction;
225 }
226
227 /// analyzeFunction - Fill in the current structure with information gleaned
228 /// from the specified function.
229 void CodeMetrics::analyzeFunction(Function *F) {
230   // Look at the size of the callee.
231   for (Function::const_iterator BB = F->begin(), E = F->end(); BB != E; ++BB)
232     analyzeBasicBlock(&*BB);
233 }
234
235 /// analyzeFunction - Fill in the current structure with information gleaned
236 /// from the specified function.
237 void InlineCostAnalyzer::FunctionInfo::analyzeFunction(Function *F) {
238   Metrics.analyzeFunction(F);
239
240   // A function with exactly one return has it removed during the inlining
241   // process (see InlineFunction), so don't count it.
242   // FIXME: This knowledge should really be encoded outside of FunctionInfo.
243   if (Metrics.NumRets==1)
244     --Metrics.NumInsts;
245
246   // Don't bother calculating argument weights if we are never going to inline
247   // the function anyway.
248   if (NeverInline())
249     return;
250
251   // Check out all of the arguments to the function, figuring out how much
252   // code can be eliminated if one of the arguments is a constant.
253   ArgumentWeights.reserve(F->arg_size());
254   for (Function::arg_iterator I = F->arg_begin(), E = F->arg_end(); I != E; ++I)
255     ArgumentWeights.push_back(ArgInfo(Metrics.CountCodeReductionForConstant(I),
256                                       Metrics.CountCodeReductionForAlloca(I)));
257 }
258
259 /// NeverInline - returns true if the function should never be inlined into
260 /// any caller
261 bool InlineCostAnalyzer::FunctionInfo::NeverInline()
262 {
263   return (Metrics.callsSetJmp || Metrics.isRecursive || 
264           Metrics.containsIndirectBr);
265
266 }
267 // getInlineCost - The heuristic used to determine if we should inline the
268 // function call or not.
269 //
270 InlineCost InlineCostAnalyzer::getInlineCost(CallSite CS,
271                                SmallPtrSet<const Function*, 16> &NeverInline) {
272   return getInlineCost(CS, CS.getCalledFunction(), NeverInline);
273 }
274
275 InlineCost InlineCostAnalyzer::getInlineCost(CallSite CS,
276                                Function *Callee,
277                                SmallPtrSet<const Function*, 16> &NeverInline) {
278   Instruction *TheCall = CS.getInstruction();
279   Function *Caller = TheCall->getParent()->getParent();
280   bool isDirectCall = CS.getCalledFunction() == Callee;
281
282   // Don't inline functions which can be redefined at link-time to mean
283   // something else.  Don't inline functions marked noinline or call sites
284   // marked noinline.
285   if (Callee->mayBeOverridden() ||
286       Callee->hasFnAttr(Attribute::NoInline) || NeverInline.count(Callee) ||
287       CS.isNoInline())
288     return llvm::InlineCost::getNever();
289
290   // InlineCost - This value measures how good of an inline candidate this call
291   // site is to inline.  A lower inline cost make is more likely for the call to
292   // be inlined.  This value may go negative.
293   //
294   int InlineCost = 0;
295
296   // If there is only one call of the function, and it has internal linkage,
297   // make it almost guaranteed to be inlined.
298   //
299   if (Callee->hasLocalLinkage() && Callee->hasOneUse() && isDirectCall)
300     InlineCost += InlineConstants::LastCallToStaticBonus;
301   
302   // If this function uses the coldcc calling convention, prefer not to inline
303   // it.
304   if (Callee->getCallingConv() == CallingConv::Cold)
305     InlineCost += InlineConstants::ColdccPenalty;
306   
307   // If the instruction after the call, or if the normal destination of the
308   // invoke is an unreachable instruction, the function is noreturn.  As such,
309   // there is little point in inlining this.
310   if (InvokeInst *II = dyn_cast<InvokeInst>(TheCall)) {
311     if (isa<UnreachableInst>(II->getNormalDest()->begin()))
312       InlineCost += InlineConstants::NoreturnPenalty;
313   } else if (isa<UnreachableInst>(++BasicBlock::iterator(TheCall)))
314     InlineCost += InlineConstants::NoreturnPenalty;
315   
316   // Get information about the callee.
317   FunctionInfo *CalleeFI = &CachedFunctionInfo[Callee];
318   
319   // If we haven't calculated this information yet, do so now.
320   if (CalleeFI->Metrics.NumBlocks == 0)
321     CalleeFI->analyzeFunction(Callee);
322
323   // If we should never inline this, return a huge cost.
324   if (CalleeFI->NeverInline())
325     return InlineCost::getNever();
326
327   // FIXME: It would be nice to kill off CalleeFI->NeverInline. Then we
328   // could move this up and avoid computing the FunctionInfo for
329   // things we are going to just return always inline for. This
330   // requires handling setjmp somewhere else, however.
331   if (!Callee->isDeclaration() && Callee->hasFnAttr(Attribute::AlwaysInline))
332     return InlineCost::getAlways();
333     
334   if (CalleeFI->Metrics.usesDynamicAlloca) {
335     // Get infomation about the caller.
336     FunctionInfo &CallerFI = CachedFunctionInfo[Caller];
337
338     // If we haven't calculated this information yet, do so now.
339     if (CallerFI.Metrics.NumBlocks == 0) {
340       CallerFI.analyzeFunction(Caller);
341      
342       // Recompute the CalleeFI pointer, getting Caller could have invalidated
343       // it.
344       CalleeFI = &CachedFunctionInfo[Callee];
345     }
346
347     // Don't inline a callee with dynamic alloca into a caller without them.
348     // Functions containing dynamic alloca's are inefficient in various ways;
349     // don't create more inefficiency.
350     if (!CallerFI.Metrics.usesDynamicAlloca)
351       return InlineCost::getNever();
352   }
353
354   // Add to the inline quality for properties that make the call valuable to
355   // inline.  This includes factors that indicate that the result of inlining
356   // the function will be optimizable.  Currently this just looks at arguments
357   // passed into the function.
358   //
359   unsigned ArgNo = 0;
360   for (CallSite::arg_iterator I = CS.arg_begin(), E = CS.arg_end();
361        I != E; ++I, ++ArgNo) {
362     // Each argument passed in has a cost at both the caller and the callee
363     // sides.  Measurements show that each argument costs about the same as an
364     // instruction.
365     InlineCost -= InlineConstants::InstrCost;
366
367     // If an alloca is passed in, inlining this function is likely to allow
368     // significant future optimization possibilities (like scalar promotion, and
369     // scalarization), so encourage the inlining of the function.
370     //
371     if (isa<AllocaInst>(I)) {
372       if (ArgNo < CalleeFI->ArgumentWeights.size())
373         InlineCost -= CalleeFI->ArgumentWeights[ArgNo].AllocaWeight;
374
375       // If this is a constant being passed into the function, use the argument
376       // weights calculated for the callee to determine how much will be folded
377       // away with this information.
378     } else if (isa<Constant>(I)) {
379       if (ArgNo < CalleeFI->ArgumentWeights.size())
380         InlineCost -= CalleeFI->ArgumentWeights[ArgNo].ConstantWeight;
381     }
382   }
383   
384   // Now that we have considered all of the factors that make the call site more
385   // likely to be inlined, look at factors that make us not want to inline it.
386
387   // Calls usually take a long time, so they make the inlining gain smaller.
388   InlineCost += CalleeFI->Metrics.NumCalls * InlineConstants::CallPenalty;
389
390   // Look at the size of the callee. Each instruction counts as 5.
391   InlineCost += CalleeFI->Metrics.NumInsts*InlineConstants::InstrCost;
392
393   return llvm::InlineCost::get(InlineCost);
394 }
395
396 // getInlineFudgeFactor - Return a > 1.0 factor if the inliner should use a
397 // higher threshold to determine if the function call should be inlined.
398 float InlineCostAnalyzer::getInlineFudgeFactor(CallSite CS) {
399   Function *Callee = CS.getCalledFunction();
400   
401   // Get information about the callee.
402   FunctionInfo &CalleeFI = CachedFunctionInfo[Callee];
403   
404   // If we haven't calculated this information yet, do so now.
405   if (CalleeFI.Metrics.NumBlocks == 0)
406     CalleeFI.analyzeFunction(Callee);
407
408   float Factor = 1.0f;
409   // Single BB functions are often written to be inlined.
410   if (CalleeFI.Metrics.NumBlocks == 1)
411     Factor += 0.5f;
412
413   // Be more aggressive if the function contains a good chunk (if it mades up
414   // at least 10% of the instructions) of vector instructions.
415   if (CalleeFI.Metrics.NumVectorInsts > CalleeFI.Metrics.NumInsts/2)
416     Factor += 2.0f;
417   else if (CalleeFI.Metrics.NumVectorInsts > CalleeFI.Metrics.NumInsts/10)
418     Factor += 1.5f;
419   return Factor;
420 }
421
422 /// growCachedCostInfo - update the cached cost info for Caller after Callee has
423 /// been inlined.
424 void
425 InlineCostAnalyzer::growCachedCostInfo(Function *Caller, Function *Callee) {
426   CodeMetrics &CallerMetrics = CachedFunctionInfo[Caller].Metrics;
427
428   // For small functions we prefer to recalculate the cost for better accuracy.
429   if (CallerMetrics.NumBlocks < 10 || CallerMetrics.NumInsts < 1000) {
430     resetCachedCostInfo(Caller);
431     return;
432   }
433
434   // For large functions, we can save a lot of computation time by skipping
435   // recalculations.
436   if (CallerMetrics.NumCalls > 0)
437     --CallerMetrics.NumCalls;
438
439   if (Callee == 0) return;
440   
441   CodeMetrics &CalleeMetrics = CachedFunctionInfo[Callee].Metrics;
442
443   // If we don't have metrics for the callee, don't recalculate them just to
444   // update an approximation in the caller.  Instead, just recalculate the
445   // caller info from scratch.
446   if (CalleeMetrics.NumBlocks == 0) {
447     resetCachedCostInfo(Caller);
448     return;
449   }
450   
451   // Since CalleeMetrics were already calculated, we know that the CallerMetrics
452   // reference isn't invalidated: both were in the DenseMap.
453   CallerMetrics.usesDynamicAlloca |= CalleeMetrics.usesDynamicAlloca;
454
455   // FIXME: If any of these three are true for the callee, the callee was
456   // not inlined into the caller, so I think they're redundant here.
457   CallerMetrics.callsSetJmp |= CalleeMetrics.callsSetJmp;
458   CallerMetrics.isRecursive |= CalleeMetrics.isRecursive;
459   CallerMetrics.containsIndirectBr |= CalleeMetrics.containsIndirectBr;
460
461   CallerMetrics.NumInsts += CalleeMetrics.NumInsts;
462   CallerMetrics.NumBlocks += CalleeMetrics.NumBlocks;
463   CallerMetrics.NumCalls += CalleeMetrics.NumCalls;
464   CallerMetrics.NumVectorInsts += CalleeMetrics.NumVectorInsts;
465   CallerMetrics.NumRets += CalleeMetrics.NumRets;
466
467   // analyzeBasicBlock counts each function argument as an inst.
468   if (CallerMetrics.NumInsts >= Callee->arg_size())
469     CallerMetrics.NumInsts -= Callee->arg_size();
470   else
471     CallerMetrics.NumInsts = 0;
472   
473   // We are not updating the argument weights. We have already determined that
474   // Caller is a fairly large function, so we accept the loss of precision.
475 }
476
477 /// clear - empty the cache of inline costs
478 void InlineCostAnalyzer::clear() {
479   CachedFunctionInfo.clear();
480 }