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 // CountCodeReductionForConstant - Figure out an approximation for how many
  22 // instructions will be constant folded if the specified value is constant.
  23 //
  24 unsigned InlineCostAnalyzer::FunctionInfo::
  25          CountCodeReductionForConstant(Value *V) {
  26   unsigned Reduction = 0;
  27   for (Value::use_iterator UI = V->use_begin(), E = V->use_end(); UI != E; ++UI)
  28     if (isa<BranchInst>(*UI))
  29       Reduction += 40;          // Eliminating a conditional branch is a big win
  30     else if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(*UI))
  31       // Eliminating a switch is a big win, proportional to the number of edges
  32       // deleted.
  33       Reduction += (SI->getNumSuccessors()-1) * 40;
  34     else if (CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(*UI)) {
  35       // Turning an indirect call into a direct call is a BIG win
  36       Reduction += CI->getCalledValue() == V ? 500 : 0;
  37     } else if (InvokeInst *II = dyn_cast<InvokeInst>(*UI)) {
  38       // Turning an indirect call into a direct call is a BIG win
  39       Reduction += II->getCalledValue() == V ? 500 : 0;
  40     } else {
  41       // Figure out if this instruction will be removed due to simple constant
  42       // propagation.
  43       Instruction &Inst = cast<Instruction>(**UI);
  44
  45       // We can't constant propagate instructions which have effects or
  46       // read memory.
  47       //
  48       // FIXME: It would be nice to capture the fact that a load from a
  49       // pointer-to-constant-global is actually a *really* good thing to zap.
  50       // Unfortunately, we don't know the pointer that may get propagated here,
  51       // so we can't make this decision.
  52       if (Inst.mayReadFromMemory() || Inst.mayHaveSideEffects() ||
  53           isa<AllocationInst>(Inst))
  54         continue;
  55
  56       bool AllOperandsConstant = true;
  57       for (unsigned i = 0, e = Inst.getNumOperands(); i != e; ++i)
  58         if (!isa<Constant>(Inst.getOperand(i)) && Inst.getOperand(i) != V) {
  59           AllOperandsConstant = false;
  60           break;
  61         }
  62
  63       if (AllOperandsConstant) {
  64         // We will get to remove this instruction...
  65         Reduction += 7;
  66
  67         // And any other instructions that use it which become constants
  68         // themselves.
  69         Reduction += CountCodeReductionForConstant(&Inst);
  70       }
  71     }
  72
  73   return Reduction;
  74 }
  75
  76 // CountCodeReductionForAlloca - Figure out an approximation of how much smaller
  77 // the function will be if it is inlined into a context where an argument
  78 // becomes an alloca.
  79 //
  80 unsigned InlineCostAnalyzer::FunctionInfo::
  81          CountCodeReductionForAlloca(Value *V) {
  82   if (!isa<PointerType>(V->getType())) return 0;  // Not a pointer
  83   unsigned Reduction = 0;
  84   for (Value::use_iterator UI = V->use_begin(), E = V->use_end(); UI != E;++UI){
  85     Instruction *I = cast<Instruction>(*UI);
  86     if (isa<LoadInst>(I) || isa<StoreInst>(I))
  87       Reduction += 10;
  88     else if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(I)) {
  89       // If the GEP has variable indices, we won't be able to do much with it.
  90       if (!GEP->hasAllConstantIndices())
  91         Reduction += CountCodeReductionForAlloca(GEP)+15;
  92     } else {
  93       // If there is some other strange instruction, we're not going to be able
  94       // to do much if we inline this.
  95       return 0;
  96     }
  97   }
  98
  99   return Reduction;
 100 }
 101
 102 /// analyzeBasicBlock - Fill in the current structure with information gleaned
 103 /// from the specified block.
 104 void CodeMetrics::analyzeBasicBlock(const BasicBlock *BB) {
 105   ++NumBlocks;
 106
 107   for (BasicBlock::const_iterator II = BB->begin(), E = BB->end();
 108        II != E; ++II) {
 109     if (isa<PHINode>(II)) continue;           // PHI nodes don't count.
 110
 111     // Special handling for calls.
 112     if (isa<CallInst>(II) || isa<InvokeInst>(II)) {
 113       if (isa<DbgInfoIntrinsic>(II))
 114         continue;  // Debug intrinsics don't count as size.
 115
 116       CallSite CS = CallSite::get(const_cast<Instruction*>(&*II));
 117
 118       // If this function contains a call to setjmp or _setjmp, never inline
 119       // it.  This is a hack because we depend on the user marking their local
 120       // variables as volatile if they are live across a setjmp call, and they
 121       // probably won't do this in callers.
 122       if (Function *F = CS.getCalledFunction())
 123         if (F->isDeclaration() &&
 124             (F->getName() == "setjmp" || F->getName() == "_setjmp"))
 125           NeverInline = true;
 126
 127       // Calls often compile into many machine instructions.  Bump up their
 128       // cost to reflect this.
 129       if (!isa<IntrinsicInst>(II))
 130         NumInsts += InlineConstants::CallPenalty;
 131     }
 132
 133     // These, too, are calls.
 134     if (isa<MallocInst>(II) || isa<FreeInst>(II))
 135       NumInsts += InlineConstants::CallPenalty;
 136
 137     if (const AllocaInst *AI = dyn_cast<AllocaInst>(II)) {
 138       if (!AI->isStaticAlloca())
 139         this->usesDynamicAlloca = true;
 140     }
 141
 142     if (isa<ExtractElementInst>(II) || isa<VectorType>(II->getType()))
 143       ++NumVectorInsts;
 144
 145     // Noop casts, including ptr <-> int,  don't count.
 146     if (const CastInst *CI = dyn_cast<CastInst>(II)) {
 147       if (CI->isLosslessCast() || isa<IntToPtrInst>(CI) ||
 148           isa<PtrToIntInst>(CI))
 149         continue;
 150     } else if (const GetElementPtrInst *GEPI =
 151                dyn_cast<GetElementPtrInst>(II)) {
 152       // If a GEP has all constant indices, it will probably be folded with
 153       // a load/store.
 154       if (GEPI->hasAllConstantIndices())
 155         continue;
 156     }
 157
 158     if (isa<ReturnInst>(II))
 159       ++NumRets;
 160
 161     ++NumInsts;
 162   }
 163 }
 164
 165 /// analyzeFunction - Fill in the current structure with information gleaned
 166 /// from the specified function.
 167 void CodeMetrics::analyzeFunction(Function *F) {
 168   // Look at the size of the callee.
 169   for (Function::const_iterator BB = F->begin(), E = F->end(); BB != E; ++BB)
 170     analyzeBasicBlock(&*BB);
 171 }
 172
 173 /// analyzeFunction - Fill in the current structure with information gleaned
 174 /// from the specified function.
 175 void InlineCostAnalyzer::FunctionInfo::analyzeFunction(Function *F) {
 176   Metrics.analyzeFunction(F);
 177
 178   // A function with exactly one return has it removed during the inlining
 179   // process (see InlineFunction), so don't count it.
 180   // FIXME: This knowledge should really be encoded outside of FunctionInfo.
 181   if (Metrics.NumRets==1)
 182     --Metrics.NumInsts;
 183
 184   // Check out all of the arguments to the function, figuring out how much
 185   // code can be eliminated if one of the arguments is a constant.
 186   for (Function::arg_iterator I = F->arg_begin(), E = F->arg_end(); I != E; ++I)
 187     ArgumentWeights.push_back(ArgInfo(CountCodeReductionForConstant(I),
 188                                       CountCodeReductionForAlloca(I)));
 189 }
 190
 191 // getInlineCost - The heuristic used to determine if we should inline the
 192 // function call or not.
 193 //
 194 InlineCost InlineCostAnalyzer::getInlineCost(CallSite CS,
 195                                SmallPtrSet<const Function *, 16> &NeverInline) {
 196   Instruction *TheCall = CS.getInstruction();
 197   Function *Callee = CS.getCalledFunction();
 198   Function *Caller = TheCall->getParent()->getParent();
 199
 200   // Don't inline functions which can be redefined at link-time to mean
 201   // something else.  Don't inline functions marked noinline.
 202   if (Callee->mayBeOverridden() ||
 203       Callee->hasFnAttr(Attribute::NoInline) || NeverInline.count(Callee))
 204     return llvm::InlineCost::getNever();
 205
 206   // InlineCost - This value measures how good of an inline candidate this call
 207   // site is to inline.  A lower inline cost make is more likely for the call to
 208   // be inlined.  This value may go negative.
 209   //
 210   int InlineCost = 0;
 211
 212   // If there is only one call of the function, and it has internal linkage,
 213   // make it almost guaranteed to be inlined.
 214   //
 215   if (Callee->hasLocalLinkage() && Callee->hasOneUse())
 216     InlineCost += InlineConstants::LastCallToStaticBonus;
 217
 218   // If this function uses the coldcc calling convention, prefer not to inline
 219   // it.
 220   if (Callee->getCallingConv() == CallingConv::Cold)
 221     InlineCost += InlineConstants::ColdccPenalty;
 222
 223   // If the instruction after the call, or if the normal destination of the
 224   // invoke is an unreachable instruction, the function is noreturn.  As such,
 225   // there is little point in inlining this.
 226   if (InvokeInst *II = dyn_cast<InvokeInst>(TheCall)) {
 227     if (isa<UnreachableInst>(II->getNormalDest()->begin()))
 228       InlineCost += InlineConstants::NoreturnPenalty;
 229   } else if (isa<UnreachableInst>(++BasicBlock::iterator(TheCall)))
 230     InlineCost += InlineConstants::NoreturnPenalty;
 231
 232   // Get information about the callee...
 233   FunctionInfo &CalleeFI = CachedFunctionInfo[Callee];
 234
 235   // If we haven't calculated this information yet, do so now.
 236   if (CalleeFI.Metrics.NumBlocks == 0)
 237     CalleeFI.analyzeFunction(Callee);
 238
 239   // If we should never inline this, return a huge cost.
 240   if (CalleeFI.Metrics.NeverInline)
 241     return InlineCost::getNever();
 242
 243   // FIXME: It would be nice to kill off CalleeFI.NeverInline. Then we
 244   // could move this up and avoid computing the FunctionInfo for
 245   // things we are going to just return always inline for. This
 246   // requires handling setjmp somewhere else, however.
 247   if (!Callee->isDeclaration() && Callee->hasFnAttr(Attribute::AlwaysInline))
 248     return InlineCost::getAlways();
 249
 250   if (CalleeFI.Metrics.usesDynamicAlloca) {
 251     // Get infomation about the caller...
 252     FunctionInfo &CallerFI = CachedFunctionInfo[Caller];
 253
 254     // If we haven't calculated this information yet, do so now.
 255     if (CallerFI.Metrics.NumBlocks == 0)
 256       CallerFI.analyzeFunction(Caller);
 257
 258     // Don't inline a callee with dynamic alloca into a caller without them.
 259     // Functions containing dynamic alloca's are inefficient in various ways;
 260     // don't create more inefficiency.
 261     if (!CallerFI.Metrics.usesDynamicAlloca)
 262       return InlineCost::getNever();
 263   }
 264
 265   // Add to the inline quality for properties that make the call valuable to
 266   // inline.  This includes factors that indicate that the result of inlining
 267   // the function will be optimizable.  Currently this just looks at arguments
 268   // passed into the function.
 269   //
 270   unsigned ArgNo = 0;
 271   for (CallSite::arg_iterator I = CS.arg_begin(), E = CS.arg_end();
 272        I != E; ++I, ++ArgNo) {
 273     // Each argument passed in has a cost at both the caller and the callee
 274     // sides.  This favors functions that take many arguments over functions
 275     // that take few arguments.
 276     InlineCost -= 20;
 277
 278     // If this is a function being passed in, it is very likely that we will be
 279     // able to turn an indirect function call into a direct function call.
 280     if (isa<Function>(I))
 281       InlineCost -= 100;
 282
 283     // If an alloca is passed in, inlining this function is likely to allow
 284     // significant future optimization possibilities (like scalar promotion, and
 285     // scalarization), so encourage the inlining of the function.
 286     //
 287     else if (isa<AllocaInst>(I)) {
 288       if (ArgNo < CalleeFI.ArgumentWeights.size())
 289         InlineCost -= CalleeFI.ArgumentWeights[ArgNo].AllocaWeight;
 290
 291       // If this is a constant being passed into the function, use the argument
 292       // weights calculated for the callee to determine how much will be folded
 293       // away with this information.
 294     } else if (isa<Constant>(I)) {
 295       if (ArgNo < CalleeFI.ArgumentWeights.size())
 296         InlineCost -= CalleeFI.ArgumentWeights[ArgNo].ConstantWeight;
 297     }
 298   }
 299
 300   // Now that we have considered all of the factors that make the call site more
 301   // likely to be inlined, look at factors that make us not want to inline it.
 302
 303   // Don't inline into something too big, which would make it bigger.
 304   // "size" here is the number of basic blocks, not instructions.
 305   //
 306   InlineCost += Caller->size()/15;
 307
 308   // Look at the size of the callee. Each instruction counts as 5.
 309   InlineCost += CalleeFI.Metrics.NumInsts*5;
 310
 311   return llvm::InlineCost::get(InlineCost);
 312 }
 313
 314 // getInlineFudgeFactor - Return a > 1.0 factor if the inliner should use a
 315 // higher threshold to determine if the function call should be inlined.
 316 float InlineCostAnalyzer::getInlineFudgeFactor(CallSite CS) {
 317   Function *Callee = CS.getCalledFunction();
 318
 319   // Get information about the callee...
 320   FunctionInfo &CalleeFI = CachedFunctionInfo[Callee];
 321
 322   // If we haven't calculated this information yet, do so now.
 323   if (CalleeFI.Metrics.NumBlocks == 0)
 324     CalleeFI.analyzeFunction(Callee);
 325
 326   float Factor = 1.0f;
 327   // Single BB functions are often written to be inlined.
 328   if (CalleeFI.Metrics.NumBlocks == 1)
 329     Factor += 0.5f;
 330
 331   // Be more aggressive if the function contains a good chunk (if it mades up
 332   // at least 10% of the instructions) of vector instructions.
 333   if (CalleeFI.Metrics.NumVectorInsts > CalleeFI.Metrics.NumInsts/2)
 334     Factor += 2.0f;
 335   else if (CalleeFI.Metrics.NumVectorInsts > CalleeFI.Metrics.NumInsts/10)
 336     Factor += 1.5f;
 337   return Factor;
 338 }