Implement GlobalConstifier/trivialstore.llx, and also do some
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / IPO / LowerSetJmp.cpp
1 //===- LowerSetJmp.cpp - Code pertaining to lowering set/long jumps -------===//
2 // 
3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
4 //
5 // This file was developed by the LLVM research group and is distributed under
6 // the University of Illinois Open Source License. See LICENSE.TXT for details.
7 // 
8 //===----------------------------------------------------------------------===//
9 //
10 //  This file implements the lowering of setjmp and longjmp to use the
11 //  LLVM invoke and unwind instructions as necessary.
12 //
13 //  Lowering of longjmp is fairly trivial. We replace the call with a
14 //  call to the LLVM library function "__llvm_sjljeh_throw_longjmp()".
15 //  This unwinds the stack for us calling all of the destructors for
16 //  objects allocated on the stack.
17 //
18 //  At a setjmp call, the basic block is split and the setjmp removed.
19 //  The calls in a function that have a setjmp are converted to invoke
20 //  where the except part checks to see if it's a longjmp exception and,
21 //  if so, if it's handled in the function. If it is, then it gets the
22 //  value returned by the longjmp and goes to where the basic block was
23 //  split. Invoke instructions are handled in a similar fashion with the
24 //  original except block being executed if it isn't a longjmp except
25 //  that is handled by that function.
26 //
27 //===----------------------------------------------------------------------===//
28
29 //===----------------------------------------------------------------------===//
30 // FIXME: This pass doesn't deal with PHI statements just yet. That is,
31 // we expect this to occur before SSAification is done. This would seem
32 // to make sense, but in general, it might be a good idea to make this
33 // pass invokable via the "opt" command at will.
34 //===----------------------------------------------------------------------===//
35
36 #include "llvm/Transforms/IPO.h"
37 #include "llvm/Constants.h"
38 #include "llvm/DerivedTypes.h"
39 #include "llvm/Instructions.h"
40 #include "llvm/Intrinsics.h"
41 #include "llvm/Module.h"
42 #include "llvm/Pass.h"
43 #include "llvm/Support/CFG.h"
44 #include "llvm/Support/InstVisitor.h"
45 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
46 #include "llvm/ADT/DepthFirstIterator.h"
47 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
48 #include "llvm/ADT/StringExtras.h"
49 #include "llvm/ADT/VectorExtras.h"
50 using namespace llvm;
51
52 namespace {
53   Statistic<> LongJmpsTransformed("lowersetjmp",
54                                   "Number of longjmps transformed");
55   Statistic<> SetJmpsTransformed("lowersetjmp",
56                                  "Number of setjmps transformed");
57   Statistic<> CallsTransformed("lowersetjmp",
58                                "Number of calls invokified");
59   Statistic<> InvokesTransformed("lowersetjmp",
60                                  "Number of invokes modified");
61
62   //===--------------------------------------------------------------------===//
63   // LowerSetJmp pass implementation. This is subclassed from the "Pass"
64   // class because it works on a module as a whole, not a function at a
65   // time.
66
67   class LowerSetJmp : public ModulePass,
68                       public InstVisitor<LowerSetJmp> {
69     // LLVM library functions...
70     Function* InitSJMap;        // __llvm_sjljeh_init_setjmpmap
71     Function* DestroySJMap;     // __llvm_sjljeh_destroy_setjmpmap
72     Function* AddSJToMap;       // __llvm_sjljeh_add_setjmp_to_map
73     Function* ThrowLongJmp;     // __llvm_sjljeh_throw_longjmp
74     Function* TryCatchLJ;       // __llvm_sjljeh_try_catching_longjmp_exception
75     Function* IsLJException;    // __llvm_sjljeh_is_longjmp_exception
76     Function* GetLJValue;       // __llvm_sjljeh_get_longjmp_value
77
78     typedef std::pair<SwitchInst*, CallInst*> SwitchValuePair;
79
80     // Keep track of those basic blocks reachable via a depth-first search of
81     // the CFG from a setjmp call. We only need to transform those "call" and
82     // "invoke" instructions that are reachable from the setjmp call site.
83     std::set<BasicBlock*> DFSBlocks;
84
85     // The setjmp map is going to hold information about which setjmps
86     // were called (each setjmp gets its own number) and with which
87     // buffer it was called.
88     std::map<Function*, AllocaInst*>            SJMap;
89
90     // The rethrow basic block map holds the basic block to branch to if
91     // the exception isn't handled in the current function and needs to
92     // be rethrown.
93     std::map<const Function*, BasicBlock*>      RethrowBBMap;
94
95     // The preliminary basic block map holds a basic block that grabs the
96     // exception and determines if it's handled by the current function.
97     std::map<const Function*, BasicBlock*>      PrelimBBMap;
98
99     // The switch/value map holds a switch inst/call inst pair. The
100     // switch inst controls which handler (if any) gets called and the
101     // value is the value returned to that handler by the call to
102     // __llvm_sjljeh_get_longjmp_value.
103     std::map<const Function*, SwitchValuePair>  SwitchValMap;
104
105     // A map of which setjmps we've seen so far in a function.
106     std::map<const Function*, unsigned>         SetJmpIDMap;
107
108     AllocaInst*     GetSetJmpMap(Function* Func);
109     BasicBlock*     GetRethrowBB(Function* Func);
110     SwitchValuePair GetSJSwitch(Function* Func, BasicBlock* Rethrow);
111
112     void TransformLongJmpCall(CallInst* Inst);
113     void TransformSetJmpCall(CallInst* Inst);
114
115     bool IsTransformableFunction(const std::string& Name);
116   public:
117     void visitCallInst(CallInst& CI);
118     void visitInvokeInst(InvokeInst& II);
119     void visitReturnInst(ReturnInst& RI);
120     void visitUnwindInst(UnwindInst& UI);
121
122     bool runOnModule(Module& M);
123     bool doInitialization(Module& M);
124   };
125
126   RegisterOpt<LowerSetJmp> X("lowersetjmp", "Lower Set Jump");
127 } // end anonymous namespace
128
129 // run - Run the transformation on the program. We grab the function
130 // prototypes for longjmp and setjmp. If they are used in the program,
131 // then we can go directly to the places they're at and transform them.
132 bool LowerSetJmp::runOnModule(Module& M) {
133   bool Changed = false;
134
135   // These are what the functions are called.
136   Function* SetJmp = M.getNamedFunction("llvm.setjmp");
137   Function* LongJmp = M.getNamedFunction("llvm.longjmp");
138
139   // This program doesn't have longjmp and setjmp calls.
140   if ((!LongJmp || LongJmp->use_empty()) &&
141         (!SetJmp || SetJmp->use_empty())) return false;
142
143   // Initialize some values and functions we'll need to transform the
144   // setjmp/longjmp functions.
145   doInitialization(M);
146
147   if (SetJmp) {
148     for (Value::use_iterator B = SetJmp->use_begin(), E = SetJmp->use_end();
149          B != E; ++B) {
150       BasicBlock* BB = cast<Instruction>(*B)->getParent();
151       for (df_ext_iterator<BasicBlock*> I = df_ext_begin(BB, DFSBlocks),
152              E = df_ext_end(BB, DFSBlocks); I != E; ++I)
153         /* empty */;
154     }
155
156     while (!SetJmp->use_empty()) {
157       assert(isa<CallInst>(SetJmp->use_back()) &&
158              "User of setjmp intrinsic not a call?");
159       TransformSetJmpCall(cast<CallInst>(SetJmp->use_back()));
160       Changed = true;
161     }
162   }
163
164   if (LongJmp)
165     while (!LongJmp->use_empty()) {
166       assert(isa<CallInst>(LongJmp->use_back()) &&
167              "User of longjmp intrinsic not a call?");
168       TransformLongJmpCall(cast<CallInst>(LongJmp->use_back()));
169       Changed = true;
170     }
171
172   // Now go through the affected functions and convert calls and invokes
173   // to new invokes...
174   for (std::map<Function*, AllocaInst*>::iterator
175       B = SJMap.begin(), E = SJMap.end(); B != E; ++B) {
176     Function* F = B->first;
177     for (Function::iterator BB = F->begin(), BE = F->end(); BB != BE; ++BB)
178       for (BasicBlock::iterator IB = BB->begin(), IE = BB->end(); IB != IE; ) {
179         visit(*IB++);
180         if (IB != BB->end() && IB->getParent() != BB)
181           break;  // The next instruction got moved to a different block!
182       }
183   }
184
185   DFSBlocks.clear();
186   SJMap.clear();
187   RethrowBBMap.clear();
188   PrelimBBMap.clear();
189   SwitchValMap.clear();
190   SetJmpIDMap.clear();
191
192   return Changed;
193 }
194
195 // doInitialization - For the lower long/setjmp pass, this ensures that a
196 // module contains a declaration for the intrisic functions we are going
197 // to call to convert longjmp and setjmp calls.
198 //
199 // This function is always successful, unless it isn't.
200 bool LowerSetJmp::doInitialization(Module& M)
201 {
202   const Type *SBPTy = PointerType::get(Type::SByteTy);
203   const Type *SBPPTy = PointerType::get(SBPTy);
204
205   // N.B. See llvm/runtime/GCCLibraries/libexception/SJLJ-Exception.h for
206   // a description of the following library functions.
207
208   // void __llvm_sjljeh_init_setjmpmap(void**)
209   InitSJMap = M.getOrInsertFunction("__llvm_sjljeh_init_setjmpmap",
210                                     Type::VoidTy, SBPPTy, 0); 
211   // void __llvm_sjljeh_destroy_setjmpmap(void**)
212   DestroySJMap = M.getOrInsertFunction("__llvm_sjljeh_destroy_setjmpmap",
213                                        Type::VoidTy, SBPPTy, 0);
214
215   // void __llvm_sjljeh_add_setjmp_to_map(void**, void*, unsigned)
216   AddSJToMap = M.getOrInsertFunction("__llvm_sjljeh_add_setjmp_to_map",
217                                      Type::VoidTy, SBPPTy, SBPTy,
218                                      Type::UIntTy, 0);
219
220   // void __llvm_sjljeh_throw_longjmp(int*, int)
221   ThrowLongJmp = M.getOrInsertFunction("__llvm_sjljeh_throw_longjmp",
222                                        Type::VoidTy, SBPTy, Type::IntTy, 0);
223
224   // unsigned __llvm_sjljeh_try_catching_longjmp_exception(void **)
225   TryCatchLJ =
226     M.getOrInsertFunction("__llvm_sjljeh_try_catching_longjmp_exception",
227                           Type::UIntTy, SBPPTy, 0);
228
229   // bool __llvm_sjljeh_is_longjmp_exception()
230   IsLJException = M.getOrInsertFunction("__llvm_sjljeh_is_longjmp_exception",
231                                         Type::BoolTy, 0);
232
233   // int __llvm_sjljeh_get_longjmp_value()
234   GetLJValue = M.getOrInsertFunction("__llvm_sjljeh_get_longjmp_value",
235                                      Type::IntTy, 0);
236   return true;
237 }
238
239 // IsTransformableFunction - Return true if the function name isn't one
240 // of the ones we don't want transformed. Currently, don't transform any
241 // "llvm.{setjmp,longjmp}" functions and none of the setjmp/longjmp error
242 // handling functions (beginning with __llvm_sjljeh_...they don't throw
243 // exceptions).
244 bool LowerSetJmp::IsTransformableFunction(const std::string& Name)
245 {
246   std::string SJLJEh("__llvm_sjljeh");
247
248   if (Name.size() > SJLJEh.size())
249     return std::string(Name.begin(), Name.begin() + SJLJEh.size()) != SJLJEh;
250
251   return true;
252 }
253
254 // TransformLongJmpCall - Transform a longjmp call into a call to the
255 // internal __llvm_sjljeh_throw_longjmp function. It then takes care of
256 // throwing the exception for us.
257 void LowerSetJmp::TransformLongJmpCall(CallInst* Inst)
258 {
259   const Type* SBPTy = PointerType::get(Type::SByteTy);
260
261   // Create the call to "__llvm_sjljeh_throw_longjmp". This takes the
262   // same parameters as "longjmp", except that the buffer is cast to a
263   // char*. It returns "void", so it doesn't need to replace any of
264   // Inst's uses and doesn't get a name.
265   CastInst* CI = new CastInst(Inst->getOperand(1), SBPTy, "LJBuf", Inst);
266   new CallInst(ThrowLongJmp, make_vector<Value*>(CI, Inst->getOperand(2), 0),
267                "", Inst);
268
269   SwitchValuePair& SVP = SwitchValMap[Inst->getParent()->getParent()];
270
271   // If the function has a setjmp call in it (they are transformed first)
272   // we should branch to the basic block that determines if this longjmp
273   // is applicable here. Otherwise, issue an unwind.
274   if (SVP.first)
275     new BranchInst(SVP.first->getParent(), Inst);
276   else
277     new UnwindInst(Inst);
278
279   // Remove all insts after the branch/unwind inst.
280   Inst->getParent()->getInstList().erase(Inst,
281                                        Inst->getParent()->getInstList().end());
282
283   ++LongJmpsTransformed;
284 }
285
286 // GetSetJmpMap - Retrieve (create and initialize, if necessary) the
287 // setjmp map. This map is going to hold information about which setjmps
288 // were called (each setjmp gets its own number) and with which buffer it
289 // was called. There can be only one!
290 AllocaInst* LowerSetJmp::GetSetJmpMap(Function* Func)
291 {
292   if (SJMap[Func]) return SJMap[Func];
293
294   // Insert the setjmp map initialization before the first instruction in
295   // the function.
296   Instruction* Inst = Func->getEntryBlock().begin();
297   assert(Inst && "Couldn't find even ONE instruction in entry block!");
298
299   // Fill in the alloca and call to initialize the SJ map.
300   const Type *SBPTy = PointerType::get(Type::SByteTy);
301   AllocaInst* Map = new AllocaInst(SBPTy, 0, "SJMap", Inst);
302   new CallInst(InitSJMap, make_vector<Value*>(Map, 0), "", Inst);
303   return SJMap[Func] = Map;
304 }
305
306 // GetRethrowBB - Only one rethrow basic block is needed per function.
307 // If this is a longjmp exception but not handled in this block, this BB
308 // performs the rethrow.
309 BasicBlock* LowerSetJmp::GetRethrowBB(Function* Func)
310 {
311   if (RethrowBBMap[Func]) return RethrowBBMap[Func];
312
313   // The basic block we're going to jump to if we need to rethrow the
314   // exception.
315   BasicBlock* Rethrow = new BasicBlock("RethrowExcept", Func);
316
317   // Fill in the "Rethrow" BB with a call to rethrow the exception. This
318   // is the last instruction in the BB since at this point the runtime
319   // should exit this function and go to the next function.
320   new UnwindInst(Rethrow);
321   return RethrowBBMap[Func] = Rethrow;
322 }
323
324 // GetSJSwitch - Return the switch statement that controls which handler
325 // (if any) gets called and the value returned to that handler.
326 LowerSetJmp::SwitchValuePair LowerSetJmp::GetSJSwitch(Function* Func,
327                                                       BasicBlock* Rethrow)
328 {
329   if (SwitchValMap[Func].first) return SwitchValMap[Func];
330
331   BasicBlock* LongJmpPre = new BasicBlock("LongJmpBlkPre", Func);
332   BasicBlock::InstListType& LongJmpPreIL = LongJmpPre->getInstList();
333
334   // Keep track of the preliminary basic block for some of the other
335   // transformations.
336   PrelimBBMap[Func] = LongJmpPre;
337
338   // Grab the exception.
339   CallInst* Cond = new
340     CallInst(IsLJException, std::vector<Value*>(), "IsLJExcept");
341   LongJmpPreIL.push_back(Cond);
342
343   // The "decision basic block" gets the number associated with the
344   // setjmp call returning to switch on and the value returned by
345   // longjmp.
346   BasicBlock* DecisionBB = new BasicBlock("LJDecisionBB", Func);
347   BasicBlock::InstListType& DecisionBBIL = DecisionBB->getInstList();
348
349   new BranchInst(DecisionBB, Rethrow, Cond, LongJmpPre);
350
351   // Fill in the "decision" basic block.
352   CallInst* LJVal = new CallInst(GetLJValue, std::vector<Value*>(), "LJVal");
353   DecisionBBIL.push_back(LJVal);
354   CallInst* SJNum = new
355     CallInst(TryCatchLJ, make_vector<Value*>(GetSetJmpMap(Func), 0), "SJNum");
356   DecisionBBIL.push_back(SJNum);
357
358   SwitchInst* SI = new SwitchInst(SJNum, Rethrow, DecisionBB);
359   return SwitchValMap[Func] = SwitchValuePair(SI, LJVal);
360 }
361
362 // TransformSetJmpCall - The setjmp call is a bit trickier to transform.
363 // We're going to convert all setjmp calls to nops. Then all "call" and
364 // "invoke" instructions in the function are converted to "invoke" where
365 // the "except" branch is used when returning from a longjmp call.
366 void LowerSetJmp::TransformSetJmpCall(CallInst* Inst)
367 {
368   BasicBlock* ABlock = Inst->getParent();
369   Function* Func = ABlock->getParent();
370
371   // Add this setjmp to the setjmp map.
372   const Type* SBPTy = PointerType::get(Type::SByteTy);
373   CastInst* BufPtr = new CastInst(Inst->getOperand(1), SBPTy, "SBJmpBuf", Inst);
374   new CallInst(AddSJToMap,
375                make_vector<Value*>(GetSetJmpMap(Func), BufPtr,
376                                    ConstantUInt::get(Type::UIntTy,
377                                                      SetJmpIDMap[Func]++), 0),
378                "", Inst);
379
380   // We are guaranteed that there are no values live across basic blocks
381   // (because we are "not in SSA form" yet), but there can still be values live
382   // in basic blocks.  Because of this, splitting the setjmp block can cause
383   // values above the setjmp to not dominate uses which are after the setjmp
384   // call.  For all of these occasions, we must spill the value to the stack.
385   //
386   std::set<Instruction*> InstrsAfterCall;
387
388   // The call is probably very close to the end of the basic block, for the
389   // common usage pattern of: 'if (setjmp(...))', so keep track of the
390   // instructions after the call.
391   for (BasicBlock::iterator I = ++BasicBlock::iterator(Inst), E = ABlock->end();
392        I != E; ++I)
393     InstrsAfterCall.insert(I);    
394
395   for (BasicBlock::iterator II = ABlock->begin();
396        II != BasicBlock::iterator(Inst); ++II)
397     // Loop over all of the uses of instruction.  If any of them are after the
398     // call, "spill" the value to the stack.
399     for (Value::use_iterator UI = II->use_begin(), E = II->use_end();
400          UI != E; ++UI)
401       if (cast<Instruction>(*UI)->getParent() != ABlock ||
402           InstrsAfterCall.count(cast<Instruction>(*UI))) {
403         DemoteRegToStack(*II);
404         break;
405       }
406   InstrsAfterCall.clear();
407
408   // Change the setjmp call into a branch statement. We'll remove the
409   // setjmp call in a little bit. No worries.
410   BasicBlock* SetJmpContBlock = ABlock->splitBasicBlock(Inst);
411   assert(SetJmpContBlock && "Couldn't split setjmp BB!!");
412
413   SetJmpContBlock->setName("SetJmpContBlock");
414
415   // This PHI node will be in the new block created from the
416   // splitBasicBlock call.
417   PHINode* PHI = new PHINode(Type::IntTy, "SetJmpReturn", Inst);
418
419   // Coming from a call to setjmp, the return is 0.
420   PHI->addIncoming(ConstantInt::getNullValue(Type::IntTy), ABlock);
421
422   // Add the case for this setjmp's number...
423   SwitchValuePair SVP = GetSJSwitch(Func, GetRethrowBB(Func));
424   SVP.first->addCase(ConstantUInt::get(Type::UIntTy, SetJmpIDMap[Func] - 1),
425                      SetJmpContBlock);
426
427   // Value coming from the handling of the exception.
428   PHI->addIncoming(SVP.second, SVP.second->getParent());
429
430   // Replace all uses of this instruction with the PHI node created by
431   // the eradication of setjmp.
432   Inst->replaceAllUsesWith(PHI);
433   Inst->getParent()->getInstList().erase(Inst);
434
435   ++SetJmpsTransformed;
436 }
437
438 // visitCallInst - This converts all LLVM call instructions into invoke
439 // instructions. The except part of the invoke goes to the "LongJmpBlkPre"
440 // that grabs the exception and proceeds to determine if it's a longjmp
441 // exception or not.
442 void LowerSetJmp::visitCallInst(CallInst& CI)
443 {
444   if (CI.getCalledFunction())
445     if (!IsTransformableFunction(CI.getCalledFunction()->getName()) ||
446         CI.getCalledFunction()->isIntrinsic()) return;
447
448   BasicBlock* OldBB = CI.getParent();
449
450   // If not reachable from a setjmp call, don't transform.
451   if (!DFSBlocks.count(OldBB)) return;
452
453   BasicBlock* NewBB = OldBB->splitBasicBlock(CI);
454   assert(NewBB && "Couldn't split BB of \"call\" instruction!!");
455   NewBB->setName("Call2Invoke");
456
457   Function* Func = OldBB->getParent();
458
459   // Construct the new "invoke" instruction.
460   TerminatorInst* Term = OldBB->getTerminator();
461   std::vector<Value*> Params(CI.op_begin() + 1, CI.op_end());
462   InvokeInst* II = new
463     InvokeInst(CI.getCalledValue(), NewBB, PrelimBBMap[Func],
464                Params, CI.getName(), Term); 
465
466   // Replace the old call inst with the invoke inst and remove the call.
467   CI.replaceAllUsesWith(II);
468   CI.getParent()->getInstList().erase(&CI);
469
470   // The old terminator is useless now that we have the invoke inst.
471   Term->getParent()->getInstList().erase(Term);
472   ++CallsTransformed;
473 }
474
475 // visitInvokeInst - Converting the "invoke" instruction is fairly
476 // straight-forward. The old exception part is replaced by a query asking
477 // if this is a longjmp exception. If it is, then it goes to the longjmp
478 // exception blocks. Otherwise, control is passed the old exception.
479 void LowerSetJmp::visitInvokeInst(InvokeInst& II)
480 {
481   if (II.getCalledFunction())
482     if (!IsTransformableFunction(II.getCalledFunction()->getName()) ||
483         II.getCalledFunction()->isIntrinsic()) return;
484
485   BasicBlock* BB = II.getParent();
486
487   // If not reachable from a setjmp call, don't transform.
488   if (!DFSBlocks.count(BB)) return;
489
490   BasicBlock* NormalBB = II.getNormalDest();
491   BasicBlock* ExceptBB = II.getUnwindDest();
492
493   Function* Func = BB->getParent();
494   BasicBlock* NewExceptBB = new BasicBlock("InvokeExcept", Func);
495   BasicBlock::InstListType& InstList = NewExceptBB->getInstList();
496
497   // If this is a longjmp exception, then branch to the preliminary BB of
498   // the longjmp exception handling. Otherwise, go to the old exception.
499   CallInst* IsLJExcept = new
500     CallInst(IsLJException, std::vector<Value*>(), "IsLJExcept");
501   InstList.push_back(IsLJExcept);
502
503   new BranchInst(PrelimBBMap[Func], ExceptBB, IsLJExcept, NewExceptBB);
504
505   II.setUnwindDest(NewExceptBB);
506   ++InvokesTransformed;
507 }
508
509 // visitReturnInst - We want to destroy the setjmp map upon exit from the
510 // function.
511 void LowerSetJmp::visitReturnInst(ReturnInst &RI) {
512   Function* Func = RI.getParent()->getParent();
513   new CallInst(DestroySJMap, make_vector<Value*>(GetSetJmpMap(Func), 0),
514                "", &RI);
515 }
516
517 // visitUnwindInst - We want to destroy the setjmp map upon exit from the
518 // function.
519 void LowerSetJmp::visitUnwindInst(UnwindInst &UI) {
520   Function* Func = UI.getParent()->getParent();
521   new CallInst(DestroySJMap, make_vector<Value*>(GetSetJmpMap(Func), 0),
522                "", &UI);
523 }
524
525 ModulePass *llvm::createLowerSetJmpPass() {
526   return new LowerSetJmp();
527 }
528