Added debug message to ObjCARC when we transform objc_retainAutorelasedReturnValue...
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / Scalar / ObjCARC.cpp
1 //===- ObjCARC.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 //
10 // This file defines ObjC ARC optimizations. ARC stands for
11 // Automatic Reference Counting and is a system for managing reference counts
12 // for objects 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, pattern-matching and replacement of
17 // low-level operations into higher-level operations, and numerous minor
18 // simplifications.
19 //
20 // This file also defines a simple ARC-aware AliasAnalysis.
21 //
22 // WARNING: This file knows about certain library functions. It recognizes them
23 // by name, and hardwires knowledge of their semantics.
24 //
25 // WARNING: This file knows about how certain Objective-C library functions are
26 // used. Naive LLVM IR transformations which would otherwise be
27 // behavior-preserving may break these assumptions.
28 //
29 //===----------------------------------------------------------------------===//
30
31 #define DEBUG_TYPE "objc-arc"
32 #include "llvm/ADT/DenseMap.h"
33 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
34 #include "llvm/Support/Debug.h"
35 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
36 using namespace llvm;
37
38 // A handy option to enable/disable all optimizations in this file.
39 static cl::opt<bool> EnableARCOpts("enable-objc-arc-opts", cl::init(true));
40
41 //===----------------------------------------------------------------------===//
42 // Misc. Utilities
43 //===----------------------------------------------------------------------===//
44
45 namespace {
46   /// MapVector - An associative container with fast insertion-order
47   /// (deterministic) iteration over its elements. Plus the special
48   /// blot operation.
49   template<class KeyT, class ValueT>
50   class MapVector {
51     /// Map - Map keys to indices in Vector.
52     typedef DenseMap<KeyT, size_t> MapTy;
53     MapTy Map;
54
55     /// Vector - Keys and values.
56     typedef std::vector<std::pair<KeyT, ValueT> > VectorTy;
57     VectorTy Vector;
58
59   public:
60     typedef typename VectorTy::iterator iterator;
61     typedef typename VectorTy::const_iterator const_iterator;
62     iterator begin() { return Vector.begin(); }
63     iterator end() { return Vector.end(); }
64     const_iterator begin() const { return Vector.begin(); }
65     const_iterator end() const { return Vector.end(); }
66
67 #ifdef XDEBUG
68     ~MapVector() {
69       assert(Vector.size() >= Map.size()); // May differ due to blotting.
70       for (typename MapTy::const_iterator I = Map.begin(), E = Map.end();
71            I != E; ++I) {
72         assert(I->second < Vector.size());
73         assert(Vector[I->second].first == I->first);
74       }
75       for (typename VectorTy::const_iterator I = Vector.begin(),
76            E = Vector.end(); I != E; ++I)
77         assert(!I->first ||
78                (Map.count(I->first) &&
79                 Map[I->first] == size_t(I - Vector.begin())));
80     }
81 #endif
82
83     ValueT &operator[](const KeyT &Arg) {
84       std::pair<typename MapTy::iterator, bool> Pair =
85         Map.insert(std::make_pair(Arg, size_t(0)));
86       if (Pair.second) {
87         size_t Num = Vector.size();
88         Pair.first->second = Num;
89         Vector.push_back(std::make_pair(Arg, ValueT()));
90         return Vector[Num].second;
91       }
92       return Vector[Pair.first->second].second;
93     }
94
95     std::pair<iterator, bool>
96     insert(const std::pair<KeyT, ValueT> &InsertPair) {
97       std::pair<typename MapTy::iterator, bool> Pair =
98         Map.insert(std::make_pair(InsertPair.first, size_t(0)));
99       if (Pair.second) {
100         size_t Num = Vector.size();
101         Pair.first->second = Num;
102         Vector.push_back(InsertPair);
103         return std::make_pair(Vector.begin() + Num, true);
104       }
105       return std::make_pair(Vector.begin() + Pair.first->second, false);
106     }
107
108     const_iterator find(const KeyT &Key) const {
109       typename MapTy::const_iterator It = Map.find(Key);
110       if (It == Map.end()) return Vector.end();
111       return Vector.begin() + It->second;
112     }
113
114     /// blot - This is similar to erase, but instead of removing the element
115     /// from the vector, it just zeros out the key in the vector. This leaves
116     /// iterators intact, but clients must be prepared for zeroed-out keys when
117     /// iterating.
118     void blot(const KeyT &Key) {
119       typename MapTy::iterator It = Map.find(Key);
120       if (It == Map.end()) return;
121       Vector[It->second].first = KeyT();
122       Map.erase(It);
123     }
124
125     void clear() {
126       Map.clear();
127       Vector.clear();
128     }
129   };
130 }
131
132 //===----------------------------------------------------------------------===//
133 // ARC Utilities.
134 //===----------------------------------------------------------------------===//
135
136 #include "llvm/ADT/StringSwitch.h"
137 #include "llvm/Analysis/ValueTracking.h"
138 #include "llvm/IR/Intrinsics.h"
139 #include "llvm/IR/Module.h"
140 #include "llvm/Support/CallSite.h"
141 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
142
143 namespace {
144   /// InstructionClass - A simple classification for instructions.
145   enum InstructionClass {
146     IC_Retain,              ///< objc_retain
147     IC_RetainRV,            ///< objc_retainAutoreleasedReturnValue
148     IC_RetainBlock,         ///< objc_retainBlock
149     IC_Release,             ///< objc_release
150     IC_Autorelease,         ///< objc_autorelease
151     IC_AutoreleaseRV,       ///< objc_autoreleaseReturnValue
152     IC_AutoreleasepoolPush, ///< objc_autoreleasePoolPush
153     IC_AutoreleasepoolPop,  ///< objc_autoreleasePoolPop
154     IC_NoopCast,            ///< objc_retainedObject, etc.
155     IC_FusedRetainAutorelease, ///< objc_retainAutorelease
156     IC_FusedRetainAutoreleaseRV, ///< objc_retainAutoreleaseReturnValue
157     IC_LoadWeakRetained,    ///< objc_loadWeakRetained (primitive)
158     IC_StoreWeak,           ///< objc_storeWeak (primitive)
159     IC_InitWeak,            ///< objc_initWeak (derived)
160     IC_LoadWeak,            ///< objc_loadWeak (derived)
161     IC_MoveWeak,            ///< objc_moveWeak (derived)
162     IC_CopyWeak,            ///< objc_copyWeak (derived)
163     IC_DestroyWeak,         ///< objc_destroyWeak (derived)
164     IC_StoreStrong,         ///< objc_storeStrong (derived)
165     IC_CallOrUser,          ///< could call objc_release and/or "use" pointers
166     IC_Call,                ///< could call objc_release
167     IC_User,                ///< could "use" a pointer
168     IC_None                 ///< anything else
169   };
170 }
171
172 /// IsPotentialUse - Test whether the given value is possible a
173 /// reference-counted pointer.
174 static bool IsPotentialUse(const Value *Op) {
175   // Pointers to static or stack storage are not reference-counted pointers.
176   if (isa<Constant>(Op) || isa<AllocaInst>(Op))
177     return false;
178   // Special arguments are not reference-counted.
179   if (const Argument *Arg = dyn_cast<Argument>(Op))
180     if (Arg->hasByValAttr() ||
181         Arg->hasNestAttr() ||
182         Arg->hasStructRetAttr())
183       return false;
184   // Only consider values with pointer types.
185   // It seemes intuitive to exclude function pointer types as well, since
186   // functions are never reference-counted, however clang occasionally
187   // bitcasts reference-counted pointers to function-pointer type
188   // temporarily.
189   PointerType *Ty = dyn_cast<PointerType>(Op->getType());
190   if (!Ty)
191     return false;
192   // Conservatively assume anything else is a potential use.
193   return true;
194 }
195
196 /// GetCallSiteClass - Helper for GetInstructionClass. Determines what kind
197 /// of construct CS is.
198 static InstructionClass GetCallSiteClass(ImmutableCallSite CS) {
199   for (ImmutableCallSite::arg_iterator I = CS.arg_begin(), E = CS.arg_end();
200        I != E; ++I)
201     if (IsPotentialUse(*I))
202       return CS.onlyReadsMemory() ? IC_User : IC_CallOrUser;
203
204   return CS.onlyReadsMemory() ? IC_None : IC_Call;
205 }
206
207 /// GetFunctionClass - Determine if F is one of the special known Functions.
208 /// If it isn't, return IC_CallOrUser.
209 static InstructionClass GetFunctionClass(const Function *F) {
210   Function::const_arg_iterator AI = F->arg_begin(), AE = F->arg_end();
211
212   // No arguments.
213   if (AI == AE)
214     return StringSwitch<InstructionClass>(F->getName())
215       .Case("objc_autoreleasePoolPush",  IC_AutoreleasepoolPush)
216       .Default(IC_CallOrUser);
217
218   // One argument.
219   const Argument *A0 = AI++;
220   if (AI == AE)
221     // Argument is a pointer.
222     if (PointerType *PTy = dyn_cast<PointerType>(A0->getType())) {
223       Type *ETy = PTy->getElementType();
224       // Argument is i8*.
225       if (ETy->isIntegerTy(8))
226         return StringSwitch<InstructionClass>(F->getName())
227           .Case("objc_retain",                IC_Retain)
228           .Case("objc_retainAutoreleasedReturnValue", IC_RetainRV)
229           .Case("objc_retainBlock",           IC_RetainBlock)
230           .Case("objc_release",               IC_Release)
231           .Case("objc_autorelease",           IC_Autorelease)
232           .Case("objc_autoreleaseReturnValue", IC_AutoreleaseRV)
233           .Case("objc_autoreleasePoolPop",    IC_AutoreleasepoolPop)
234           .Case("objc_retainedObject",        IC_NoopCast)
235           .Case("objc_unretainedObject",      IC_NoopCast)
236           .Case("objc_unretainedPointer",     IC_NoopCast)
237           .Case("objc_retain_autorelease",    IC_FusedRetainAutorelease)
238           .Case("objc_retainAutorelease",     IC_FusedRetainAutorelease)
239           .Case("objc_retainAutoreleaseReturnValue",IC_FusedRetainAutoreleaseRV)
240           .Default(IC_CallOrUser);
241
242       // Argument is i8**
243       if (PointerType *Pte = dyn_cast<PointerType>(ETy))
244         if (Pte->getElementType()->isIntegerTy(8))
245           return StringSwitch<InstructionClass>(F->getName())
246             .Case("objc_loadWeakRetained",      IC_LoadWeakRetained)
247             .Case("objc_loadWeak",              IC_LoadWeak)
248             .Case("objc_destroyWeak",           IC_DestroyWeak)
249             .Default(IC_CallOrUser);
250     }
251
252   // Two arguments, first is i8**.
253   const Argument *A1 = AI++;
254   if (AI == AE)
255     if (PointerType *PTy = dyn_cast<PointerType>(A0->getType()))
256       if (PointerType *Pte = dyn_cast<PointerType>(PTy->getElementType()))
257         if (Pte->getElementType()->isIntegerTy(8))
258           if (PointerType *PTy1 = dyn_cast<PointerType>(A1->getType())) {
259             Type *ETy1 = PTy1->getElementType();
260             // Second argument is i8*
261             if (ETy1->isIntegerTy(8))
262               return StringSwitch<InstructionClass>(F->getName())
263                      .Case("objc_storeWeak",             IC_StoreWeak)
264                      .Case("objc_initWeak",              IC_InitWeak)
265                      .Case("objc_storeStrong",           IC_StoreStrong)
266                      .Default(IC_CallOrUser);
267             // Second argument is i8**.
268             if (PointerType *Pte1 = dyn_cast<PointerType>(ETy1))
269               if (Pte1->getElementType()->isIntegerTy(8))
270                 return StringSwitch<InstructionClass>(F->getName())
271                        .Case("objc_moveWeak",              IC_MoveWeak)
272                        .Case("objc_copyWeak",              IC_CopyWeak)
273                        .Default(IC_CallOrUser);
274           }
275
276   // Anything else.
277   return IC_CallOrUser;
278 }
279
280 /// GetInstructionClass - Determine what kind of construct V is.
281 static InstructionClass GetInstructionClass(const Value *V) {
282   if (const Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V)) {
283     // Any instruction other than bitcast and gep with a pointer operand have a
284     // use of an objc pointer. Bitcasts, GEPs, Selects, PHIs transfer a pointer
285     // to a subsequent use, rather than using it themselves, in this sense.
286     // As a short cut, several other opcodes are known to have no pointer
287     // operands of interest. And ret is never followed by a release, so it's
288     // not interesting to examine.
289     switch (I->getOpcode()) {
290     case Instruction::Call: {
291       const CallInst *CI = cast<CallInst>(I);
292       // Check for calls to special functions.
293       if (const Function *F = CI->getCalledFunction()) {
294         InstructionClass Class = GetFunctionClass(F);
295         if (Class != IC_CallOrUser)
296           return Class;
297
298         // None of the intrinsic functions do objc_release. For intrinsics, the
299         // only question is whether or not they may be users.
300         switch (F->getIntrinsicID()) {
301         case Intrinsic::returnaddress: case Intrinsic::frameaddress:
302         case Intrinsic::stacksave: case Intrinsic::stackrestore:
303         case Intrinsic::vastart: case Intrinsic::vacopy: case Intrinsic::vaend:
304         case Intrinsic::objectsize: case Intrinsic::prefetch:
305         case Intrinsic::stackprotector:
306         case Intrinsic::eh_return_i32: case Intrinsic::eh_return_i64:
307         case Intrinsic::eh_typeid_for: case Intrinsic::eh_dwarf_cfa:
308         case Intrinsic::eh_sjlj_lsda: case Intrinsic::eh_sjlj_functioncontext:
309         case Intrinsic::init_trampoline: case Intrinsic::adjust_trampoline:
310         case Intrinsic::lifetime_start: case Intrinsic::lifetime_end:
311         case Intrinsic::invariant_start: case Intrinsic::invariant_end:
312         // Don't let dbg info affect our results.
313         case Intrinsic::dbg_declare: case Intrinsic::dbg_value:
314           // Short cut: Some intrinsics obviously don't use ObjC pointers.
315           return IC_None;
316         default:
317           break;
318         }
319       }
320       return GetCallSiteClass(CI);
321     }
322     case Instruction::Invoke:
323       return GetCallSiteClass(cast<InvokeInst>(I));
324     case Instruction::BitCast:
325     case Instruction::GetElementPtr:
326     case Instruction::Select: case Instruction::PHI:
327     case Instruction::Ret: case Instruction::Br:
328     case Instruction::Switch: case Instruction::IndirectBr:
329     case Instruction::Alloca: case Instruction::VAArg:
330     case Instruction::Add: case Instruction::FAdd:
331     case Instruction::Sub: case Instruction::FSub:
332     case Instruction::Mul: case Instruction::FMul:
333     case Instruction::SDiv: case Instruction::UDiv: case Instruction::FDiv:
334     case Instruction::SRem: case Instruction::URem: case Instruction::FRem:
335     case Instruction::Shl: case Instruction::LShr: case Instruction::AShr:
336     case Instruction::And: case Instruction::Or: case Instruction::Xor:
337     case Instruction::SExt: case Instruction::ZExt: case Instruction::Trunc:
338     case Instruction::IntToPtr: case Instruction::FCmp:
339     case Instruction::FPTrunc: case Instruction::FPExt:
340     case Instruction::FPToUI: case Instruction::FPToSI:
341     case Instruction::UIToFP: case Instruction::SIToFP:
342     case Instruction::InsertElement: case Instruction::ExtractElement:
343     case Instruction::ShuffleVector:
344     case Instruction::ExtractValue:
345       break;
346     case Instruction::ICmp:
347       // Comparing a pointer with null, or any other constant, isn't an
348       // interesting use, because we don't care what the pointer points to, or
349       // about the values of any other dynamic reference-counted pointers.
350       if (IsPotentialUse(I->getOperand(1)))
351         return IC_User;
352       break;
353     default:
354       // For anything else, check all the operands.
355       // Note that this includes both operands of a Store: while the first
356       // operand isn't actually being dereferenced, it is being stored to
357       // memory where we can no longer track who might read it and dereference
358       // it, so we have to consider it potentially used.
359       for (User::const_op_iterator OI = I->op_begin(), OE = I->op_end();
360            OI != OE; ++OI)
361         if (IsPotentialUse(*OI))
362           return IC_User;
363     }
364   }
365
366   // Otherwise, it's totally inert for ARC purposes.
367   return IC_None;
368 }
369
370 /// GetBasicInstructionClass - Determine what kind of construct V is. This is
371 /// similar to GetInstructionClass except that it only detects objc runtine
372 /// calls. This allows it to be faster.
373 static InstructionClass GetBasicInstructionClass(const Value *V) {
374   if (const CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(V)) {
375     if (const Function *F = CI->getCalledFunction())
376       return GetFunctionClass(F);
377     // Otherwise, be conservative.
378     return IC_CallOrUser;
379   }
380
381   // Otherwise, be conservative.
382   return isa<InvokeInst>(V) ? IC_CallOrUser : IC_User;
383 }
384
385 /// IsRetain - Test if the given class is objc_retain or
386 /// equivalent.
387 static bool IsRetain(InstructionClass Class) {
388   return Class == IC_Retain ||
389          Class == IC_RetainRV;
390 }
391
392 /// IsAutorelease - Test if the given class is objc_autorelease or
393 /// equivalent.
394 static bool IsAutorelease(InstructionClass Class) {
395   return Class == IC_Autorelease ||
396          Class == IC_AutoreleaseRV;
397 }
398
399 /// IsForwarding - Test if the given class represents instructions which return
400 /// their argument verbatim.
401 static bool IsForwarding(InstructionClass Class) {
402   // objc_retainBlock technically doesn't always return its argument
403   // verbatim, but it doesn't matter for our purposes here.
404   return Class == IC_Retain ||
405          Class == IC_RetainRV ||
406          Class == IC_Autorelease ||
407          Class == IC_AutoreleaseRV ||
408          Class == IC_RetainBlock ||
409          Class == IC_NoopCast;
410 }
411
412 /// IsNoopOnNull - Test if the given class represents instructions which do
413 /// nothing if passed a null pointer.
414 static bool IsNoopOnNull(InstructionClass Class) {
415   return Class == IC_Retain ||
416          Class == IC_RetainRV ||
417          Class == IC_Release ||
418          Class == IC_Autorelease ||
419          Class == IC_AutoreleaseRV ||
420          Class == IC_RetainBlock;
421 }
422
423 /// IsAlwaysTail - Test if the given class represents instructions which are
424 /// always safe to mark with the "tail" keyword.
425 static bool IsAlwaysTail(InstructionClass Class) {
426   // IC_RetainBlock may be given a stack argument.
427   return Class == IC_Retain ||
428          Class == IC_RetainRV ||
429          Class == IC_Autorelease ||
430          Class == IC_AutoreleaseRV;
431 }
432
433 /// IsNoThrow - Test if the given class represents instructions which are always
434 /// safe to mark with the nounwind attribute..
435 static bool IsNoThrow(InstructionClass Class) {
436   // objc_retainBlock is not nounwind because it calls user copy constructors
437   // which could theoretically throw.
438   return Class == IC_Retain ||
439          Class == IC_RetainRV ||
440          Class == IC_Release ||
441          Class == IC_Autorelease ||
442          Class == IC_AutoreleaseRV ||
443          Class == IC_AutoreleasepoolPush ||
444          Class == IC_AutoreleasepoolPop;
445 }
446
447 /// EraseInstruction - Erase the given instruction. Many ObjC calls return their
448 /// argument verbatim, so if it's such a call and the return value has users,
449 /// replace them with the argument value.
450 static void EraseInstruction(Instruction *CI) {
451   Value *OldArg = cast<CallInst>(CI)->getArgOperand(0);
452
453   bool Unused = CI->use_empty();
454
455   if (!Unused) {
456     // Replace the return value with the argument.
457     assert(IsForwarding(GetBasicInstructionClass(CI)) &&
458            "Can't delete non-forwarding instruction with users!");
459     CI->replaceAllUsesWith(OldArg);
460   }
461
462   CI->eraseFromParent();
463
464   if (Unused)
465     RecursivelyDeleteTriviallyDeadInstructions(OldArg);
466 }
467
468 /// GetUnderlyingObjCPtr - This is a wrapper around getUnderlyingObject which
469 /// also knows how to look through objc_retain and objc_autorelease calls, which
470 /// we know to return their argument verbatim.
471 static const Value *GetUnderlyingObjCPtr(const Value *V) {
472   for (;;) {
473     V = GetUnderlyingObject(V);
474     if (!IsForwarding(GetBasicInstructionClass(V)))
475       break;
476     V = cast<CallInst>(V)->getArgOperand(0);
477   }
478
479   return V;
480 }
481
482 /// StripPointerCastsAndObjCCalls - This is a wrapper around
483 /// Value::stripPointerCasts which also knows how to look through objc_retain
484 /// and objc_autorelease calls, which we know to return their argument verbatim.
485 static const Value *StripPointerCastsAndObjCCalls(const Value *V) {
486   for (;;) {
487     V = V->stripPointerCasts();
488     if (!IsForwarding(GetBasicInstructionClass(V)))
489       break;
490     V = cast<CallInst>(V)->getArgOperand(0);
491   }
492   return V;
493 }
494
495 /// StripPointerCastsAndObjCCalls - This is a wrapper around
496 /// Value::stripPointerCasts which also knows how to look through objc_retain
497 /// and objc_autorelease calls, which we know to return their argument verbatim.
498 static Value *StripPointerCastsAndObjCCalls(Value *V) {
499   for (;;) {
500     V = V->stripPointerCasts();
501     if (!IsForwarding(GetBasicInstructionClass(V)))
502       break;
503     V = cast<CallInst>(V)->getArgOperand(0);
504   }
505   return V;
506 }
507
508 /// GetObjCArg - Assuming the given instruction is one of the special calls such
509 /// as objc_retain or objc_release, return the argument value, stripped of no-op
510 /// casts and forwarding calls.
511 static Value *GetObjCArg(Value *Inst) {
512   return StripPointerCastsAndObjCCalls(cast<CallInst>(Inst)->getArgOperand(0));
513 }
514
515 /// IsObjCIdentifiedObject - This is similar to AliasAnalysis'
516 /// isObjCIdentifiedObject, except that it uses special knowledge of
517 /// ObjC conventions...
518 static bool IsObjCIdentifiedObject(const Value *V) {
519   // Assume that call results and arguments have their own "provenance".
520   // Constants (including GlobalVariables) and Allocas are never
521   // reference-counted.
522   if (isa<CallInst>(V) || isa<InvokeInst>(V) ||
523       isa<Argument>(V) || isa<Constant>(V) ||
524       isa<AllocaInst>(V))
525     return true;
526
527   if (const LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(V)) {
528     const Value *Pointer =
529       StripPointerCastsAndObjCCalls(LI->getPointerOperand());
530     if (const GlobalVariable *GV = dyn_cast<GlobalVariable>(Pointer)) {
531       // A constant pointer can't be pointing to an object on the heap. It may
532       // be reference-counted, but it won't be deleted.
533       if (GV->isConstant())
534         return true;
535       StringRef Name = GV->getName();
536       // These special variables are known to hold values which are not
537       // reference-counted pointers.
538       if (Name.startswith("\01L_OBJC_SELECTOR_REFERENCES_") ||
539           Name.startswith("\01L_OBJC_CLASSLIST_REFERENCES_") ||
540           Name.startswith("\01L_OBJC_CLASSLIST_SUP_REFS_$_") ||
541           Name.startswith("\01L_OBJC_METH_VAR_NAME_") ||
542           Name.startswith("\01l_objc_msgSend_fixup_"))
543         return true;
544     }
545   }
546
547   return false;
548 }
549
550 /// FindSingleUseIdentifiedObject - This is similar to
551 /// StripPointerCastsAndObjCCalls but it stops as soon as it finds a value
552 /// with multiple uses.
553 static const Value *FindSingleUseIdentifiedObject(const Value *Arg) {
554   if (Arg->hasOneUse()) {
555     if (const BitCastInst *BC = dyn_cast<BitCastInst>(Arg))
556       return FindSingleUseIdentifiedObject(BC->getOperand(0));
557     if (const GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(Arg))
558       if (GEP->hasAllZeroIndices())
559         return FindSingleUseIdentifiedObject(GEP->getPointerOperand());
560     if (IsForwarding(GetBasicInstructionClass(Arg)))
561       return FindSingleUseIdentifiedObject(
562                cast<CallInst>(Arg)->getArgOperand(0));
563     if (!IsObjCIdentifiedObject(Arg))
564       return 0;
565     return Arg;
566   }
567
568   // If we found an identifiable object but it has multiple uses, but they are
569   // trivial uses, we can still consider this to be a single-use value.
570   if (IsObjCIdentifiedObject(Arg)) {
571     for (Value::const_use_iterator UI = Arg->use_begin(), UE = Arg->use_end();
572          UI != UE; ++UI) {
573       const User *U = *UI;
574       if (!U->use_empty() || StripPointerCastsAndObjCCalls(U) != Arg)
575          return 0;
576     }
577
578     return Arg;
579   }
580
581   return 0;
582 }
583
584 /// ModuleHasARC - Test if the given module looks interesting to run ARC
585 /// optimization on.
586 static bool ModuleHasARC(const Module &M) {
587   return
588     M.getNamedValue("objc_retain") ||
589     M.getNamedValue("objc_release") ||
590     M.getNamedValue("objc_autorelease") ||
591     M.getNamedValue("objc_retainAutoreleasedReturnValue") ||
592     M.getNamedValue("objc_retainBlock") ||
593     M.getNamedValue("objc_autoreleaseReturnValue") ||
594     M.getNamedValue("objc_autoreleasePoolPush") ||
595     M.getNamedValue("objc_loadWeakRetained") ||
596     M.getNamedValue("objc_loadWeak") ||
597     M.getNamedValue("objc_destroyWeak") ||
598     M.getNamedValue("objc_storeWeak") ||
599     M.getNamedValue("objc_initWeak") ||
600     M.getNamedValue("objc_moveWeak") ||
601     M.getNamedValue("objc_copyWeak") ||
602     M.getNamedValue("objc_retainedObject") ||
603     M.getNamedValue("objc_unretainedObject") ||
604     M.getNamedValue("objc_unretainedPointer");
605 }
606
607 /// DoesObjCBlockEscape - Test whether the given pointer, which is an
608 /// Objective C block pointer, does not "escape". This differs from regular
609 /// escape analysis in that a use as an argument to a call is not considered
610 /// an escape.
611 static bool DoesObjCBlockEscape(const Value *BlockPtr) {
612   // Walk the def-use chains.
613   SmallVector<const Value *, 4> Worklist;
614   Worklist.push_back(BlockPtr);
615   do {
616     const Value *V = Worklist.pop_back_val();
617     for (Value::const_use_iterator UI = V->use_begin(), UE = V->use_end();
618          UI != UE; ++UI) {
619       const User *UUser = *UI;
620       // Special - Use by a call (callee or argument) is not considered
621       // to be an escape.
622       switch (GetBasicInstructionClass(UUser)) {
623       case IC_StoreWeak:
624       case IC_InitWeak:
625       case IC_StoreStrong:
626       case IC_Autorelease:
627       case IC_AutoreleaseRV:
628         // These special functions make copies of their pointer arguments.
629         return true;
630       case IC_User:
631       case IC_None:
632         // Use by an instruction which copies the value is an escape if the
633         // result is an escape.
634         if (isa<BitCastInst>(UUser) || isa<GetElementPtrInst>(UUser) ||
635             isa<PHINode>(UUser) || isa<SelectInst>(UUser)) {
636           Worklist.push_back(UUser);
637           continue;
638         }
639         // Use by a load is not an escape.
640         if (isa<LoadInst>(UUser))
641           continue;
642         // Use by a store is not an escape if the use is the address.
643         if (const StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(UUser))
644           if (V != SI->getValueOperand())
645             continue;
646         break;
647       default:
648         // Regular calls and other stuff are not considered escapes.
649         continue;
650       }
651       // Otherwise, conservatively assume an escape.
652       return true;
653     }
654   } while (!Worklist.empty());
655
656   // No escapes found.
657   return false;
658 }
659
660 //===----------------------------------------------------------------------===//
661 // ARC AliasAnalysis.
662 //===----------------------------------------------------------------------===//
663
664 #include "llvm/Analysis/AliasAnalysis.h"
665 #include "llvm/Analysis/Passes.h"
666 #include "llvm/Pass.h"
667
668 namespace {
669   /// ObjCARCAliasAnalysis - This is a simple alias analysis
670   /// implementation that uses knowledge of ARC constructs to answer queries.
671   ///
672   /// TODO: This class could be generalized to know about other ObjC-specific
673   /// tricks. Such as knowing that ivars in the non-fragile ABI are non-aliasing
674   /// even though their offsets are dynamic.
675   class ObjCARCAliasAnalysis : public ImmutablePass,
676                                public AliasAnalysis {
677   public:
678     static char ID; // Class identification, replacement for typeinfo
679     ObjCARCAliasAnalysis() : ImmutablePass(ID) {
680       initializeObjCARCAliasAnalysisPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
681     }
682
683   private:
684     virtual void initializePass() {
685       InitializeAliasAnalysis(this);
686     }
687
688     /// getAdjustedAnalysisPointer - This method is used when a pass implements
689     /// an analysis interface through multiple inheritance.  If needed, it
690     /// should override this to adjust the this pointer as needed for the
691     /// specified pass info.
692     virtual void *getAdjustedAnalysisPointer(const void *PI) {
693       if (PI == &AliasAnalysis::ID)
694         return static_cast<AliasAnalysis *>(this);
695       return this;
696     }
697
698     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const;
699     virtual AliasResult alias(const Location &LocA, const Location &LocB);
700     virtual bool pointsToConstantMemory(const Location &Loc, bool OrLocal);
701     virtual ModRefBehavior getModRefBehavior(ImmutableCallSite CS);
702     virtual ModRefBehavior getModRefBehavior(const Function *F);
703     virtual ModRefResult getModRefInfo(ImmutableCallSite CS,
704                                        const Location &Loc);
705     virtual ModRefResult getModRefInfo(ImmutableCallSite CS1,
706                                        ImmutableCallSite CS2);
707   };
708 }  // End of anonymous namespace
709
710 // Register this pass...
711 char ObjCARCAliasAnalysis::ID = 0;
712 INITIALIZE_AG_PASS(ObjCARCAliasAnalysis, AliasAnalysis, "objc-arc-aa",
713                    "ObjC-ARC-Based Alias Analysis", false, true, false)
714
715 ImmutablePass *llvm::createObjCARCAliasAnalysisPass() {
716   return new ObjCARCAliasAnalysis();
717 }
718
719 void
720 ObjCARCAliasAnalysis::getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
721   AU.setPreservesAll();
722   AliasAnalysis::getAnalysisUsage(AU);
723 }
724
725 AliasAnalysis::AliasResult
726 ObjCARCAliasAnalysis::alias(const Location &LocA, const Location &LocB) {
727   if (!EnableARCOpts)
728     return AliasAnalysis::alias(LocA, LocB);
729
730   // First, strip off no-ops, including ObjC-specific no-ops, and try making a
731   // precise alias query.
732   const Value *SA = StripPointerCastsAndObjCCalls(LocA.Ptr);
733   const Value *SB = StripPointerCastsAndObjCCalls(LocB.Ptr);
734   AliasResult Result =
735     AliasAnalysis::alias(Location(SA, LocA.Size, LocA.TBAATag),
736                          Location(SB, LocB.Size, LocB.TBAATag));
737   if (Result != MayAlias)
738     return Result;
739
740   // If that failed, climb to the underlying object, including climbing through
741   // ObjC-specific no-ops, and try making an imprecise alias query.
742   const Value *UA = GetUnderlyingObjCPtr(SA);
743   const Value *UB = GetUnderlyingObjCPtr(SB);
744   if (UA != SA || UB != SB) {
745     Result = AliasAnalysis::alias(Location(UA), Location(UB));
746     // We can't use MustAlias or PartialAlias results here because
747     // GetUnderlyingObjCPtr may return an offsetted pointer value.
748     if (Result == NoAlias)
749       return NoAlias;
750   }
751
752   // If that failed, fail. We don't need to chain here, since that's covered
753   // by the earlier precise query.
754   return MayAlias;
755 }
756
757 bool
758 ObjCARCAliasAnalysis::pointsToConstantMemory(const Location &Loc,
759                                              bool OrLocal) {
760   if (!EnableARCOpts)
761     return AliasAnalysis::pointsToConstantMemory(Loc, OrLocal);
762
763   // First, strip off no-ops, including ObjC-specific no-ops, and try making
764   // a precise alias query.
765   const Value *S = StripPointerCastsAndObjCCalls(Loc.Ptr);
766   if (AliasAnalysis::pointsToConstantMemory(Location(S, Loc.Size, Loc.TBAATag),
767                                             OrLocal))
768     return true;
769
770   // If that failed, climb to the underlying object, including climbing through
771   // ObjC-specific no-ops, and try making an imprecise alias query.
772   const Value *U = GetUnderlyingObjCPtr(S);
773   if (U != S)
774     return AliasAnalysis::pointsToConstantMemory(Location(U), OrLocal);
775
776   // If that failed, fail. We don't need to chain here, since that's covered
777   // by the earlier precise query.
778   return false;
779 }
780
781 AliasAnalysis::ModRefBehavior
782 ObjCARCAliasAnalysis::getModRefBehavior(ImmutableCallSite CS) {
783   // We have nothing to do. Just chain to the next AliasAnalysis.
784   return AliasAnalysis::getModRefBehavior(CS);
785 }
786
787 AliasAnalysis::ModRefBehavior
788 ObjCARCAliasAnalysis::getModRefBehavior(const Function *F) {
789   if (!EnableARCOpts)
790     return AliasAnalysis::getModRefBehavior(F);
791
792   switch (GetFunctionClass(F)) {
793   case IC_NoopCast:
794     return DoesNotAccessMemory;
795   default:
796     break;
797   }
798
799   return AliasAnalysis::getModRefBehavior(F);
800 }
801
802 AliasAnalysis::ModRefResult
803 ObjCARCAliasAnalysis::getModRefInfo(ImmutableCallSite CS, const Location &Loc) {
804   if (!EnableARCOpts)
805     return AliasAnalysis::getModRefInfo(CS, Loc);
806
807   switch (GetBasicInstructionClass(CS.getInstruction())) {
808   case IC_Retain:
809   case IC_RetainRV:
810   case IC_Autorelease:
811   case IC_AutoreleaseRV:
812   case IC_NoopCast:
813   case IC_AutoreleasepoolPush:
814   case IC_FusedRetainAutorelease:
815   case IC_FusedRetainAutoreleaseRV:
816     // These functions don't access any memory visible to the compiler.
817     // Note that this doesn't include objc_retainBlock, because it updates
818     // pointers when it copies block data.
819     return NoModRef;
820   default:
821     break;
822   }
823
824   return AliasAnalysis::getModRefInfo(CS, Loc);
825 }
826
827 AliasAnalysis::ModRefResult
828 ObjCARCAliasAnalysis::getModRefInfo(ImmutableCallSite CS1,
829                                     ImmutableCallSite CS2) {
830   // TODO: Theoretically we could check for dependencies between objc_* calls
831   // and OnlyAccessesArgumentPointees calls or other well-behaved calls.
832   return AliasAnalysis::getModRefInfo(CS1, CS2);
833 }
834
835 //===----------------------------------------------------------------------===//
836 // ARC expansion.
837 //===----------------------------------------------------------------------===//
838
839 #include "llvm/Support/InstIterator.h"
840 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
841
842 namespace {
843   /// ObjCARCExpand - Early ARC transformations.
844   class ObjCARCExpand : public FunctionPass {
845     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const;
846     virtual bool doInitialization(Module &M);
847     virtual bool runOnFunction(Function &F);
848
849     /// Run - A flag indicating whether this optimization pass should run.
850     bool Run;
851
852   public:
853     static char ID;
854     ObjCARCExpand() : FunctionPass(ID) {
855       initializeObjCARCExpandPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
856     }
857   };
858 }
859
860 char ObjCARCExpand::ID = 0;
861 INITIALIZE_PASS(ObjCARCExpand,
862                 "objc-arc-expand", "ObjC ARC expansion", false, false)
863
864 Pass *llvm::createObjCARCExpandPass() {
865   return new ObjCARCExpand();
866 }
867
868 void ObjCARCExpand::getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
869   AU.setPreservesCFG();
870 }
871
872 bool ObjCARCExpand::doInitialization(Module &M) {
873   Run = ModuleHasARC(M);
874   return false;
875 }
876
877 bool ObjCARCExpand::runOnFunction(Function &F) {
878   if (!EnableARCOpts)
879     return false;
880
881   // If nothing in the Module uses ARC, don't do anything.
882   if (!Run)
883     return false;
884
885   bool Changed = false;
886
887   for (inst_iterator I = inst_begin(&F), E = inst_end(&F); I != E; ++I) {
888     Instruction *Inst = &*I;
889     
890     DEBUG(dbgs() << "ObjCARCExpand: Visiting: " << *Inst << "\n");
891     
892     switch (GetBasicInstructionClass(Inst)) {
893     case IC_Retain:
894     case IC_RetainRV:
895     case IC_Autorelease:
896     case IC_AutoreleaseRV:
897     case IC_FusedRetainAutorelease:
898     case IC_FusedRetainAutoreleaseRV: {
899       // These calls return their argument verbatim, as a low-level
900       // optimization. However, this makes high-level optimizations
901       // harder. Undo any uses of this optimization that the front-end
902       // emitted here. We'll redo them in the contract pass.
903       Changed = true;
904       Value *Value = cast<CallInst>(Inst)->getArgOperand(0);
905       DEBUG(dbgs() << "ObjCARCExpand: Old = " << *Inst << "\n"
906                       "               New = " << *Value << "\n");
907       Inst->replaceAllUsesWith(Value);
908       break;
909     }
910     default:
911       break;
912     }
913   }
914   
915   DEBUG(dbgs() << "ObjCARCExpand: Finished List.\n\n");
916   
917   return Changed;
918 }
919
920 //===----------------------------------------------------------------------===//
921 // ARC autorelease pool elimination.
922 //===----------------------------------------------------------------------===//
923
924 #include "llvm/ADT/STLExtras.h"
925 #include "llvm/IR/Constants.h"
926
927 namespace {
928   /// ObjCARCAPElim - Autorelease pool elimination.
929   class ObjCARCAPElim : public ModulePass {
930     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const;
931     virtual bool runOnModule(Module &M);
932
933     static bool MayAutorelease(ImmutableCallSite CS, unsigned Depth = 0);
934     static bool OptimizeBB(BasicBlock *BB);
935
936   public:
937     static char ID;
938     ObjCARCAPElim() : ModulePass(ID) {
939       initializeObjCARCAPElimPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
940     }
941   };
942 }
943
944 char ObjCARCAPElim::ID = 0;
945 INITIALIZE_PASS(ObjCARCAPElim,
946                 "objc-arc-apelim",
947                 "ObjC ARC autorelease pool elimination",
948                 false, false)
949
950 Pass *llvm::createObjCARCAPElimPass() {
951   return new ObjCARCAPElim();
952 }
953
954 void ObjCARCAPElim::getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
955   AU.setPreservesCFG();
956 }
957
958 /// MayAutorelease - Interprocedurally determine if calls made by the
959 /// given call site can possibly produce autoreleases.
960 bool ObjCARCAPElim::MayAutorelease(ImmutableCallSite CS, unsigned Depth) {
961   if (const Function *Callee = CS.getCalledFunction()) {
962     if (Callee->isDeclaration() || Callee->mayBeOverridden())
963       return true;
964     for (Function::const_iterator I = Callee->begin(), E = Callee->end();
965          I != E; ++I) {
966       const BasicBlock *BB = I;
967       for (BasicBlock::const_iterator J = BB->begin(), F = BB->end();
968            J != F; ++J)
969         if (ImmutableCallSite JCS = ImmutableCallSite(J))
970           // This recursion depth limit is arbitrary. It's just great
971           // enough to cover known interesting testcases.
972           if (Depth < 3 &&
973               !JCS.onlyReadsMemory() &&
974               MayAutorelease(JCS, Depth + 1))
975             return true;
976     }
977     return false;
978   }
979
980   return true;
981 }
982
983 bool ObjCARCAPElim::OptimizeBB(BasicBlock *BB) {
984   bool Changed = false;
985
986   Instruction *Push = 0;
987   for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(), E = BB->end(); I != E; ) {
988     Instruction *Inst = I++;
989     switch (GetBasicInstructionClass(Inst)) {
990     case IC_AutoreleasepoolPush:
991       Push = Inst;
992       break;
993     case IC_AutoreleasepoolPop:
994       // If this pop matches a push and nothing in between can autorelease,
995       // zap the pair.
996       if (Push && cast<CallInst>(Inst)->getArgOperand(0) == Push) {
997         Changed = true;
998         DEBUG(dbgs() << "ObjCARCAPElim::OptimizeBB: Zapping push pop autorelease pair:\n"
999                      << "                           Pop: " << *Inst << "\n"
1000                      << "                           Push: " << *Push << "\n");
1001         Inst->eraseFromParent();
1002         Push->eraseFromParent();
1003       }
1004       Push = 0;
1005       break;
1006     case IC_CallOrUser:
1007       if (MayAutorelease(ImmutableCallSite(Inst)))
1008         Push = 0;
1009       break;
1010     default:
1011       break;
1012     }
1013   }
1014
1015   return Changed;
1016 }
1017
1018 bool ObjCARCAPElim::runOnModule(Module &M) {
1019   if (!EnableARCOpts)
1020     return false;
1021
1022   // If nothing in the Module uses ARC, don't do anything.
1023   if (!ModuleHasARC(M))
1024     return false;
1025
1026   // Find the llvm.global_ctors variable, as the first step in
1027   // identifying the global constructors. In theory, unnecessary autorelease
1028   // pools could occur anywhere, but in practice it's pretty rare. Global
1029   // ctors are a place where autorelease pools get inserted automatically,
1030   // so it's pretty common for them to be unnecessary, and it's pretty
1031   // profitable to eliminate them.
1032   GlobalVariable *GV = M.getGlobalVariable("llvm.global_ctors");
1033   if (!GV)
1034     return false;
1035
1036   assert(GV->hasDefinitiveInitializer() &&
1037          "llvm.global_ctors is uncooperative!");
1038
1039   bool Changed = false;
1040
1041   // Dig the constructor functions out of GV's initializer.
1042   ConstantArray *Init = cast<ConstantArray>(GV->getInitializer());
1043   for (User::op_iterator OI = Init->op_begin(), OE = Init->op_end();
1044        OI != OE; ++OI) {
1045     Value *Op = *OI;
1046     // llvm.global_ctors is an array of pairs where the second members
1047     // are constructor functions.
1048     Function *F = dyn_cast<Function>(cast<ConstantStruct>(Op)->getOperand(1));
1049     // If the user used a constructor function with the wrong signature and
1050     // it got bitcasted or whatever, look the other way.
1051     if (!F)
1052       continue;
1053     // Only look at function definitions.
1054     if (F->isDeclaration())
1055       continue;
1056     // Only look at functions with one basic block.
1057     if (llvm::next(F->begin()) != F->end())
1058       continue;
1059     // Ok, a single-block constructor function definition. Try to optimize it.
1060     Changed |= OptimizeBB(F->begin());
1061   }
1062
1063   return Changed;
1064 }
1065
1066 //===----------------------------------------------------------------------===//
1067 // ARC optimization.
1068 //===----------------------------------------------------------------------===//
1069
1070 // TODO: On code like this:
1071 //
1072 // objc_retain(%x)
1073 // stuff_that_cannot_release()
1074 // objc_autorelease(%x)
1075 // stuff_that_cannot_release()
1076 // objc_retain(%x)
1077 // stuff_that_cannot_release()
1078 // objc_autorelease(%x)
1079 //
1080 // The second retain and autorelease can be deleted.
1081
1082 // TODO: It should be possible to delete
1083 // objc_autoreleasePoolPush and objc_autoreleasePoolPop
1084 // pairs if nothing is actually autoreleased between them. Also, autorelease
1085 // calls followed by objc_autoreleasePoolPop calls (perhaps in ObjC++ code
1086 // after inlining) can be turned into plain release calls.
1087
1088 // TODO: Critical-edge splitting. If the optimial insertion point is
1089 // a critical edge, the current algorithm has to fail, because it doesn't
1090 // know how to split edges. It should be possible to make the optimizer
1091 // think in terms of edges, rather than blocks, and then split critical
1092 // edges on demand.
1093
1094 // TODO: OptimizeSequences could generalized to be Interprocedural.
1095
1096 // TODO: Recognize that a bunch of other objc runtime calls have
1097 // non-escaping arguments and non-releasing arguments, and may be
1098 // non-autoreleasing.
1099
1100 // TODO: Sink autorelease calls as far as possible. Unfortunately we
1101 // usually can't sink them past other calls, which would be the main
1102 // case where it would be useful.
1103
1104 // TODO: The pointer returned from objc_loadWeakRetained is retained.
1105
1106 // TODO: Delete release+retain pairs (rare).
1107
1108 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
1109 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
1110 #include "llvm/IR/LLVMContext.h"
1111 #include "llvm/Support/CFG.h"
1112
1113 STATISTIC(NumNoops,       "Number of no-op objc calls eliminated");
1114 STATISTIC(NumPartialNoops, "Number of partially no-op objc calls eliminated");
1115 STATISTIC(NumAutoreleases,"Number of autoreleases converted to releases");
1116 STATISTIC(NumRets,        "Number of return value forwarding "
1117                           "retain+autoreleaes eliminated");
1118 STATISTIC(NumRRs,         "Number of retain+release paths eliminated");
1119 STATISTIC(NumPeeps,       "Number of calls peephole-optimized");
1120
1121 namespace {
1122   /// ProvenanceAnalysis - This is similar to BasicAliasAnalysis, and it
1123   /// uses many of the same techniques, except it uses special ObjC-specific
1124   /// reasoning about pointer relationships.
1125   class ProvenanceAnalysis {
1126     AliasAnalysis *AA;
1127
1128     typedef std::pair<const Value *, const Value *> ValuePairTy;
1129     typedef DenseMap<ValuePairTy, bool> CachedResultsTy;
1130     CachedResultsTy CachedResults;
1131
1132     bool relatedCheck(const Value *A, const Value *B);
1133     bool relatedSelect(const SelectInst *A, const Value *B);
1134     bool relatedPHI(const PHINode *A, const Value *B);
1135
1136     void operator=(const ProvenanceAnalysis &) LLVM_DELETED_FUNCTION;
1137     ProvenanceAnalysis(const ProvenanceAnalysis &) LLVM_DELETED_FUNCTION;
1138
1139   public:
1140     ProvenanceAnalysis() {}
1141
1142     void setAA(AliasAnalysis *aa) { AA = aa; }
1143
1144     AliasAnalysis *getAA() const { return AA; }
1145
1146     bool related(const Value *A, const Value *B);
1147
1148     void clear() {
1149       CachedResults.clear();
1150     }
1151   };
1152 }
1153
1154 bool ProvenanceAnalysis::relatedSelect(const SelectInst *A, const Value *B) {
1155   // If the values are Selects with the same condition, we can do a more precise
1156   // check: just check for relations between the values on corresponding arms.
1157   if (const SelectInst *SB = dyn_cast<SelectInst>(B))
1158     if (A->getCondition() == SB->getCondition())
1159       return related(A->getTrueValue(), SB->getTrueValue()) ||
1160              related(A->getFalseValue(), SB->getFalseValue());
1161
1162   // Check both arms of the Select node individually.
1163   return related(A->getTrueValue(), B) ||
1164          related(A->getFalseValue(), B);
1165 }
1166
1167 bool ProvenanceAnalysis::relatedPHI(const PHINode *A, const Value *B) {
1168   // If the values are PHIs in the same block, we can do a more precise as well
1169   // as efficient check: just check for relations between the values on
1170   // corresponding edges.
1171   if (const PHINode *PNB = dyn_cast<PHINode>(B))
1172     if (PNB->getParent() == A->getParent()) {
1173       for (unsigned i = 0, e = A->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
1174         if (related(A->getIncomingValue(i),
1175                     PNB->getIncomingValueForBlock(A->getIncomingBlock(i))))
1176           return true;
1177       return false;
1178     }
1179
1180   // Check each unique source of the PHI node against B.
1181   SmallPtrSet<const Value *, 4> UniqueSrc;
1182   for (unsigned i = 0, e = A->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
1183     const Value *PV1 = A->getIncomingValue(i);
1184     if (UniqueSrc.insert(PV1) && related(PV1, B))
1185       return true;
1186   }
1187
1188   // All of the arms checked out.
1189   return false;
1190 }
1191
1192 /// isStoredObjCPointer - Test if the value of P, or any value covered by its
1193 /// provenance, is ever stored within the function (not counting callees).
1194 static bool isStoredObjCPointer(const Value *P) {
1195   SmallPtrSet<const Value *, 8> Visited;
1196   SmallVector<const Value *, 8> Worklist;
1197   Worklist.push_back(P);
1198   Visited.insert(P);
1199   do {
1200     P = Worklist.pop_back_val();
1201     for (Value::const_use_iterator UI = P->use_begin(), UE = P->use_end();
1202          UI != UE; ++UI) {
1203       const User *Ur = *UI;
1204       if (isa<StoreInst>(Ur)) {
1205         if (UI.getOperandNo() == 0)
1206           // The pointer is stored.
1207           return true;
1208         // The pointed is stored through.
1209         continue;
1210       }
1211       if (isa<CallInst>(Ur))
1212         // The pointer is passed as an argument, ignore this.
1213         continue;
1214       if (isa<PtrToIntInst>(P))
1215         // Assume the worst.
1216         return true;
1217       if (Visited.insert(Ur))
1218         Worklist.push_back(Ur);
1219     }
1220   } while (!Worklist.empty());
1221
1222   // Everything checked out.
1223   return false;
1224 }
1225
1226 bool ProvenanceAnalysis::relatedCheck(const Value *A, const Value *B) {
1227   // Skip past provenance pass-throughs.
1228   A = GetUnderlyingObjCPtr(A);
1229   B = GetUnderlyingObjCPtr(B);
1230
1231   // Quick check.
1232   if (A == B)
1233     return true;
1234
1235   // Ask regular AliasAnalysis, for a first approximation.
1236   switch (AA->alias(A, B)) {
1237   case AliasAnalysis::NoAlias:
1238     return false;
1239   case AliasAnalysis::MustAlias:
1240   case AliasAnalysis::PartialAlias:
1241     return true;
1242   case AliasAnalysis::MayAlias:
1243     break;
1244   }
1245
1246   bool AIsIdentified = IsObjCIdentifiedObject(A);
1247   bool BIsIdentified = IsObjCIdentifiedObject(B);
1248
1249   // An ObjC-Identified object can't alias a load if it is never locally stored.
1250   if (AIsIdentified) {
1251     // Check for an obvious escape.
1252     if (isa<LoadInst>(B))
1253       return isStoredObjCPointer(A);
1254     if (BIsIdentified) {
1255       // Check for an obvious escape.
1256       if (isa<LoadInst>(A))
1257         return isStoredObjCPointer(B);
1258       // Both pointers are identified and escapes aren't an evident problem.
1259       return false;
1260     }
1261   } else if (BIsIdentified) {
1262     // Check for an obvious escape.
1263     if (isa<LoadInst>(A))
1264       return isStoredObjCPointer(B);
1265   }
1266
1267    // Special handling for PHI and Select.
1268   if (const PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(A))
1269     return relatedPHI(PN, B);
1270   if (const PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(B))
1271     return relatedPHI(PN, A);
1272   if (const SelectInst *S = dyn_cast<SelectInst>(A))
1273     return relatedSelect(S, B);
1274   if (const SelectInst *S = dyn_cast<SelectInst>(B))
1275     return relatedSelect(S, A);
1276
1277   // Conservative.
1278   return true;
1279 }
1280
1281 bool ProvenanceAnalysis::related(const Value *A, const Value *B) {
1282   // Begin by inserting a conservative value into the map. If the insertion
1283   // fails, we have the answer already. If it succeeds, leave it there until we
1284   // compute the real answer to guard against recursive queries.
1285   if (A > B) std::swap(A, B);
1286   std::pair<CachedResultsTy::iterator, bool> Pair =
1287     CachedResults.insert(std::make_pair(ValuePairTy(A, B), true));
1288   if (!Pair.second)
1289     return Pair.first->second;
1290
1291   bool Result = relatedCheck(A, B);
1292   CachedResults[ValuePairTy(A, B)] = Result;
1293   return Result;
1294 }
1295
1296 namespace {
1297   // Sequence - A sequence of states that a pointer may go through in which an
1298   // objc_retain and objc_release are actually needed.
1299   enum Sequence {
1300     S_None,
1301     S_Retain,         ///< objc_retain(x)
1302     S_CanRelease,     ///< foo(x) -- x could possibly see a ref count decrement
1303     S_Use,            ///< any use of x
1304     S_Stop,           ///< like S_Release, but code motion is stopped
1305     S_Release,        ///< objc_release(x)
1306     S_MovableRelease  ///< objc_release(x), !clang.imprecise_release
1307   };
1308 }
1309
1310 static Sequence MergeSeqs(Sequence A, Sequence B, bool TopDown) {
1311   // The easy cases.
1312   if (A == B)
1313     return A;
1314   if (A == S_None || B == S_None)
1315     return S_None;
1316
1317   if (A > B) std::swap(A, B);
1318   if (TopDown) {
1319     // Choose the side which is further along in the sequence.
1320     if ((A == S_Retain || A == S_CanRelease) &&
1321         (B == S_CanRelease || B == S_Use))
1322       return B;
1323   } else {
1324     // Choose the side which is further along in the sequence.
1325     if ((A == S_Use || A == S_CanRelease) &&
1326         (B == S_Use || B == S_Release || B == S_Stop || B == S_MovableRelease))
1327       return A;
1328     // If both sides are releases, choose the more conservative one.
1329     if (A == S_Stop && (B == S_Release || B == S_MovableRelease))
1330       return A;
1331     if (A == S_Release && B == S_MovableRelease)
1332       return A;
1333   }
1334
1335   return S_None;
1336 }
1337
1338 namespace {
1339   /// RRInfo - Unidirectional information about either a
1340   /// retain-decrement-use-release sequence or release-use-decrement-retain
1341   /// reverese sequence.
1342   struct RRInfo {
1343     /// KnownSafe - After an objc_retain, the reference count of the referenced
1344     /// object is known to be positive. Similarly, before an objc_release, the
1345     /// reference count of the referenced object is known to be positive. If
1346     /// there are retain-release pairs in code regions where the retain count
1347     /// is known to be positive, they can be eliminated, regardless of any side
1348     /// effects between them.
1349     ///
1350     /// Also, a retain+release pair nested within another retain+release
1351     /// pair all on the known same pointer value can be eliminated, regardless
1352     /// of any intervening side effects.
1353     ///
1354     /// KnownSafe is true when either of these conditions is satisfied.
1355     bool KnownSafe;
1356
1357     /// IsRetainBlock - True if the Calls are objc_retainBlock calls (as
1358     /// opposed to objc_retain calls).
1359     bool IsRetainBlock;
1360
1361     /// IsTailCallRelease - True of the objc_release calls are all marked
1362     /// with the "tail" keyword.
1363     bool IsTailCallRelease;
1364
1365     /// ReleaseMetadata - If the Calls are objc_release calls and they all have
1366     /// a clang.imprecise_release tag, this is the metadata tag.
1367     MDNode *ReleaseMetadata;
1368
1369     /// Calls - For a top-down sequence, the set of objc_retains or
1370     /// objc_retainBlocks. For bottom-up, the set of objc_releases.
1371     SmallPtrSet<Instruction *, 2> Calls;
1372
1373     /// ReverseInsertPts - The set of optimal insert positions for
1374     /// moving calls in the opposite sequence.
1375     SmallPtrSet<Instruction *, 2> ReverseInsertPts;
1376
1377     RRInfo() :
1378       KnownSafe(false), IsRetainBlock(false),
1379       IsTailCallRelease(false),
1380       ReleaseMetadata(0) {}
1381
1382     void clear();
1383   };
1384 }
1385
1386 void RRInfo::clear() {
1387   KnownSafe = false;
1388   IsRetainBlock = false;
1389   IsTailCallRelease = false;
1390   ReleaseMetadata = 0;
1391   Calls.clear();
1392   ReverseInsertPts.clear();
1393 }
1394
1395 namespace {
1396   /// PtrState - This class summarizes several per-pointer runtime properties
1397   /// which are propogated through the flow graph.
1398   class PtrState {
1399     /// KnownPositiveRefCount - True if the reference count is known to
1400     /// be incremented.
1401     bool KnownPositiveRefCount;
1402
1403     /// Partial - True of we've seen an opportunity for partial RR elimination,
1404     /// such as pushing calls into a CFG triangle or into one side of a
1405     /// CFG diamond.
1406     bool Partial;
1407
1408     /// Seq - The current position in the sequence.
1409     Sequence Seq : 8;
1410
1411   public:
1412     /// RRI - Unidirectional information about the current sequence.
1413     /// TODO: Encapsulate this better.
1414     RRInfo RRI;
1415
1416     PtrState() : KnownPositiveRefCount(false), Partial(false),
1417                  Seq(S_None) {}
1418
1419     void SetKnownPositiveRefCount() {
1420       KnownPositiveRefCount = true;
1421     }
1422
1423     void ClearRefCount() {
1424       KnownPositiveRefCount = false;
1425     }
1426
1427     bool IsKnownIncremented() const {
1428       return KnownPositiveRefCount;
1429     }
1430
1431     void SetSeq(Sequence NewSeq) {
1432       Seq = NewSeq;
1433     }
1434
1435     Sequence GetSeq() const {
1436       return Seq;
1437     }
1438
1439     void ClearSequenceProgress() {
1440       ResetSequenceProgress(S_None);
1441     }
1442
1443     void ResetSequenceProgress(Sequence NewSeq) {
1444       Seq = NewSeq;
1445       Partial = false;
1446       RRI.clear();
1447     }
1448
1449     void Merge(const PtrState &Other, bool TopDown);
1450   };
1451 }
1452
1453 void
1454 PtrState::Merge(const PtrState &Other, bool TopDown) {
1455   Seq = MergeSeqs(Seq, Other.Seq, TopDown);
1456   KnownPositiveRefCount = KnownPositiveRefCount && Other.KnownPositiveRefCount;
1457
1458   // We can't merge a plain objc_retain with an objc_retainBlock.
1459   if (RRI.IsRetainBlock != Other.RRI.IsRetainBlock)
1460     Seq = S_None;
1461
1462   // If we're not in a sequence (anymore), drop all associated state.
1463   if (Seq == S_None) {
1464     Partial = false;
1465     RRI.clear();
1466   } else if (Partial || Other.Partial) {
1467     // If we're doing a merge on a path that's previously seen a partial
1468     // merge, conservatively drop the sequence, to avoid doing partial
1469     // RR elimination. If the branch predicates for the two merge differ,
1470     // mixing them is unsafe.
1471     ClearSequenceProgress();
1472   } else {
1473     // Conservatively merge the ReleaseMetadata information.
1474     if (RRI.ReleaseMetadata != Other.RRI.ReleaseMetadata)
1475       RRI.ReleaseMetadata = 0;
1476
1477     RRI.KnownSafe = RRI.KnownSafe && Other.RRI.KnownSafe;
1478     RRI.IsTailCallRelease = RRI.IsTailCallRelease &&
1479                             Other.RRI.IsTailCallRelease;
1480     RRI.Calls.insert(Other.RRI.Calls.begin(), Other.RRI.Calls.end());
1481
1482     // Merge the insert point sets. If there are any differences,
1483     // that makes this a partial merge.
1484     Partial = RRI.ReverseInsertPts.size() != Other.RRI.ReverseInsertPts.size();
1485     for (SmallPtrSet<Instruction *, 2>::const_iterator
1486          I = Other.RRI.ReverseInsertPts.begin(),
1487          E = Other.RRI.ReverseInsertPts.end(); I != E; ++I)
1488       Partial |= RRI.ReverseInsertPts.insert(*I);
1489   }
1490 }
1491
1492 namespace {
1493   /// BBState - Per-BasicBlock state.
1494   class BBState {
1495     /// TopDownPathCount - The number of unique control paths from the entry
1496     /// which can reach this block.
1497     unsigned TopDownPathCount;
1498
1499     /// BottomUpPathCount - The number of unique control paths to exits
1500     /// from this block.
1501     unsigned BottomUpPathCount;
1502
1503     /// MapTy - A type for PerPtrTopDown and PerPtrBottomUp.
1504     typedef MapVector<const Value *, PtrState> MapTy;
1505
1506     /// PerPtrTopDown - The top-down traversal uses this to record information
1507     /// known about a pointer at the bottom of each block.
1508     MapTy PerPtrTopDown;
1509
1510     /// PerPtrBottomUp - The bottom-up traversal uses this to record information
1511     /// known about a pointer at the top of each block.
1512     MapTy PerPtrBottomUp;
1513
1514     /// Preds, Succs - Effective successors and predecessors of the current
1515     /// block (this ignores ignorable edges and ignored backedges).
1516     SmallVector<BasicBlock *, 2> Preds;
1517     SmallVector<BasicBlock *, 2> Succs;
1518
1519   public:
1520     BBState() : TopDownPathCount(0), BottomUpPathCount(0) {}
1521
1522     typedef MapTy::iterator ptr_iterator;
1523     typedef MapTy::const_iterator ptr_const_iterator;
1524
1525     ptr_iterator top_down_ptr_begin() { return PerPtrTopDown.begin(); }
1526     ptr_iterator top_down_ptr_end() { return PerPtrTopDown.end(); }
1527     ptr_const_iterator top_down_ptr_begin() const {
1528       return PerPtrTopDown.begin();
1529     }
1530     ptr_const_iterator top_down_ptr_end() const {
1531       return PerPtrTopDown.end();
1532     }
1533
1534     ptr_iterator bottom_up_ptr_begin() { return PerPtrBottomUp.begin(); }
1535     ptr_iterator bottom_up_ptr_end() { return PerPtrBottomUp.end(); }
1536     ptr_const_iterator bottom_up_ptr_begin() const {
1537       return PerPtrBottomUp.begin();
1538     }
1539     ptr_const_iterator bottom_up_ptr_end() const {
1540       return PerPtrBottomUp.end();
1541     }
1542
1543     /// SetAsEntry - Mark this block as being an entry block, which has one
1544     /// path from the entry by definition.
1545     void SetAsEntry() { TopDownPathCount = 1; }
1546
1547     /// SetAsExit - Mark this block as being an exit block, which has one
1548     /// path to an exit by definition.
1549     void SetAsExit()  { BottomUpPathCount = 1; }
1550
1551     PtrState &getPtrTopDownState(const Value *Arg) {
1552       return PerPtrTopDown[Arg];
1553     }
1554
1555     PtrState &getPtrBottomUpState(const Value *Arg) {
1556       return PerPtrBottomUp[Arg];
1557     }
1558
1559     void clearBottomUpPointers() {
1560       PerPtrBottomUp.clear();
1561     }
1562
1563     void clearTopDownPointers() {
1564       PerPtrTopDown.clear();
1565     }
1566
1567     void InitFromPred(const BBState &Other);
1568     void InitFromSucc(const BBState &Other);
1569     void MergePred(const BBState &Other);
1570     void MergeSucc(const BBState &Other);
1571
1572     /// GetAllPathCount - Return the number of possible unique paths from an
1573     /// entry to an exit which pass through this block. This is only valid
1574     /// after both the top-down and bottom-up traversals are complete.
1575     unsigned GetAllPathCount() const {
1576       assert(TopDownPathCount != 0);
1577       assert(BottomUpPathCount != 0);
1578       return TopDownPathCount * BottomUpPathCount;
1579     }
1580
1581     // Specialized CFG utilities.
1582     typedef SmallVectorImpl<BasicBlock *>::const_iterator edge_iterator;
1583     edge_iterator pred_begin() { return Preds.begin(); }
1584     edge_iterator pred_end() { return Preds.end(); }
1585     edge_iterator succ_begin() { return Succs.begin(); }
1586     edge_iterator succ_end() { return Succs.end(); }
1587
1588     void addSucc(BasicBlock *Succ) { Succs.push_back(Succ); }
1589     void addPred(BasicBlock *Pred) { Preds.push_back(Pred); }
1590
1591     bool isExit() const { return Succs.empty(); }
1592   };
1593 }
1594
1595 void BBState::InitFromPred(const BBState &Other) {
1596   PerPtrTopDown = Other.PerPtrTopDown;
1597   TopDownPathCount = Other.TopDownPathCount;
1598 }
1599
1600 void BBState::InitFromSucc(const BBState &Other) {
1601   PerPtrBottomUp = Other.PerPtrBottomUp;
1602   BottomUpPathCount = Other.BottomUpPathCount;
1603 }
1604
1605 /// MergePred - The top-down traversal uses this to merge information about
1606 /// predecessors to form the initial state for a new block.
1607 void BBState::MergePred(const BBState &Other) {
1608   // Other.TopDownPathCount can be 0, in which case it is either dead or a
1609   // loop backedge. Loop backedges are special.
1610   TopDownPathCount += Other.TopDownPathCount;
1611
1612   // Check for overflow. If we have overflow, fall back to conservative behavior.
1613   if (TopDownPathCount < Other.TopDownPathCount) {
1614     clearTopDownPointers();
1615     return;
1616   }
1617
1618   // For each entry in the other set, if our set has an entry with the same key,
1619   // merge the entries. Otherwise, copy the entry and merge it with an empty
1620   // entry.
1621   for (ptr_const_iterator MI = Other.top_down_ptr_begin(),
1622        ME = Other.top_down_ptr_end(); MI != ME; ++MI) {
1623     std::pair<ptr_iterator, bool> Pair = PerPtrTopDown.insert(*MI);
1624     Pair.first->second.Merge(Pair.second ? PtrState() : MI->second,
1625                              /*TopDown=*/true);
1626   }
1627
1628   // For each entry in our set, if the other set doesn't have an entry with the
1629   // same key, force it to merge with an empty entry.
1630   for (ptr_iterator MI = top_down_ptr_begin(),
1631        ME = top_down_ptr_end(); MI != ME; ++MI)
1632     if (Other.PerPtrTopDown.find(MI->first) == Other.PerPtrTopDown.end())
1633       MI->second.Merge(PtrState(), /*TopDown=*/true);
1634 }
1635
1636 /// MergeSucc - The bottom-up traversal uses this to merge information about
1637 /// successors to form the initial state for a new block.
1638 void BBState::MergeSucc(const BBState &Other) {
1639   // Other.BottomUpPathCount can be 0, in which case it is either dead or a
1640   // loop backedge. Loop backedges are special.
1641   BottomUpPathCount += Other.BottomUpPathCount;
1642
1643   // Check for overflow. If we have overflow, fall back to conservative behavior.
1644   if (BottomUpPathCount < Other.BottomUpPathCount) {
1645     clearBottomUpPointers();
1646     return;
1647   }
1648
1649   // For each entry in the other set, if our set has an entry with the
1650   // same key, merge the entries. Otherwise, copy the entry and merge
1651   // it with an empty entry.
1652   for (ptr_const_iterator MI = Other.bottom_up_ptr_begin(),
1653        ME = Other.bottom_up_ptr_end(); MI != ME; ++MI) {
1654     std::pair<ptr_iterator, bool> Pair = PerPtrBottomUp.insert(*MI);
1655     Pair.first->second.Merge(Pair.second ? PtrState() : MI->second,
1656                              /*TopDown=*/false);
1657   }
1658
1659   // For each entry in our set, if the other set doesn't have an entry
1660   // with the same key, force it to merge with an empty entry.
1661   for (ptr_iterator MI = bottom_up_ptr_begin(),
1662        ME = bottom_up_ptr_end(); MI != ME; ++MI)
1663     if (Other.PerPtrBottomUp.find(MI->first) == Other.PerPtrBottomUp.end())
1664       MI->second.Merge(PtrState(), /*TopDown=*/false);
1665 }
1666
1667 namespace {
1668   /// ObjCARCOpt - The main ARC optimization pass.
1669   class ObjCARCOpt : public FunctionPass {
1670     bool Changed;
1671     ProvenanceAnalysis PA;
1672
1673     /// Run - A flag indicating whether this optimization pass should run.
1674     bool Run;
1675
1676     /// RetainRVCallee, etc. - Declarations for ObjC runtime
1677     /// functions, for use in creating calls to them. These are initialized
1678     /// lazily to avoid cluttering up the Module with unused declarations.
1679     Constant *RetainRVCallee, *AutoreleaseRVCallee, *ReleaseCallee,
1680              *RetainCallee, *RetainBlockCallee, *AutoreleaseCallee;
1681
1682     /// UsedInThisFunciton - Flags which determine whether each of the
1683     /// interesting runtine functions is in fact used in the current function.
1684     unsigned UsedInThisFunction;
1685
1686     /// ImpreciseReleaseMDKind - The Metadata Kind for clang.imprecise_release
1687     /// metadata.
1688     unsigned ImpreciseReleaseMDKind;
1689
1690     /// CopyOnEscapeMDKind - The Metadata Kind for clang.arc.copy_on_escape
1691     /// metadata.
1692     unsigned CopyOnEscapeMDKind;
1693
1694     /// NoObjCARCExceptionsMDKind - The Metadata Kind for
1695     /// clang.arc.no_objc_arc_exceptions metadata.
1696     unsigned NoObjCARCExceptionsMDKind;
1697
1698     Constant *getRetainRVCallee(Module *M);
1699     Constant *getAutoreleaseRVCallee(Module *M);
1700     Constant *getReleaseCallee(Module *M);
1701     Constant *getRetainCallee(Module *M);
1702     Constant *getRetainBlockCallee(Module *M);
1703     Constant *getAutoreleaseCallee(Module *M);
1704
1705     bool IsRetainBlockOptimizable(const Instruction *Inst);
1706
1707     void OptimizeRetainCall(Function &F, Instruction *Retain);
1708     bool OptimizeRetainRVCall(Function &F, Instruction *RetainRV);
1709     void OptimizeAutoreleaseRVCall(Function &F, Instruction *AutoreleaseRV);
1710     void OptimizeIndividualCalls(Function &F);
1711
1712     void CheckForCFGHazards(const BasicBlock *BB,
1713                             DenseMap<const BasicBlock *, BBState> &BBStates,
1714                             BBState &MyStates) const;
1715     bool VisitInstructionBottomUp(Instruction *Inst,
1716                                   BasicBlock *BB,
1717                                   MapVector<Value *, RRInfo> &Retains,
1718                                   BBState &MyStates);
1719     bool VisitBottomUp(BasicBlock *BB,
1720                        DenseMap<const BasicBlock *, BBState> &BBStates,
1721                        MapVector<Value *, RRInfo> &Retains);
1722     bool VisitInstructionTopDown(Instruction *Inst,
1723                                  DenseMap<Value *, RRInfo> &Releases,
1724                                  BBState &MyStates);
1725     bool VisitTopDown(BasicBlock *BB,
1726                       DenseMap<const BasicBlock *, BBState> &BBStates,
1727                       DenseMap<Value *, RRInfo> &Releases);
1728     bool Visit(Function &F,
1729                DenseMap<const BasicBlock *, BBState> &BBStates,
1730                MapVector<Value *, RRInfo> &Retains,
1731                DenseMap<Value *, RRInfo> &Releases);
1732
1733     void MoveCalls(Value *Arg, RRInfo &RetainsToMove, RRInfo &ReleasesToMove,
1734                    MapVector<Value *, RRInfo> &Retains,
1735                    DenseMap<Value *, RRInfo> &Releases,
1736                    SmallVectorImpl<Instruction *> &DeadInsts,
1737                    Module *M);
1738
1739     bool PerformCodePlacement(DenseMap<const BasicBlock *, BBState> &BBStates,
1740                               MapVector<Value *, RRInfo> &Retains,
1741                               DenseMap<Value *, RRInfo> &Releases,
1742                               Module *M);
1743
1744     void OptimizeWeakCalls(Function &F);
1745
1746     bool OptimizeSequences(Function &F);
1747
1748     void OptimizeReturns(Function &F);
1749
1750     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const;
1751     virtual bool doInitialization(Module &M);
1752     virtual bool runOnFunction(Function &F);
1753     virtual void releaseMemory();
1754
1755   public:
1756     static char ID;
1757     ObjCARCOpt() : FunctionPass(ID) {
1758       initializeObjCARCOptPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
1759     }
1760   };
1761 }
1762
1763 char ObjCARCOpt::ID = 0;
1764 INITIALIZE_PASS_BEGIN(ObjCARCOpt,
1765                       "objc-arc", "ObjC ARC optimization", false, false)
1766 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(ObjCARCAliasAnalysis)
1767 INITIALIZE_PASS_END(ObjCARCOpt,
1768                     "objc-arc", "ObjC ARC optimization", false, false)
1769
1770 Pass *llvm::createObjCARCOptPass() {
1771   return new ObjCARCOpt();
1772 }
1773
1774 void ObjCARCOpt::getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
1775   AU.addRequired<ObjCARCAliasAnalysis>();
1776   AU.addRequired<AliasAnalysis>();
1777   // ARC optimization doesn't currently split critical edges.
1778   AU.setPreservesCFG();
1779 }
1780
1781 bool ObjCARCOpt::IsRetainBlockOptimizable(const Instruction *Inst) {
1782   // Without the magic metadata tag, we have to assume this might be an
1783   // objc_retainBlock call inserted to convert a block pointer to an id,
1784   // in which case it really is needed.
1785   if (!Inst->getMetadata(CopyOnEscapeMDKind))
1786     return false;
1787
1788   // If the pointer "escapes" (not including being used in a call),
1789   // the copy may be needed.
1790   if (DoesObjCBlockEscape(Inst))
1791     return false;
1792
1793   // Otherwise, it's not needed.
1794   return true;
1795 }
1796
1797 Constant *ObjCARCOpt::getRetainRVCallee(Module *M) {
1798   if (!RetainRVCallee) {
1799     LLVMContext &C = M->getContext();
1800     Type *I8X = PointerType::getUnqual(Type::getInt8Ty(C));
1801     Type *Params[] = { I8X };
1802     FunctionType *FTy = FunctionType::get(I8X, Params, /*isVarArg=*/false);
1803     AttributeSet Attribute =
1804       AttributeSet().addAttr(M->getContext(), AttributeSet::FunctionIndex,
1805                             Attribute::get(C, Attribute::NoUnwind));
1806     RetainRVCallee =
1807       M->getOrInsertFunction("objc_retainAutoreleasedReturnValue", FTy,
1808                              Attribute);
1809   }
1810   return RetainRVCallee;
1811 }
1812
1813 Constant *ObjCARCOpt::getAutoreleaseRVCallee(Module *M) {
1814   if (!AutoreleaseRVCallee) {
1815     LLVMContext &C = M->getContext();
1816     Type *I8X = PointerType::getUnqual(Type::getInt8Ty(C));
1817     Type *Params[] = { I8X };
1818     FunctionType *FTy = FunctionType::get(I8X, Params, /*isVarArg=*/false);
1819     AttributeSet Attribute =
1820       AttributeSet().addAttr(M->getContext(), AttributeSet::FunctionIndex,
1821                             Attribute::get(C, Attribute::NoUnwind));
1822     AutoreleaseRVCallee =
1823       M->getOrInsertFunction("objc_autoreleaseReturnValue", FTy,
1824                              Attribute);
1825   }
1826   return AutoreleaseRVCallee;
1827 }
1828
1829 Constant *ObjCARCOpt::getReleaseCallee(Module *M) {
1830   if (!ReleaseCallee) {
1831     LLVMContext &C = M->getContext();
1832     Type *Params[] = { PointerType::getUnqual(Type::getInt8Ty(C)) };
1833     AttributeSet Attribute =
1834       AttributeSet().addAttr(M->getContext(), AttributeSet::FunctionIndex,
1835                             Attribute::get(C, Attribute::NoUnwind));
1836     ReleaseCallee =
1837       M->getOrInsertFunction(
1838         "objc_release",
1839         FunctionType::get(Type::getVoidTy(C), Params, /*isVarArg=*/false),
1840         Attribute);
1841   }
1842   return ReleaseCallee;
1843 }
1844
1845 Constant *ObjCARCOpt::getRetainCallee(Module *M) {
1846   if (!RetainCallee) {
1847     LLVMContext &C = M->getContext();
1848     Type *Params[] = { PointerType::getUnqual(Type::getInt8Ty(C)) };
1849     AttributeSet Attribute =
1850       AttributeSet().addAttr(M->getContext(), AttributeSet::FunctionIndex,
1851                             Attribute::get(C, Attribute::NoUnwind));
1852     RetainCallee =
1853       M->getOrInsertFunction(
1854         "objc_retain",
1855         FunctionType::get(Params[0], Params, /*isVarArg=*/false),
1856         Attribute);
1857   }
1858   return RetainCallee;
1859 }
1860
1861 Constant *ObjCARCOpt::getRetainBlockCallee(Module *M) {
1862   if (!RetainBlockCallee) {
1863     LLVMContext &C = M->getContext();
1864     Type *Params[] = { PointerType::getUnqual(Type::getInt8Ty(C)) };
1865     // objc_retainBlock is not nounwind because it calls user copy constructors
1866     // which could theoretically throw.
1867     RetainBlockCallee =
1868       M->getOrInsertFunction(
1869         "objc_retainBlock",
1870         FunctionType::get(Params[0], Params, /*isVarArg=*/false),
1871         AttributeSet());
1872   }
1873   return RetainBlockCallee;
1874 }
1875
1876 Constant *ObjCARCOpt::getAutoreleaseCallee(Module *M) {
1877   if (!AutoreleaseCallee) {
1878     LLVMContext &C = M->getContext();
1879     Type *Params[] = { PointerType::getUnqual(Type::getInt8Ty(C)) };
1880     AttributeSet Attribute =
1881       AttributeSet().addAttr(M->getContext(), AttributeSet::FunctionIndex,
1882                             Attribute::get(C, Attribute::NoUnwind));
1883     AutoreleaseCallee =
1884       M->getOrInsertFunction(
1885         "objc_autorelease",
1886         FunctionType::get(Params[0], Params, /*isVarArg=*/false),
1887         Attribute);
1888   }
1889   return AutoreleaseCallee;
1890 }
1891
1892 /// IsPotentialUse - Test whether the given value is possible a
1893 /// reference-counted pointer, including tests which utilize AliasAnalysis.
1894 static bool IsPotentialUse(const Value *Op, AliasAnalysis &AA) {
1895   // First make the rudimentary check.
1896   if (!IsPotentialUse(Op))
1897     return false;
1898
1899   // Objects in constant memory are not reference-counted.
1900   if (AA.pointsToConstantMemory(Op))
1901     return false;
1902
1903   // Pointers in constant memory are not pointing to reference-counted objects.
1904   if (const LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(Op))
1905     if (AA.pointsToConstantMemory(LI->getPointerOperand()))
1906       return false;
1907
1908   // Otherwise assume the worst.
1909   return true;
1910 }
1911
1912 /// CanAlterRefCount - Test whether the given instruction can result in a
1913 /// reference count modification (positive or negative) for the pointer's
1914 /// object.
1915 static bool
1916 CanAlterRefCount(const Instruction *Inst, const Value *Ptr,
1917                  ProvenanceAnalysis &PA, InstructionClass Class) {
1918   switch (Class) {
1919   case IC_Autorelease:
1920   case IC_AutoreleaseRV:
1921   case IC_User:
1922     // These operations never directly modify a reference count.
1923     return false;
1924   default: break;
1925   }
1926
1927   ImmutableCallSite CS = static_cast<const Value *>(Inst);
1928   assert(CS && "Only calls can alter reference counts!");
1929
1930   // See if AliasAnalysis can help us with the call.
1931   AliasAnalysis::ModRefBehavior MRB = PA.getAA()->getModRefBehavior(CS);
1932   if (AliasAnalysis::onlyReadsMemory(MRB))
1933     return false;
1934   if (AliasAnalysis::onlyAccessesArgPointees(MRB)) {
1935     for (ImmutableCallSite::arg_iterator I = CS.arg_begin(), E = CS.arg_end();
1936          I != E; ++I) {
1937       const Value *Op = *I;
1938       if (IsPotentialUse(Op, *PA.getAA()) && PA.related(Ptr, Op))
1939         return true;
1940     }
1941     return false;
1942   }
1943
1944   // Assume the worst.
1945   return true;
1946 }
1947
1948 /// CanUse - Test whether the given instruction can "use" the given pointer's
1949 /// object in a way that requires the reference count to be positive.
1950 static bool
1951 CanUse(const Instruction *Inst, const Value *Ptr, ProvenanceAnalysis &PA,
1952        InstructionClass Class) {
1953   // IC_Call operations (as opposed to IC_CallOrUser) never "use" objc pointers.
1954   if (Class == IC_Call)
1955     return false;
1956
1957   // Consider various instructions which may have pointer arguments which are
1958   // not "uses".
1959   if (const ICmpInst *ICI = dyn_cast<ICmpInst>(Inst)) {
1960     // Comparing a pointer with null, or any other constant, isn't really a use,
1961     // because we don't care what the pointer points to, or about the values
1962     // of any other dynamic reference-counted pointers.
1963     if (!IsPotentialUse(ICI->getOperand(1), *PA.getAA()))
1964       return false;
1965   } else if (ImmutableCallSite CS = static_cast<const Value *>(Inst)) {
1966     // For calls, just check the arguments (and not the callee operand).
1967     for (ImmutableCallSite::arg_iterator OI = CS.arg_begin(),
1968          OE = CS.arg_end(); OI != OE; ++OI) {
1969       const Value *Op = *OI;
1970       if (IsPotentialUse(Op, *PA.getAA()) && PA.related(Ptr, Op))
1971         return true;
1972     }
1973     return false;
1974   } else if (const StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Inst)) {
1975     // Special-case stores, because we don't care about the stored value, just
1976     // the store address.
1977     const Value *Op = GetUnderlyingObjCPtr(SI->getPointerOperand());
1978     // If we can't tell what the underlying object was, assume there is a
1979     // dependence.
1980     return IsPotentialUse(Op, *PA.getAA()) && PA.related(Op, Ptr);
1981   }
1982
1983   // Check each operand for a match.
1984   for (User::const_op_iterator OI = Inst->op_begin(), OE = Inst->op_end();
1985        OI != OE; ++OI) {
1986     const Value *Op = *OI;
1987     if (IsPotentialUse(Op, *PA.getAA()) && PA.related(Ptr, Op))
1988       return true;
1989   }
1990   return false;
1991 }
1992
1993 /// CanInterruptRV - Test whether the given instruction can autorelease
1994 /// any pointer or cause an autoreleasepool pop.
1995 static bool
1996 CanInterruptRV(InstructionClass Class) {
1997   switch (Class) {
1998   case IC_AutoreleasepoolPop:
1999   case IC_CallOrUser:
2000   case IC_Call:
2001   case IC_Autorelease:
2002   case IC_AutoreleaseRV:
2003   case IC_FusedRetainAutorelease:
2004   case IC_FusedRetainAutoreleaseRV:
2005     return true;
2006   default:
2007     return false;
2008   }
2009 }
2010
2011 namespace {
2012   /// DependenceKind - There are several kinds of dependence-like concepts in
2013   /// use here.
2014   enum DependenceKind {
2015     NeedsPositiveRetainCount,
2016     AutoreleasePoolBoundary,
2017     CanChangeRetainCount,
2018     RetainAutoreleaseDep,       ///< Blocks objc_retainAutorelease.
2019     RetainAutoreleaseRVDep,     ///< Blocks objc_retainAutoreleaseReturnValue.
2020     RetainRVDep                 ///< Blocks objc_retainAutoreleasedReturnValue.
2021   };
2022 }
2023
2024 /// Depends - Test if there can be dependencies on Inst through Arg. This
2025 /// function only tests dependencies relevant for removing pairs of calls.
2026 static bool
2027 Depends(DependenceKind Flavor, Instruction *Inst, const Value *Arg,
2028         ProvenanceAnalysis &PA) {
2029   // If we've reached the definition of Arg, stop.
2030   if (Inst == Arg)
2031     return true;
2032
2033   switch (Flavor) {
2034   case NeedsPositiveRetainCount: {
2035     InstructionClass Class = GetInstructionClass(Inst);
2036     switch (Class) {
2037     case IC_AutoreleasepoolPop:
2038     case IC_AutoreleasepoolPush:
2039     case IC_None:
2040       return false;
2041     default:
2042       return CanUse(Inst, Arg, PA, Class);
2043     }
2044   }
2045
2046   case AutoreleasePoolBoundary: {
2047     InstructionClass Class = GetInstructionClass(Inst);
2048     switch (Class) {
2049     case IC_AutoreleasepoolPop:
2050     case IC_AutoreleasepoolPush:
2051       // These mark the end and begin of an autorelease pool scope.
2052       return true;
2053     default:
2054       // Nothing else does this.
2055       return false;
2056     }
2057   }
2058
2059   case CanChangeRetainCount: {
2060     InstructionClass Class = GetInstructionClass(Inst);
2061     switch (Class) {
2062     case IC_AutoreleasepoolPop:
2063       // Conservatively assume this can decrement any count.
2064       return true;
2065     case IC_AutoreleasepoolPush:
2066     case IC_None:
2067       return false;
2068     default:
2069       return CanAlterRefCount(Inst, Arg, PA, Class);
2070     }
2071   }
2072
2073   case RetainAutoreleaseDep:
2074     switch (GetBasicInstructionClass(Inst)) {
2075     case IC_AutoreleasepoolPop:
2076     case IC_AutoreleasepoolPush:
2077       // Don't merge an objc_autorelease with an objc_retain inside a different
2078       // autoreleasepool scope.
2079       return true;
2080     case IC_Retain:
2081     case IC_RetainRV:
2082       // Check for a retain of the same pointer for merging.
2083       return GetObjCArg(Inst) == Arg;
2084     default:
2085       // Nothing else matters for objc_retainAutorelease formation.
2086       return false;
2087     }
2088
2089   case RetainAutoreleaseRVDep: {
2090     InstructionClass Class = GetBasicInstructionClass(Inst);
2091     switch (Class) {
2092     case IC_Retain:
2093     case IC_RetainRV:
2094       // Check for a retain of the same pointer for merging.
2095       return GetObjCArg(Inst) == Arg;
2096     default:
2097       // Anything that can autorelease interrupts
2098       // retainAutoreleaseReturnValue formation.
2099       return CanInterruptRV(Class);
2100     }
2101   }
2102
2103   case RetainRVDep:
2104     return CanInterruptRV(GetBasicInstructionClass(Inst));
2105   }
2106
2107   llvm_unreachable("Invalid dependence flavor");
2108 }
2109
2110 /// FindDependencies - Walk up the CFG from StartPos (which is in StartBB) and
2111 /// find local and non-local dependencies on Arg.
2112 /// TODO: Cache results?
2113 static void
2114 FindDependencies(DependenceKind Flavor,
2115                  const Value *Arg,
2116                  BasicBlock *StartBB, Instruction *StartInst,
2117                  SmallPtrSet<Instruction *, 4> &DependingInstructions,
2118                  SmallPtrSet<const BasicBlock *, 4> &Visited,
2119                  ProvenanceAnalysis &PA) {
2120   BasicBlock::iterator StartPos = StartInst;
2121
2122   SmallVector<std::pair<BasicBlock *, BasicBlock::iterator>, 4> Worklist;
2123   Worklist.push_back(std::make_pair(StartBB, StartPos));
2124   do {
2125     std::pair<BasicBlock *, BasicBlock::iterator> Pair =
2126       Worklist.pop_back_val();
2127     BasicBlock *LocalStartBB = Pair.first;
2128     BasicBlock::iterator LocalStartPos = Pair.second;
2129     BasicBlock::iterator StartBBBegin = LocalStartBB->begin();
2130     for (;;) {
2131       if (LocalStartPos == StartBBBegin) {
2132         pred_iterator PI(LocalStartBB), PE(LocalStartBB, false);
2133         if (PI == PE)
2134           // If we've reached the function entry, produce a null dependence.
2135           DependingInstructions.insert(0);
2136         else
2137           // Add the predecessors to the worklist.
2138           do {
2139             BasicBlock *PredBB = *PI;
2140             if (Visited.insert(PredBB))
2141               Worklist.push_back(std::make_pair(PredBB, PredBB->end()));
2142           } while (++PI != PE);
2143         break;
2144       }
2145
2146       Instruction *Inst = --LocalStartPos;
2147       if (Depends(Flavor, Inst, Arg, PA)) {
2148         DependingInstructions.insert(Inst);
2149         break;
2150       }
2151     }
2152   } while (!Worklist.empty());
2153
2154   // Determine whether the original StartBB post-dominates all of the blocks we
2155   // visited. If not, insert a sentinal indicating that most optimizations are
2156   // not safe.
2157   for (SmallPtrSet<const BasicBlock *, 4>::const_iterator I = Visited.begin(),
2158        E = Visited.end(); I != E; ++I) {
2159     const BasicBlock *BB = *I;
2160     if (BB == StartBB)
2161       continue;
2162     const TerminatorInst *TI = cast<TerminatorInst>(&BB->back());
2163     for (succ_const_iterator SI(TI), SE(TI, false); SI != SE; ++SI) {
2164       const BasicBlock *Succ = *SI;
2165       if (Succ != StartBB && !Visited.count(Succ)) {
2166         DependingInstructions.insert(reinterpret_cast<Instruction *>(-1));
2167         return;
2168       }
2169     }
2170   }
2171 }
2172
2173 static bool isNullOrUndef(const Value *V) {
2174   return isa<ConstantPointerNull>(V) || isa<UndefValue>(V);
2175 }
2176
2177 static bool isNoopInstruction(const Instruction *I) {
2178   return isa<BitCastInst>(I) ||
2179          (isa<GetElementPtrInst>(I) &&
2180           cast<GetElementPtrInst>(I)->hasAllZeroIndices());
2181 }
2182
2183 /// OptimizeRetainCall - Turn objc_retain into
2184 /// objc_retainAutoreleasedReturnValue if the operand is a return value.
2185 void
2186 ObjCARCOpt::OptimizeRetainCall(Function &F, Instruction *Retain) {
2187   ImmutableCallSite CS(GetObjCArg(Retain));
2188   const Instruction *Call = CS.getInstruction();
2189   if (!Call) return;
2190   if (Call->getParent() != Retain->getParent()) return;
2191
2192   // Check that the call is next to the retain.
2193   BasicBlock::const_iterator I = Call;
2194   ++I;
2195   while (isNoopInstruction(I)) ++I;
2196   if (&*I != Retain)
2197     return;
2198
2199   // Turn it to an objc_retainAutoreleasedReturnValue..
2200   Changed = true;
2201   ++NumPeeps;
2202   
2203   DEBUG(dbgs() << "ObjCARCOpt::OptimizeRetainCall: Transforming "
2204                   "objc_retainAutoreleasedReturnValue => "
2205                   "objc_retain since the operand is not a return value.\n"
2206                   "                                Old: "
2207                << *Retain << "\n");
2208   
2209   cast<CallInst>(Retain)->setCalledFunction(getRetainRVCallee(F.getParent()));
2210
2211   DEBUG(dbgs() << "                                New: "
2212                << *Retain << "\n");
2213 }
2214
2215 /// OptimizeRetainRVCall - Turn objc_retainAutoreleasedReturnValue into
2216 /// objc_retain if the operand is not a return value.  Or, if it can be paired
2217 /// with an objc_autoreleaseReturnValue, delete the pair and return true.
2218 bool
2219 ObjCARCOpt::OptimizeRetainRVCall(Function &F, Instruction *RetainRV) {
2220   // Check for the argument being from an immediately preceding call or invoke.
2221   const Value *Arg = GetObjCArg(RetainRV);
2222   ImmutableCallSite CS(Arg);
2223   if (const Instruction *Call = CS.getInstruction()) {
2224     if (Call->getParent() == RetainRV->getParent()) {
2225       BasicBlock::const_iterator I = Call;
2226       ++I;
2227       while (isNoopInstruction(I)) ++I;
2228       if (&*I == RetainRV)
2229         return false;
2230     } else if (const InvokeInst *II = dyn_cast<InvokeInst>(Call)) {
2231       BasicBlock *RetainRVParent = RetainRV->getParent();
2232       if (II->getNormalDest() == RetainRVParent) {
2233         BasicBlock::const_iterator I = RetainRVParent->begin();
2234         while (isNoopInstruction(I)) ++I;
2235         if (&*I == RetainRV)
2236           return false;
2237       }
2238     }
2239   }
2240
2241   // Check for being preceded by an objc_autoreleaseReturnValue on the same
2242   // pointer. In this case, we can delete the pair.
2243   BasicBlock::iterator I = RetainRV, Begin = RetainRV->getParent()->begin();
2244   if (I != Begin) {
2245     do --I; while (I != Begin && isNoopInstruction(I));
2246     if (GetBasicInstructionClass(I) == IC_AutoreleaseRV &&
2247         GetObjCArg(I) == Arg) {
2248       Changed = true;
2249       ++NumPeeps;
2250       
2251       DEBUG(dbgs() << "ObjCARCOpt::OptimizeRetainRVCall: Erasing " << *I << "\n"
2252                    << "                                  Erasing " << *RetainRV
2253                    << "\n");
2254       
2255       EraseInstruction(I);
2256       EraseInstruction(RetainRV);
2257       return true;
2258     }
2259   }
2260
2261   // Turn it to a plain objc_retain.
2262   Changed = true;
2263   ++NumPeeps;
2264   
2265   DEBUG(dbgs() << "ObjCARCOpt::OptimizeRetainRVCall: Transforming "
2266                   "objc_retainAutoreleasedReturnValue => "
2267                   "objc_retain since the operand is not a return value.\n"
2268                   "                                  Old: "
2269                << *RetainRV << "\n");
2270   
2271   cast<CallInst>(RetainRV)->setCalledFunction(getRetainCallee(F.getParent()));
2272
2273   DEBUG(dbgs() << "                                  New: "
2274                << *RetainRV << "\n");
2275
2276   return false;
2277 }
2278
2279 /// OptimizeAutoreleaseRVCall - Turn objc_autoreleaseReturnValue into
2280 /// objc_autorelease if the result is not used as a return value.
2281 void
2282 ObjCARCOpt::OptimizeAutoreleaseRVCall(Function &F, Instruction *AutoreleaseRV) {
2283   // Check for a return of the pointer value.
2284   const Value *Ptr = GetObjCArg(AutoreleaseRV);
2285   SmallVector<const Value *, 2> Users;
2286   Users.push_back(Ptr);
2287   do {
2288     Ptr = Users.pop_back_val();
2289     for (Value::const_use_iterator UI = Ptr->use_begin(), UE = Ptr->use_end();
2290          UI != UE; ++UI) {
2291       const User *I = *UI;
2292       if (isa<ReturnInst>(I) || GetBasicInstructionClass(I) == IC_RetainRV)
2293         return;
2294       if (isa<BitCastInst>(I))
2295         Users.push_back(I);
2296     }
2297   } while (!Users.empty());
2298
2299   Changed = true;
2300   ++NumPeeps;
2301   cast<CallInst>(AutoreleaseRV)->
2302     setCalledFunction(getAutoreleaseCallee(F.getParent()));
2303 }
2304
2305 /// OptimizeIndividualCalls - Visit each call, one at a time, and make
2306 /// simplifications without doing any additional analysis.
2307 void ObjCARCOpt::OptimizeIndividualCalls(Function &F) {
2308   // Reset all the flags in preparation for recomputing them.
2309   UsedInThisFunction = 0;
2310
2311   // Visit all objc_* calls in F.
2312   for (inst_iterator I = inst_begin(&F), E = inst_end(&F); I != E; ) {
2313     Instruction *Inst = &*I++;
2314
2315     DEBUG(dbgs() << "ObjCARCOpt::OptimizeIndividualCalls: Visiting: " <<
2316           *Inst << "\n");
2317
2318     InstructionClass Class = GetBasicInstructionClass(Inst);
2319
2320     switch (Class) {
2321     default: break;
2322
2323     // Delete no-op casts. These function calls have special semantics, but
2324     // the semantics are entirely implemented via lowering in the front-end,
2325     // so by the time they reach the optimizer, they are just no-op calls
2326     // which return their argument.
2327     //
2328     // There are gray areas here, as the ability to cast reference-counted
2329     // pointers to raw void* and back allows code to break ARC assumptions,
2330     // however these are currently considered to be unimportant.
2331     case IC_NoopCast:
2332       Changed = true;
2333       ++NumNoops;
2334       EraseInstruction(Inst);
2335       continue;
2336
2337     // If the pointer-to-weak-pointer is null, it's undefined behavior.
2338     case IC_StoreWeak:
2339     case IC_LoadWeak:
2340     case IC_LoadWeakRetained:
2341     case IC_InitWeak:
2342     case IC_DestroyWeak: {
2343       CallInst *CI = cast<CallInst>(Inst);
2344       if (isNullOrUndef(CI->getArgOperand(0))) {
2345         Changed = true;
2346         Type *Ty = CI->getArgOperand(0)->getType();
2347         new StoreInst(UndefValue::get(cast<PointerType>(Ty)->getElementType()),
2348                       Constant::getNullValue(Ty),
2349                       CI);
2350         CI->replaceAllUsesWith(UndefValue::get(CI->getType()));
2351         CI->eraseFromParent();
2352         continue;
2353       }
2354       break;
2355     }
2356     case IC_CopyWeak:
2357     case IC_MoveWeak: {
2358       CallInst *CI = cast<CallInst>(Inst);
2359       if (isNullOrUndef(CI->getArgOperand(0)) ||
2360           isNullOrUndef(CI->getArgOperand(1))) {
2361         Changed = true;
2362         Type *Ty = CI->getArgOperand(0)->getType();
2363         new StoreInst(UndefValue::get(cast<PointerType>(Ty)->getElementType()),
2364                       Constant::getNullValue(Ty),
2365                       CI);
2366         CI->replaceAllUsesWith(UndefValue::get(CI->getType()));
2367         CI->eraseFromParent();
2368         continue;
2369       }
2370       break;
2371     }
2372     case IC_Retain:
2373       OptimizeRetainCall(F, Inst);
2374       break;
2375     case IC_RetainRV:
2376       if (OptimizeRetainRVCall(F, Inst))
2377         continue;
2378       break;
2379     case IC_AutoreleaseRV:
2380       OptimizeAutoreleaseRVCall(F, Inst);
2381       break;
2382     }
2383
2384     // objc_autorelease(x) -> objc_release(x) if x is otherwise unused.
2385     if (IsAutorelease(Class) && Inst->use_empty()) {
2386       CallInst *Call = cast<CallInst>(Inst);
2387       const Value *Arg = Call->getArgOperand(0);
2388       Arg = FindSingleUseIdentifiedObject(Arg);
2389       if (Arg) {
2390         Changed = true;
2391         ++NumAutoreleases;
2392
2393         // Create the declaration lazily.
2394         LLVMContext &C = Inst->getContext();
2395         CallInst *NewCall =
2396           CallInst::Create(getReleaseCallee(F.getParent()),
2397                            Call->getArgOperand(0), "", Call);
2398         NewCall->setMetadata(ImpreciseReleaseMDKind,
2399                              MDNode::get(C, ArrayRef<Value *>()));
2400         EraseInstruction(Call);
2401         Inst = NewCall;
2402         Class = IC_Release;
2403       }
2404     }
2405
2406     // For functions which can never be passed stack arguments, add
2407     // a tail keyword.
2408     if (IsAlwaysTail(Class)) {
2409       Changed = true;
2410       cast<CallInst>(Inst)->setTailCall();
2411     }
2412
2413     // Set nounwind as needed.
2414     if (IsNoThrow(Class)) {
2415       Changed = true;
2416       cast<CallInst>(Inst)->setDoesNotThrow();
2417     }
2418
2419     if (!IsNoopOnNull(Class)) {
2420       UsedInThisFunction |= 1 << Class;
2421       continue;
2422     }
2423
2424     const Value *Arg = GetObjCArg(Inst);
2425
2426     // ARC calls with null are no-ops. Delete them.
2427     if (isNullOrUndef(Arg)) {
2428       Changed = true;
2429       ++NumNoops;
2430       EraseInstruction(Inst);
2431       continue;
2432     }
2433
2434     // Keep track of which of retain, release, autorelease, and retain_block
2435     // are actually present in this function.
2436     UsedInThisFunction |= 1 << Class;
2437
2438     // If Arg is a PHI, and one or more incoming values to the
2439     // PHI are null, and the call is control-equivalent to the PHI, and there
2440     // are no relevant side effects between the PHI and the call, the call
2441     // could be pushed up to just those paths with non-null incoming values.
2442     // For now, don't bother splitting critical edges for this.
2443     SmallVector<std::pair<Instruction *, const Value *>, 4> Worklist;
2444     Worklist.push_back(std::make_pair(Inst, Arg));
2445     do {
2446       std::pair<Instruction *, const Value *> Pair = Worklist.pop_back_val();
2447       Inst = Pair.first;
2448       Arg = Pair.second;
2449
2450       const PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(Arg);
2451       if (!PN) continue;
2452
2453       // Determine if the PHI has any null operands, or any incoming
2454       // critical edges.
2455       bool HasNull = false;
2456       bool HasCriticalEdges = false;
2457       for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
2458         Value *Incoming =
2459           StripPointerCastsAndObjCCalls(PN->getIncomingValue(i));
2460         if (isNullOrUndef(Incoming))
2461           HasNull = true;
2462         else if (cast<TerminatorInst>(PN->getIncomingBlock(i)->back())
2463                    .getNumSuccessors() != 1) {
2464           HasCriticalEdges = true;
2465           break;
2466         }
2467       }
2468       // If we have null operands and no critical edges, optimize.
2469       if (!HasCriticalEdges && HasNull) {
2470         SmallPtrSet<Instruction *, 4> DependingInstructions;
2471         SmallPtrSet<const BasicBlock *, 4> Visited;
2472
2473         // Check that there is nothing that cares about the reference
2474         // count between the call and the phi.
2475         switch (Class) {
2476         case IC_Retain:
2477         case IC_RetainBlock:
2478           // These can always be moved up.
2479           break;
2480         case IC_Release:
2481           // These can't be moved across things that care about the retain
2482           // count.
2483           FindDependencies(NeedsPositiveRetainCount, Arg,
2484                            Inst->getParent(), Inst,
2485                            DependingInstructions, Visited, PA);
2486           break;
2487         case IC_Autorelease:
2488           // These can't be moved across autorelease pool scope boundaries.
2489           FindDependencies(AutoreleasePoolBoundary, Arg,
2490                            Inst->getParent(), Inst,
2491                            DependingInstructions, Visited, PA);
2492           break;
2493         case IC_RetainRV:
2494         case IC_AutoreleaseRV:
2495           // Don't move these; the RV optimization depends on the autoreleaseRV
2496           // being tail called, and the retainRV being immediately after a call
2497           // (which might still happen if we get lucky with codegen layout, but
2498           // it's not worth taking the chance).
2499           continue;
2500         default:
2501           llvm_unreachable("Invalid dependence flavor");
2502         }
2503
2504         if (DependingInstructions.size() == 1 &&
2505             *DependingInstructions.begin() == PN) {
2506           Changed = true;
2507           ++NumPartialNoops;
2508           // Clone the call into each predecessor that has a non-null value.
2509           CallInst *CInst = cast<CallInst>(Inst);
2510           Type *ParamTy = CInst->getArgOperand(0)->getType();
2511           for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
2512             Value *Incoming =
2513               StripPointerCastsAndObjCCalls(PN->getIncomingValue(i));
2514             if (!isNullOrUndef(Incoming)) {
2515               CallInst *Clone = cast<CallInst>(CInst->clone());
2516               Value *Op = PN->getIncomingValue(i);
2517               Instruction *InsertPos = &PN->getIncomingBlock(i)->back();
2518               if (Op->getType() != ParamTy)
2519                 Op = new BitCastInst(Op, ParamTy, "", InsertPos);
2520               Clone->setArgOperand(0, Op);
2521               Clone->insertBefore(InsertPos);
2522               Worklist.push_back(std::make_pair(Clone, Incoming));
2523             }
2524           }
2525           // Erase the original call.
2526           EraseInstruction(CInst);
2527           continue;
2528         }
2529       }
2530     } while (!Worklist.empty());
2531
2532     DEBUG(dbgs() << "ObjCARCOpt::OptimizeIndividualCalls: Finished Queue.\n\n");
2533
2534   }
2535 }
2536
2537 /// CheckForCFGHazards - Check for critical edges, loop boundaries, irreducible
2538 /// control flow, or other CFG structures where moving code across the edge
2539 /// would result in it being executed more.
2540 void
2541 ObjCARCOpt::CheckForCFGHazards(const BasicBlock *BB,
2542                                DenseMap<const BasicBlock *, BBState> &BBStates,
2543                                BBState &MyStates) const {
2544   // If any top-down local-use or possible-dec has a succ which is earlier in
2545   // the sequence, forget it.
2546   for (BBState::ptr_iterator I = MyStates.top_down_ptr_begin(),
2547        E = MyStates.top_down_ptr_end(); I != E; ++I)
2548     switch (I->second.GetSeq()) {
2549     default: break;
2550     case S_Use: {
2551       const Value *Arg = I->first;
2552       const TerminatorInst *TI = cast<TerminatorInst>(&BB->back());
2553       bool SomeSuccHasSame = false;
2554       bool AllSuccsHaveSame = true;
2555       PtrState &S = I->second;
2556       succ_const_iterator SI(TI), SE(TI, false);
2557
2558       // If the terminator is an invoke marked with the
2559       // clang.arc.no_objc_arc_exceptions metadata, the unwind edge can be
2560       // ignored, for ARC purposes.
2561       if (isa<InvokeInst>(TI) && TI->getMetadata(NoObjCARCExceptionsMDKind))
2562         --SE;
2563
2564       for (; SI != SE; ++SI) {
2565         Sequence SuccSSeq = S_None;
2566         bool SuccSRRIKnownSafe = false;
2567         // If VisitBottomUp has pointer information for this successor, take
2568         // what we know about it.
2569         DenseMap<const BasicBlock *, BBState>::iterator BBI =
2570           BBStates.find(*SI);
2571         assert(BBI != BBStates.end());
2572         const PtrState &SuccS = BBI->second.getPtrBottomUpState(Arg);
2573         SuccSSeq = SuccS.GetSeq();
2574         SuccSRRIKnownSafe = SuccS.RRI.KnownSafe;
2575         switch (SuccSSeq) {
2576         case S_None:
2577         case S_CanRelease: {
2578           if (!S.RRI.KnownSafe && !SuccSRRIKnownSafe) {
2579             S.ClearSequenceProgress();
2580             break;
2581           }
2582           continue;
2583         }
2584         case S_Use:
2585           SomeSuccHasSame = true;
2586           break;
2587         case S_Stop:
2588         case S_Release:
2589         case S_MovableRelease:
2590           if (!S.RRI.KnownSafe && !SuccSRRIKnownSafe)
2591             AllSuccsHaveSame = false;
2592           break;
2593         case S_Retain:
2594           llvm_unreachable("bottom-up pointer in retain state!");
2595         }
2596       }
2597       // If the state at the other end of any of the successor edges
2598       // matches the current state, require all edges to match. This
2599       // guards against loops in the middle of a sequence.
2600       if (SomeSuccHasSame && !AllSuccsHaveSame)
2601         S.ClearSequenceProgress();
2602       break;
2603     }
2604     case S_CanRelease: {
2605       const Value *Arg = I->first;
2606       const TerminatorInst *TI = cast<TerminatorInst>(&BB->back());
2607       bool SomeSuccHasSame = false;
2608       bool AllSuccsHaveSame = true;
2609       PtrState &S = I->second;
2610       succ_const_iterator SI(TI), SE(TI, false);
2611
2612       // If the terminator is an invoke marked with the
2613       // clang.arc.no_objc_arc_exceptions metadata, the unwind edge can be
2614       // ignored, for ARC purposes.
2615       if (isa<InvokeInst>(TI) && TI->getMetadata(NoObjCARCExceptionsMDKind))
2616         --SE;
2617
2618       for (; SI != SE; ++SI) {
2619         Sequence SuccSSeq = S_None;
2620         bool SuccSRRIKnownSafe = false;
2621         // If VisitBottomUp has pointer information for this successor, take
2622         // what we know about it.
2623         DenseMap<const BasicBlock *, BBState>::iterator BBI =
2624           BBStates.find(*SI);
2625         assert(BBI != BBStates.end());
2626         const PtrState &SuccS = BBI->second.getPtrBottomUpState(Arg);
2627         SuccSSeq = SuccS.GetSeq();
2628         SuccSRRIKnownSafe = SuccS.RRI.KnownSafe;
2629         switch (SuccSSeq) {
2630         case S_None: {
2631           if (!S.RRI.KnownSafe && !SuccSRRIKnownSafe) {
2632             S.ClearSequenceProgress();
2633             break;
2634           }
2635           continue;
2636         }
2637         case S_CanRelease:
2638           SomeSuccHasSame = true;
2639           break;
2640         case S_Stop:
2641         case S_Release:
2642         case S_MovableRelease:
2643         case S_Use:
2644           if (!S.RRI.KnownSafe && !SuccSRRIKnownSafe)
2645             AllSuccsHaveSame = false;
2646           break;
2647         case S_Retain:
2648           llvm_unreachable("bottom-up pointer in retain state!");
2649         }
2650       }
2651       // If the state at the other end of any of the successor edges
2652       // matches the current state, require all edges to match. This
2653       // guards against loops in the middle of a sequence.
2654       if (SomeSuccHasSame && !AllSuccsHaveSame)
2655         S.ClearSequenceProgress();
2656       break;
2657     }
2658     }
2659 }
2660
2661 bool
2662 ObjCARCOpt::VisitInstructionBottomUp(Instruction *Inst,
2663                                      BasicBlock *BB,
2664                                      MapVector<Value *, RRInfo> &Retains,
2665                                      BBState &MyStates) {
2666   bool NestingDetected = false;
2667   InstructionClass Class = GetInstructionClass(Inst);
2668   const Value *Arg = 0;
2669
2670   switch (Class) {
2671   case IC_Release: {
2672     Arg = GetObjCArg(Inst);
2673
2674     PtrState &S = MyStates.getPtrBottomUpState(Arg);
2675
2676     // If we see two releases in a row on the same pointer. If so, make
2677     // a note, and we'll cicle back to revisit it after we've
2678     // hopefully eliminated the second release, which may allow us to
2679     // eliminate the first release too.
2680     // Theoretically we could implement removal of nested retain+release
2681     // pairs by making PtrState hold a stack of states, but this is
2682     // simple and avoids adding overhead for the non-nested case.
2683     if (S.GetSeq() == S_Release || S.GetSeq() == S_MovableRelease)
2684       NestingDetected = true;
2685
2686     MDNode *ReleaseMetadata = Inst->getMetadata(ImpreciseReleaseMDKind);
2687     S.ResetSequenceProgress(ReleaseMetadata ? S_MovableRelease : S_Release);
2688     S.RRI.ReleaseMetadata = ReleaseMetadata;
2689     S.RRI.KnownSafe = S.IsKnownIncremented();
2690     S.RRI.IsTailCallRelease = cast<CallInst>(Inst)->isTailCall();
2691     S.RRI.Calls.insert(Inst);
2692
2693     S.SetKnownPositiveRefCount();
2694     break;
2695   }
2696   case IC_RetainBlock:
2697     // An objc_retainBlock call with just a use may need to be kept,
2698     // because it may be copying a block from the stack to the heap.
2699     if (!IsRetainBlockOptimizable(Inst))
2700       break;
2701     // FALLTHROUGH
2702   case IC_Retain:
2703   case IC_RetainRV: {
2704     Arg = GetObjCArg(Inst);
2705
2706     PtrState &S = MyStates.getPtrBottomUpState(Arg);
2707     S.SetKnownPositiveRefCount();
2708
2709     switch (S.GetSeq()) {
2710     case S_Stop:
2711     case S_Release:
2712     case S_MovableRelease:
2713     case S_Use:
2714       S.RRI.ReverseInsertPts.clear();
2715       // FALL THROUGH
2716     case S_CanRelease:
2717       // Don't do retain+release tracking for IC_RetainRV, because it's
2718       // better to let it remain as the first instruction after a call.
2719       if (Class != IC_RetainRV) {
2720         S.RRI.IsRetainBlock = Class == IC_RetainBlock;
2721         Retains[Inst] = S.RRI;
2722       }
2723       S.ClearSequenceProgress();
2724       break;
2725     case S_None:
2726       break;
2727     case S_Retain:
2728       llvm_unreachable("bottom-up pointer in retain state!");
2729     }
2730     return NestingDetected;
2731   }
2732   case IC_AutoreleasepoolPop:
2733     // Conservatively, clear MyStates for all known pointers.
2734     MyStates.clearBottomUpPointers();
2735     return NestingDetected;
2736   case IC_AutoreleasepoolPush:
2737   case IC_None:
2738     // These are irrelevant.
2739     return NestingDetected;
2740   default:
2741     break;
2742   }
2743
2744   // Consider any other possible effects of this instruction on each
2745   // pointer being tracked.
2746   for (BBState::ptr_iterator MI = MyStates.bottom_up_ptr_begin(),
2747        ME = MyStates.bottom_up_ptr_end(); MI != ME; ++MI) {
2748     const Value *Ptr = MI->first;
2749     if (Ptr == Arg)
2750       continue; // Handled above.
2751     PtrState &S = MI->second;
2752     Sequence Seq = S.GetSeq();
2753
2754     // Check for possible releases.
2755     if (CanAlterRefCount(Inst, Ptr, PA, Class)) {
2756       S.ClearRefCount();
2757       switch (Seq) {
2758       case S_Use:
2759         S.SetSeq(S_CanRelease);
2760         continue;
2761       case S_CanRelease:
2762       case S_Release:
2763       case S_MovableRelease:
2764       case S_Stop:
2765       case S_None:
2766         break;
2767       case S_Retain:
2768         llvm_unreachable("bottom-up pointer in retain state!");
2769       }
2770     }
2771
2772     // Check for possible direct uses.
2773     switch (Seq) {
2774     case S_Release:
2775     case S_MovableRelease:
2776       if (CanUse(Inst, Ptr, PA, Class)) {
2777         assert(S.RRI.ReverseInsertPts.empty());
2778         // If this is an invoke instruction, we're scanning it as part of
2779         // one of its successor blocks, since we can't insert code after it
2780         // in its own block, and we don't want to split critical edges.
2781         if (isa<InvokeInst>(Inst))
2782           S.RRI.ReverseInsertPts.insert(BB->getFirstInsertionPt());
2783         else
2784           S.RRI.ReverseInsertPts.insert(llvm::next(BasicBlock::iterator(Inst)));
2785         S.SetSeq(S_Use);
2786       } else if (Seq == S_Release &&
2787                  (Class == IC_User || Class == IC_CallOrUser)) {
2788         // Non-movable releases depend on any possible objc pointer use.
2789         S.SetSeq(S_Stop);
2790         assert(S.RRI.ReverseInsertPts.empty());
2791         // As above; handle invoke specially.
2792         if (isa<InvokeInst>(Inst))
2793           S.RRI.ReverseInsertPts.insert(BB->getFirstInsertionPt());
2794         else
2795           S.RRI.ReverseInsertPts.insert(llvm::next(BasicBlock::iterator(Inst)));
2796       }
2797       break;
2798     case S_Stop:
2799       if (CanUse(Inst, Ptr, PA, Class))
2800         S.SetSeq(S_Use);
2801       break;
2802     case S_CanRelease:
2803     case S_Use:
2804     case S_None:
2805       break;
2806     case S_Retain:
2807       llvm_unreachable("bottom-up pointer in retain state!");
2808     }
2809   }
2810
2811   return NestingDetected;
2812 }
2813
2814 bool
2815 ObjCARCOpt::VisitBottomUp(BasicBlock *BB,
2816                           DenseMap<const BasicBlock *, BBState> &BBStates,
2817                           MapVector<Value *, RRInfo> &Retains) {
2818   bool NestingDetected = false;
2819   BBState &MyStates = BBStates[BB];
2820
2821   // Merge the states from each successor to compute the initial state
2822   // for the current block.
2823   BBState::edge_iterator SI(MyStates.succ_begin()),
2824                          SE(MyStates.succ_end());
2825   if (SI != SE) {
2826     const BasicBlock *Succ = *SI;
2827     DenseMap<const BasicBlock *, BBState>::iterator I = BBStates.find(Succ);
2828     assert(I != BBStates.end());
2829     MyStates.InitFromSucc(I->second);
2830     ++SI;
2831     for (; SI != SE; ++SI) {
2832       Succ = *SI;
2833       I = BBStates.find(Succ);
2834       assert(I != BBStates.end());
2835       MyStates.MergeSucc(I->second);
2836     }
2837   }
2838
2839   // Visit all the instructions, bottom-up.
2840   for (BasicBlock::iterator I = BB->end(), E = BB->begin(); I != E; --I) {
2841     Instruction *Inst = llvm::prior(I);
2842
2843     // Invoke instructions are visited as part of their successors (below).
2844     if (isa<InvokeInst>(Inst))
2845       continue;
2846
2847     NestingDetected |= VisitInstructionBottomUp(Inst, BB, Retains, MyStates);
2848   }
2849
2850   // If there's a predecessor with an invoke, visit the invoke as if it were
2851   // part of this block, since we can't insert code after an invoke in its own
2852   // block, and we don't want to split critical edges.
2853   for (BBState::edge_iterator PI(MyStates.pred_begin()),
2854        PE(MyStates.pred_end()); PI != PE; ++PI) {
2855     BasicBlock *Pred = *PI;
2856     if (InvokeInst *II = dyn_cast<InvokeInst>(&Pred->back()))
2857       NestingDetected |= VisitInstructionBottomUp(II, BB, Retains, MyStates);
2858   }
2859
2860   return NestingDetected;
2861 }
2862
2863 bool
2864 ObjCARCOpt::VisitInstructionTopDown(Instruction *Inst,
2865                                     DenseMap<Value *, RRInfo> &Releases,
2866                                     BBState &MyStates) {
2867   bool NestingDetected = false;
2868   InstructionClass Class = GetInstructionClass(Inst);
2869   const Value *Arg = 0;
2870
2871   switch (Class) {
2872   case IC_RetainBlock:
2873     // An objc_retainBlock call with just a use may need to be kept,
2874     // because it may be copying a block from the stack to the heap.
2875     if (!IsRetainBlockOptimizable(Inst))
2876       break;
2877     // FALLTHROUGH
2878   case IC_Retain:
2879   case IC_RetainRV: {
2880     Arg = GetObjCArg(Inst);
2881
2882     PtrState &S = MyStates.getPtrTopDownState(Arg);
2883
2884     // Don't do retain+release tracking for IC_RetainRV, because it's
2885     // better to let it remain as the first instruction after a call.
2886     if (Class != IC_RetainRV) {
2887       // If we see two retains in a row on the same pointer. If so, make
2888       // a note, and we'll cicle back to revisit it after we've
2889       // hopefully eliminated the second retain, which may allow us to
2890       // eliminate the first retain too.
2891       // Theoretically we could implement removal of nested retain+release
2892       // pairs by making PtrState hold a stack of states, but this is
2893       // simple and avoids adding overhead for the non-nested case.
2894       if (S.GetSeq() == S_Retain)
2895         NestingDetected = true;
2896
2897       S.ResetSequenceProgress(S_Retain);
2898       S.RRI.IsRetainBlock = Class == IC_RetainBlock;
2899       S.RRI.KnownSafe = S.IsKnownIncremented();
2900       S.RRI.Calls.insert(Inst);
2901     }
2902
2903     S.SetKnownPositiveRefCount();
2904
2905     // A retain can be a potential use; procede to the generic checking
2906     // code below.
2907     break;
2908   }
2909   case IC_Release: {
2910     Arg = GetObjCArg(Inst);
2911
2912     PtrState &S = MyStates.getPtrTopDownState(Arg);
2913     S.ClearRefCount();
2914
2915     switch (S.GetSeq()) {
2916     case S_Retain:
2917     case S_CanRelease:
2918       S.RRI.ReverseInsertPts.clear();
2919       // FALL THROUGH
2920     case S_Use:
2921       S.RRI.ReleaseMetadata = Inst->getMetadata(ImpreciseReleaseMDKind);
2922       S.RRI.IsTailCallRelease = cast<CallInst>(Inst)->isTailCall();
2923       Releases[Inst] = S.RRI;
2924       S.ClearSequenceProgress();
2925       break;
2926     case S_None:
2927       break;
2928     case S_Stop:
2929     case S_Release:
2930     case S_MovableRelease:
2931       llvm_unreachable("top-down pointer in release state!");
2932     }
2933     break;
2934   }
2935   case IC_AutoreleasepoolPop:
2936     // Conservatively, clear MyStates for all known pointers.
2937     MyStates.clearTopDownPointers();
2938     return NestingDetected;
2939   case IC_AutoreleasepoolPush:
2940   case IC_None:
2941     // These are irrelevant.
2942     return NestingDetected;
2943   default:
2944     break;
2945   }
2946
2947   // Consider any other possible effects of this instruction on each
2948   // pointer being tracked.
2949   for (BBState::ptr_iterator MI = MyStates.top_down_ptr_begin(),
2950        ME = MyStates.top_down_ptr_end(); MI != ME; ++MI) {
2951     const Value *Ptr = MI->first;
2952     if (Ptr == Arg)
2953       continue; // Handled above.
2954     PtrState &S = MI->second;
2955     Sequence Seq = S.GetSeq();
2956
2957     // Check for possible releases.
2958     if (CanAlterRefCount(Inst, Ptr, PA, Class)) {
2959       S.ClearRefCount();
2960       switch (Seq) {
2961       case S_Retain:
2962         S.SetSeq(S_CanRelease);
2963         assert(S.RRI.ReverseInsertPts.empty());
2964         S.RRI.ReverseInsertPts.insert(Inst);
2965
2966         // One call can't cause a transition from S_Retain to S_CanRelease
2967         // and S_CanRelease to S_Use. If we've made the first transition,
2968         // we're done.
2969         continue;
2970       case S_Use:
2971       case S_CanRelease:
2972       case S_None:
2973         break;
2974       case S_Stop:
2975       case S_Release:
2976       case S_MovableRelease:
2977         llvm_unreachable("top-down pointer in release state!");
2978       }
2979     }
2980
2981     // Check for possible direct uses.
2982     switch (Seq) {
2983     case S_CanRelease:
2984       if (CanUse(Inst, Ptr, PA, Class))
2985         S.SetSeq(S_Use);
2986       break;
2987     case S_Retain:
2988     case S_Use:
2989     case S_None:
2990       break;
2991     case S_Stop:
2992     case S_Release:
2993     case S_MovableRelease:
2994       llvm_unreachable("top-down pointer in release state!");
2995     }
2996   }
2997
2998   return NestingDetected;
2999 }
3000
3001 bool
3002 ObjCARCOpt::VisitTopDown(BasicBlock *BB,
3003                          DenseMap<const BasicBlock *, BBState> &BBStates,
3004                          DenseMap<Value *, RRInfo> &Releases) {
3005   bool NestingDetected = false;
3006   BBState &MyStates = BBStates[BB];
3007
3008   // Merge the states from each predecessor to compute the initial state
3009   // for the current block.
3010   BBState::edge_iterator PI(MyStates.pred_begin()),
3011                          PE(MyStates.pred_end());
3012   if (PI != PE) {
3013     const BasicBlock *Pred = *PI;
3014     DenseMap<const BasicBlock *, BBState>::iterator I = BBStates.find(Pred);
3015     assert(I != BBStates.end());
3016     MyStates.InitFromPred(I->second);
3017     ++PI;
3018     for (; PI != PE; ++PI) {
3019       Pred = *PI;
3020       I = BBStates.find(Pred);
3021       assert(I != BBStates.end());
3022       MyStates.MergePred(I->second);
3023     }
3024   }
3025
3026   // Visit all the instructions, top-down.
3027   for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(), E = BB->end(); I != E; ++I) {
3028     Instruction *Inst = I;
3029     NestingDetected |= VisitInstructionTopDown(Inst, Releases, MyStates);
3030   }
3031
3032   CheckForCFGHazards(BB, BBStates, MyStates);
3033   return NestingDetected;
3034 }
3035
3036 static void
3037 ComputePostOrders(Function &F,
3038                   SmallVectorImpl<BasicBlock *> &PostOrder,
3039                   SmallVectorImpl<BasicBlock *> &ReverseCFGPostOrder,
3040                   unsigned NoObjCARCExceptionsMDKind,
3041                   DenseMap<const BasicBlock *, BBState> &BBStates) {
3042   /// Visited - The visited set, for doing DFS walks.
3043   SmallPtrSet<BasicBlock *, 16> Visited;
3044
3045   // Do DFS, computing the PostOrder.
3046   SmallPtrSet<BasicBlock *, 16> OnStack;
3047   SmallVector<std::pair<BasicBlock *, succ_iterator>, 16> SuccStack;
3048
3049   // Functions always have exactly one entry block, and we don't have
3050   // any other block that we treat like an entry block.
3051   BasicBlock *EntryBB = &F.getEntryBlock();
3052   BBState &MyStates = BBStates[EntryBB];
3053   MyStates.SetAsEntry();
3054   TerminatorInst *EntryTI = cast<TerminatorInst>(&EntryBB->back());
3055   SuccStack.push_back(std::make_pair(EntryBB, succ_iterator(EntryTI)));
3056   Visited.insert(EntryBB);
3057   OnStack.insert(EntryBB);
3058   do {
3059   dfs_next_succ:
3060     BasicBlock *CurrBB = SuccStack.back().first;
3061     TerminatorInst *TI = cast<TerminatorInst>(&CurrBB->back());
3062     succ_iterator SE(TI, false);
3063
3064     // If the terminator is an invoke marked with the
3065     // clang.arc.no_objc_arc_exceptions metadata, the unwind edge can be
3066     // ignored, for ARC purposes.
3067     if (isa<InvokeInst>(TI) && TI->getMetadata(NoObjCARCExceptionsMDKind))
3068       --SE;
3069
3070     while (SuccStack.back().second != SE) {
3071       BasicBlock *SuccBB = *SuccStack.back().second++;
3072       if (Visited.insert(SuccBB)) {
3073         TerminatorInst *TI = cast<TerminatorInst>(&SuccBB->back());
3074         SuccStack.push_back(std::make_pair(SuccBB, succ_iterator(TI)));
3075         BBStates[CurrBB].addSucc(SuccBB);
3076         BBState &SuccStates = BBStates[SuccBB];
3077         SuccStates.addPred(CurrBB);
3078         OnStack.insert(SuccBB);
3079         goto dfs_next_succ;
3080       }
3081
3082       if (!OnStack.count(SuccBB)) {
3083         BBStates[CurrBB].addSucc(SuccBB);
3084         BBStates[SuccBB].addPred(CurrBB);
3085       }
3086     }
3087     OnStack.erase(CurrBB);
3088     PostOrder.push_back(CurrBB);
3089     SuccStack.pop_back();
3090   } while (!SuccStack.empty());
3091
3092   Visited.clear();
3093
3094   // Do reverse-CFG DFS, computing the reverse-CFG PostOrder.
3095   // Functions may have many exits, and there also blocks which we treat
3096   // as exits due to ignored edges.
3097   SmallVector<std::pair<BasicBlock *, BBState::edge_iterator>, 16> PredStack;
3098   for (Function::iterator I = F.begin(), E = F.end(); I != E; ++I) {
3099     BasicBlock *ExitBB = I;
3100     BBState &MyStates = BBStates[ExitBB];
3101     if (!MyStates.isExit())
3102       continue;
3103
3104     MyStates.SetAsExit();
3105
3106     PredStack.push_back(std::make_pair(ExitBB, MyStates.pred_begin()));
3107     Visited.insert(ExitBB);
3108     while (!PredStack.empty()) {
3109     reverse_dfs_next_succ:
3110       BBState::edge_iterator PE = BBStates[PredStack.back().first].pred_end();
3111       while (PredStack.back().second != PE) {
3112         BasicBlock *BB = *PredStack.back().second++;
3113         if (Visited.insert(BB)) {
3114           PredStack.push_back(std::make_pair(BB, BBStates[BB].pred_begin()));
3115           goto reverse_dfs_next_succ;
3116         }
3117       }
3118       ReverseCFGPostOrder.push_back(PredStack.pop_back_val().first);
3119     }
3120   }
3121 }
3122
3123 // Visit - Visit the function both top-down and bottom-up.
3124 bool
3125 ObjCARCOpt::Visit(Function &F,
3126                   DenseMap<const BasicBlock *, BBState> &BBStates,
3127                   MapVector<Value *, RRInfo> &Retains,
3128                   DenseMap<Value *, RRInfo> &Releases) {
3129
3130   // Use reverse-postorder traversals, because we magically know that loops
3131   // will be well behaved, i.e. they won't repeatedly call retain on a single
3132   // pointer without doing a release. We can't use the ReversePostOrderTraversal
3133   // class here because we want the reverse-CFG postorder to consider each
3134   // function exit point, and we want to ignore selected cycle edges.
3135   SmallVector<BasicBlock *, 16> PostOrder;
3136   SmallVector<BasicBlock *, 16> ReverseCFGPostOrder;
3137   ComputePostOrders(F, PostOrder, ReverseCFGPostOrder,
3138                     NoObjCARCExceptionsMDKind,
3139                     BBStates);
3140
3141   // Use reverse-postorder on the reverse CFG for bottom-up.
3142   bool BottomUpNestingDetected = false;
3143   for (SmallVectorImpl<BasicBlock *>::const_reverse_iterator I =
3144        ReverseCFGPostOrder.rbegin(), E = ReverseCFGPostOrder.rend();
3145        I != E; ++I)
3146     BottomUpNestingDetected |= VisitBottomUp(*I, BBStates, Retains);
3147
3148   // Use reverse-postorder for top-down.
3149   bool TopDownNestingDetected = false;
3150   for (SmallVectorImpl<BasicBlock *>::const_reverse_iterator I =
3151        PostOrder.rbegin(), E = PostOrder.rend();
3152        I != E; ++I)
3153     TopDownNestingDetected |= VisitTopDown(*I, BBStates, Releases);
3154
3155   return TopDownNestingDetected && BottomUpNestingDetected;
3156 }
3157
3158 /// MoveCalls - Move the calls in RetainsToMove and ReleasesToMove.
3159 void ObjCARCOpt::MoveCalls(Value *Arg,
3160                            RRInfo &RetainsToMove,
3161                            RRInfo &ReleasesToMove,
3162                            MapVector<Value *, RRInfo> &Retains,
3163                            DenseMap<Value *, RRInfo> &Releases,
3164                            SmallVectorImpl<Instruction *> &DeadInsts,
3165                            Module *M) {
3166   Type *ArgTy = Arg->getType();
3167   Type *ParamTy = PointerType::getUnqual(Type::getInt8Ty(ArgTy->getContext()));
3168
3169   // Insert the new retain and release calls.
3170   for (SmallPtrSet<Instruction *, 2>::const_iterator
3171        PI = ReleasesToMove.ReverseInsertPts.begin(),
3172        PE = ReleasesToMove.ReverseInsertPts.end(); PI != PE; ++PI) {
3173     Instruction *InsertPt = *PI;
3174     Value *MyArg = ArgTy == ParamTy ? Arg :
3175                    new BitCastInst(Arg, ParamTy, "", InsertPt);
3176     CallInst *Call =
3177       CallInst::Create(RetainsToMove.IsRetainBlock ?
3178                          getRetainBlockCallee(M) : getRetainCallee(M),
3179                        MyArg, "", InsertPt);
3180     Call->setDoesNotThrow();
3181     if (RetainsToMove.IsRetainBlock)
3182       Call->setMetadata(CopyOnEscapeMDKind,
3183                         MDNode::get(M->getContext(), ArrayRef<Value *>()));
3184     else
3185       Call->setTailCall();
3186   }
3187   for (SmallPtrSet<Instruction *, 2>::const_iterator
3188        PI = RetainsToMove.ReverseInsertPts.begin(),
3189        PE = RetainsToMove.ReverseInsertPts.end(); PI != PE; ++PI) {
3190     Instruction *InsertPt = *PI;
3191     Value *MyArg = ArgTy == ParamTy ? Arg :
3192                    new BitCastInst(Arg, ParamTy, "", InsertPt);
3193     CallInst *Call = CallInst::Create(getReleaseCallee(M), MyArg,
3194                                       "", InsertPt);
3195     // Attach a clang.imprecise_release metadata tag, if appropriate.
3196     if (MDNode *M = ReleasesToMove.ReleaseMetadata)
3197       Call->setMetadata(ImpreciseReleaseMDKind, M);
3198     Call->setDoesNotThrow();
3199     if (ReleasesToMove.IsTailCallRelease)
3200       Call->setTailCall();
3201   }
3202
3203   // Delete the original retain and release calls.
3204   for (SmallPtrSet<Instruction *, 2>::const_iterator
3205        AI = RetainsToMove.Calls.begin(),
3206        AE = RetainsToMove.Calls.end(); AI != AE; ++AI) {
3207     Instruction *OrigRetain = *AI;
3208     Retains.blot(OrigRetain);
3209     DeadInsts.push_back(OrigRetain);
3210   }
3211   for (SmallPtrSet<Instruction *, 2>::const_iterator
3212        AI = ReleasesToMove.Calls.begin(),
3213        AE = ReleasesToMove.Calls.end(); AI != AE; ++AI) {
3214     Instruction *OrigRelease = *AI;
3215     Releases.erase(OrigRelease);
3216     DeadInsts.push_back(OrigRelease);
3217   }
3218 }
3219
3220 /// PerformCodePlacement - Identify pairings between the retains and releases,
3221 /// and delete and/or move them.
3222 bool
3223 ObjCARCOpt::PerformCodePlacement(DenseMap<const BasicBlock *, BBState>
3224                                    &BBStates,
3225                                  MapVector<Value *, RRInfo> &Retains,
3226                                  DenseMap<Value *, RRInfo> &Releases,
3227                                  Module *M) {
3228   bool AnyPairsCompletelyEliminated = false;
3229   RRInfo RetainsToMove;
3230   RRInfo ReleasesToMove;
3231   SmallVector<Instruction *, 4> NewRetains;
3232   SmallVector<Instruction *, 4> NewReleases;
3233   SmallVector<Instruction *, 8> DeadInsts;
3234
3235   // Visit each retain.
3236   for (MapVector<Value *, RRInfo>::const_iterator I = Retains.begin(),
3237        E = Retains.end(); I != E; ++I) {
3238     Value *V = I->first;
3239     if (!V) continue; // blotted
3240
3241     Instruction *Retain = cast<Instruction>(V);
3242     Value *Arg = GetObjCArg(Retain);
3243
3244     // If the object being released is in static or stack storage, we know it's
3245     // not being managed by ObjC reference counting, so we can delete pairs
3246     // regardless of what possible decrements or uses lie between them.
3247     bool KnownSafe = isa<Constant>(Arg) || isa<AllocaInst>(Arg);
3248
3249     // A constant pointer can't be pointing to an object on the heap. It may
3250     // be reference-counted, but it won't be deleted.
3251     if (const LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(Arg))
3252       if (const GlobalVariable *GV =
3253             dyn_cast<GlobalVariable>(
3254               StripPointerCastsAndObjCCalls(LI->getPointerOperand())))
3255         if (GV->isConstant())
3256           KnownSafe = true;
3257
3258     // If a pair happens in a region where it is known that the reference count
3259     // is already incremented, we can similarly ignore possible decrements.
3260     bool KnownSafeTD = true, KnownSafeBU = true;
3261
3262     // Connect the dots between the top-down-collected RetainsToMove and
3263     // bottom-up-collected ReleasesToMove to form sets of related calls.
3264     // This is an iterative process so that we connect multiple releases
3265     // to multiple retains if needed.
3266     unsigned OldDelta = 0;
3267     unsigned NewDelta = 0;
3268     unsigned OldCount = 0;
3269     unsigned NewCount = 0;
3270     bool FirstRelease = true;
3271     bool FirstRetain = true;
3272     NewRetains.push_back(Retain);
3273     for (;;) {
3274       for (SmallVectorImpl<Instruction *>::const_iterator
3275            NI = NewRetains.begin(), NE = NewRetains.end(); NI != NE; ++NI) {
3276         Instruction *NewRetain = *NI;
3277         MapVector<Value *, RRInfo>::const_iterator It = Retains.find(NewRetain);
3278         assert(It != Retains.end());
3279         const RRInfo &NewRetainRRI = It->second;
3280         KnownSafeTD &= NewRetainRRI.KnownSafe;
3281         for (SmallPtrSet<Instruction *, 2>::const_iterator
3282              LI = NewRetainRRI.Calls.begin(),
3283              LE = NewRetainRRI.Calls.end(); LI != LE; ++LI) {
3284           Instruction *NewRetainRelease = *LI;
3285           DenseMap<Value *, RRInfo>::const_iterator Jt =
3286             Releases.find(NewRetainRelease);
3287           if (Jt == Releases.end())
3288             goto next_retain;
3289           const RRInfo &NewRetainReleaseRRI = Jt->second;
3290           assert(NewRetainReleaseRRI.Calls.count(NewRetain));
3291           if (ReleasesToMove.Calls.insert(NewRetainRelease)) {
3292             OldDelta -=
3293               BBStates[NewRetainRelease->getParent()].GetAllPathCount();
3294
3295             // Merge the ReleaseMetadata and IsTailCallRelease values.
3296             if (FirstRelease) {
3297               ReleasesToMove.ReleaseMetadata =
3298                 NewRetainReleaseRRI.ReleaseMetadata;
3299               ReleasesToMove.IsTailCallRelease =
3300                 NewRetainReleaseRRI.IsTailCallRelease;
3301               FirstRelease = false;
3302             } else {
3303               if (ReleasesToMove.ReleaseMetadata !=
3304                     NewRetainReleaseRRI.ReleaseMetadata)
3305                 ReleasesToMove.ReleaseMetadata = 0;
3306               if (ReleasesToMove.IsTailCallRelease !=
3307                     NewRetainReleaseRRI.IsTailCallRelease)
3308                 ReleasesToMove.IsTailCallRelease = false;
3309             }
3310
3311             // Collect the optimal insertion points.
3312             if (!KnownSafe)
3313               for (SmallPtrSet<Instruction *, 2>::const_iterator
3314                    RI = NewRetainReleaseRRI.ReverseInsertPts.begin(),
3315                    RE = NewRetainReleaseRRI.ReverseInsertPts.end();
3316                    RI != RE; ++RI) {
3317                 Instruction *RIP = *RI;
3318                 if (ReleasesToMove.ReverseInsertPts.insert(RIP))
3319                   NewDelta -= BBStates[RIP->getParent()].GetAllPathCount();
3320               }
3321             NewReleases.push_back(NewRetainRelease);
3322           }
3323         }
3324       }
3325       NewRetains.clear();
3326       if (NewReleases.empty()) break;
3327
3328       // Back the other way.
3329       for (SmallVectorImpl<Instruction *>::const_iterator
3330            NI = NewReleases.begin(), NE = NewReleases.end(); NI != NE; ++NI) {
3331         Instruction *NewRelease = *NI;
3332         DenseMap<Value *, RRInfo>::const_iterator It =
3333           Releases.find(NewRelease);
3334         assert(It != Releases.end());
3335         const RRInfo &NewReleaseRRI = It->second;
3336         KnownSafeBU &= NewReleaseRRI.KnownSafe;
3337         for (SmallPtrSet<Instruction *, 2>::const_iterator
3338              LI = NewReleaseRRI.Calls.begin(),
3339              LE = NewReleaseRRI.Calls.end(); LI != LE; ++LI) {
3340           Instruction *NewReleaseRetain = *LI;
3341           MapVector<Value *, RRInfo>::const_iterator Jt =
3342             Retains.find(NewReleaseRetain);
3343           if (Jt == Retains.end())
3344             goto next_retain;
3345           const RRInfo &NewReleaseRetainRRI = Jt->second;
3346           assert(NewReleaseRetainRRI.Calls.count(NewRelease));
3347           if (RetainsToMove.Calls.insert(NewReleaseRetain)) {
3348             unsigned PathCount =
3349               BBStates[NewReleaseRetain->getParent()].GetAllPathCount();
3350             OldDelta += PathCount;
3351             OldCount += PathCount;
3352
3353             // Merge the IsRetainBlock values.
3354             if (FirstRetain) {
3355               RetainsToMove.IsRetainBlock = NewReleaseRetainRRI.IsRetainBlock;
3356               FirstRetain = false;
3357             } else if (ReleasesToMove.IsRetainBlock !=
3358                        NewReleaseRetainRRI.IsRetainBlock)
3359               // It's not possible to merge the sequences if one uses
3360               // objc_retain and the other uses objc_retainBlock.
3361               goto next_retain;
3362
3363             // Collect the optimal insertion points.
3364             if (!KnownSafe)
3365               for (SmallPtrSet<Instruction *, 2>::const_iterator
3366                    RI = NewReleaseRetainRRI.ReverseInsertPts.begin(),
3367                    RE = NewReleaseRetainRRI.ReverseInsertPts.end();
3368                    RI != RE; ++RI) {
3369                 Instruction *RIP = *RI;
3370                 if (RetainsToMove.ReverseInsertPts.insert(RIP)) {
3371                   PathCount = BBStates[RIP->getParent()].GetAllPathCount();
3372                   NewDelta += PathCount;
3373                   NewCount += PathCount;
3374                 }
3375               }
3376             NewRetains.push_back(NewReleaseRetain);
3377           }
3378         }
3379       }
3380       NewReleases.clear();
3381       if (NewRetains.empty()) break;
3382     }
3383
3384     // If the pointer is known incremented or nested, we can safely delete the
3385     // pair regardless of what's between them.
3386     if (KnownSafeTD || KnownSafeBU) {
3387       RetainsToMove.ReverseInsertPts.clear();
3388       ReleasesToMove.ReverseInsertPts.clear();
3389       NewCount = 0;
3390     } else {
3391       // Determine whether the new insertion points we computed preserve the
3392       // balance of retain and release calls through the program.
3393       // TODO: If the fully aggressive solution isn't valid, try to find a
3394       // less aggressive solution which is.
3395       if (NewDelta != 0)
3396         goto next_retain;
3397     }
3398
3399     // Determine whether the original call points are balanced in the retain and
3400     // release calls through the program. If not, conservatively don't touch
3401     // them.
3402     // TODO: It's theoretically possible to do code motion in this case, as
3403     // long as the existing imbalances are maintained.
3404     if (OldDelta != 0)
3405       goto next_retain;
3406
3407     // Ok, everything checks out and we're all set. Let's move some code!
3408     Changed = true;
3409     assert(OldCount != 0 && "Unreachable code?");
3410     AnyPairsCompletelyEliminated = NewCount == 0;
3411     NumRRs += OldCount - NewCount;
3412     MoveCalls(Arg, RetainsToMove, ReleasesToMove,
3413               Retains, Releases, DeadInsts, M);
3414
3415   next_retain:
3416     NewReleases.clear();
3417     NewRetains.clear();
3418     RetainsToMove.clear();
3419     ReleasesToMove.clear();
3420   }
3421
3422   // Now that we're done moving everything, we can delete the newly dead
3423   // instructions, as we no longer need them as insert points.
3424   while (!DeadInsts.empty())
3425     EraseInstruction(DeadInsts.pop_back_val());
3426
3427   return AnyPairsCompletelyEliminated;
3428 }
3429
3430 /// OptimizeWeakCalls - Weak pointer optimizations.
3431 void ObjCARCOpt::OptimizeWeakCalls(Function &F) {
3432   // First, do memdep-style RLE and S2L optimizations. We can't use memdep
3433   // itself because it uses AliasAnalysis and we need to do provenance
3434   // queries instead.
3435   for (inst_iterator I = inst_begin(&F), E = inst_end(&F); I != E; ) {
3436     Instruction *Inst = &*I++;
3437
3438     DEBUG(dbgs() << "ObjCARCOpt::OptimizeWeakCalls: Visiting: " << *Inst <<
3439           "\n");
3440
3441     InstructionClass Class = GetBasicInstructionClass(Inst);
3442     if (Class != IC_LoadWeak && Class != IC_LoadWeakRetained)
3443       continue;
3444
3445     // Delete objc_loadWeak calls with no users.
3446     if (Class == IC_LoadWeak && Inst->use_empty()) {
3447       Inst->eraseFromParent();
3448       continue;
3449     }
3450
3451     // TODO: For now, just look for an earlier available version of this value
3452     // within the same block. Theoretically, we could do memdep-style non-local
3453     // analysis too, but that would want caching. A better approach would be to
3454     // use the technique that EarlyCSE uses.
3455     inst_iterator Current = llvm::prior(I);
3456     BasicBlock *CurrentBB = Current.getBasicBlockIterator();
3457     for (BasicBlock::iterator B = CurrentBB->begin(),
3458                               J = Current.getInstructionIterator();
3459          J != B; --J) {
3460       Instruction *EarlierInst = &*llvm::prior(J);
3461       InstructionClass EarlierClass = GetInstructionClass(EarlierInst);
3462       switch (EarlierClass) {
3463       case IC_LoadWeak:
3464       case IC_LoadWeakRetained: {
3465         // If this is loading from the same pointer, replace this load's value
3466         // with that one.
3467         CallInst *Call = cast<CallInst>(Inst);
3468         CallInst *EarlierCall = cast<CallInst>(EarlierInst);
3469         Value *Arg = Call->getArgOperand(0);
3470         Value *EarlierArg = EarlierCall->getArgOperand(0);
3471         switch (PA.getAA()->alias(Arg, EarlierArg)) {
3472         case AliasAnalysis::MustAlias:
3473           Changed = true;
3474           // If the load has a builtin retain, insert a plain retain for it.
3475           if (Class == IC_LoadWeakRetained) {
3476             CallInst *CI =
3477               CallInst::Create(getRetainCallee(F.getParent()), EarlierCall,
3478                                "", Call);
3479             CI->setTailCall();
3480           }
3481           // Zap the fully redundant load.
3482           Call->replaceAllUsesWith(EarlierCall);
3483           Call->eraseFromParent();
3484           goto clobbered;
3485         case AliasAnalysis::MayAlias:
3486         case AliasAnalysis::PartialAlias:
3487           goto clobbered;
3488         case AliasAnalysis::NoAlias:
3489           break;
3490         }
3491         break;
3492       }
3493       case IC_StoreWeak:
3494       case IC_InitWeak: {
3495         // If this is storing to the same pointer and has the same size etc.
3496         // replace this load's value with the stored value.
3497         CallInst *Call = cast<CallInst>(Inst);
3498         CallInst *EarlierCall = cast<CallInst>(EarlierInst);
3499         Value *Arg = Call->getArgOperand(0);
3500         Value *EarlierArg = EarlierCall->getArgOperand(0);
3501         switch (PA.getAA()->alias(Arg, EarlierArg)) {
3502         case AliasAnalysis::MustAlias:
3503           Changed = true;
3504           // If the load has a builtin retain, insert a plain retain for it.
3505           if (Class == IC_LoadWeakRetained) {
3506             CallInst *CI =
3507               CallInst::Create(getRetainCallee(F.getParent()), EarlierCall,
3508                                "", Call);
3509             CI->setTailCall();
3510           }
3511           // Zap the fully redundant load.
3512           Call->replaceAllUsesWith(EarlierCall->getArgOperand(1));
3513           Call->eraseFromParent();
3514           goto clobbered;
3515         case AliasAnalysis::MayAlias:
3516         case AliasAnalysis::PartialAlias:
3517           goto clobbered;
3518         case AliasAnalysis::NoAlias:
3519           break;
3520         }
3521         break;
3522       }
3523       case IC_MoveWeak:
3524       case IC_CopyWeak:
3525         // TOOD: Grab the copied value.
3526         goto clobbered;
3527       case IC_AutoreleasepoolPush:
3528       case IC_None:
3529       case IC_User:
3530         // Weak pointers are only modified through the weak entry points
3531         // (and arbitrary calls, which could call the weak entry points).
3532         break;
3533       default:
3534         // Anything else could modify the weak pointer.
3535         goto clobbered;
3536       }
3537     }
3538   clobbered:;
3539   }
3540
3541   // Then, for each destroyWeak with an alloca operand, check to see if
3542   // the alloca and all its users can be zapped.
3543   for (inst_iterator I = inst_begin(&F), E = inst_end(&F); I != E; ) {
3544     Instruction *Inst = &*I++;
3545     InstructionClass Class = GetBasicInstructionClass(Inst);
3546     if (Class != IC_DestroyWeak)
3547       continue;
3548
3549     CallInst *Call = cast<CallInst>(Inst);
3550     Value *Arg = Call->getArgOperand(0);
3551     if (AllocaInst *Alloca = dyn_cast<AllocaInst>(Arg)) {
3552       for (Value::use_iterator UI = Alloca->use_begin(),
3553            UE = Alloca->use_end(); UI != UE; ++UI) {
3554         const Instruction *UserInst = cast<Instruction>(*UI);
3555         switch (GetBasicInstructionClass(UserInst)) {
3556         case IC_InitWeak:
3557         case IC_StoreWeak:
3558         case IC_DestroyWeak:
3559           continue;
3560         default:
3561           goto done;
3562         }
3563       }
3564       Changed = true;
3565       for (Value::use_iterator UI = Alloca->use_begin(),
3566            UE = Alloca->use_end(); UI != UE; ) {
3567         CallInst *UserInst = cast<CallInst>(*UI++);
3568         switch (GetBasicInstructionClass(UserInst)) {
3569         case IC_InitWeak:
3570         case IC_StoreWeak:
3571           // These functions return their second argument.
3572           UserInst->replaceAllUsesWith(UserInst->getArgOperand(1));
3573           break;
3574         case IC_DestroyWeak:
3575           // No return value.
3576           break;
3577         default:
3578           llvm_unreachable("alloca really is used!");
3579         }
3580         UserInst->eraseFromParent();
3581       }
3582       Alloca->eraseFromParent();
3583     done:;
3584     }
3585   }
3586   
3587   DEBUG(dbgs() << "ObjCARCOpt::OptimizeWeakCalls: Finished List.\n\n");
3588   
3589 }
3590
3591 /// OptimizeSequences - Identify program paths which execute sequences of
3592 /// retains and releases which can be eliminated.
3593 bool ObjCARCOpt::OptimizeSequences(Function &F) {
3594   /// Releases, Retains - These are used to store the results of the main flow
3595   /// analysis. These use Value* as the key instead of Instruction* so that the
3596   /// map stays valid when we get around to rewriting code and calls get
3597   /// replaced by arguments.
3598   DenseMap<Value *, RRInfo> Releases;
3599   MapVector<Value *, RRInfo> Retains;
3600
3601   /// BBStates, This is used during the traversal of the function to track the
3602   /// states for each identified object at each block.
3603   DenseMap<const BasicBlock *, BBState> BBStates;
3604
3605   // Analyze the CFG of the function, and all instructions.
3606   bool NestingDetected = Visit(F, BBStates, Retains, Releases);
3607
3608   // Transform.
3609   return PerformCodePlacement(BBStates, Retains, Releases, F.getParent()) &&
3610          NestingDetected;
3611 }
3612
3613 /// OptimizeReturns - Look for this pattern:
3614 /// \code
3615 ///    %call = call i8* @something(...)
3616 ///    %2 = call i8* @objc_retain(i8* %call)
3617 ///    %3 = call i8* @objc_autorelease(i8* %2)
3618 ///    ret i8* %3
3619 /// \endcode
3620 /// And delete the retain and autorelease.
3621 ///
3622 /// Otherwise if it's just this:
3623 /// \code
3624 ///    %3 = call i8* @objc_autorelease(i8* %2)
3625 ///    ret i8* %3
3626 /// \endcode
3627 /// convert the autorelease to autoreleaseRV.
3628 void ObjCARCOpt::OptimizeReturns(Function &F) {
3629   if (!F.getReturnType()->isPointerTy())
3630     return;
3631
3632   SmallPtrSet<Instruction *, 4> DependingInstructions;
3633   SmallPtrSet<const BasicBlock *, 4> Visited;
3634   for (Function::iterator FI = F.begin(), FE = F.end(); FI != FE; ++FI) {
3635     BasicBlock *BB = FI;
3636     ReturnInst *Ret = dyn_cast<ReturnInst>(&BB->back());
3637
3638     DEBUG(dbgs() << "ObjCARCOpt::OptimizeReturns: Visiting: " << *Ret << "\n");
3639
3640     if (!Ret) continue;
3641
3642     const Value *Arg = StripPointerCastsAndObjCCalls(Ret->getOperand(0));
3643     FindDependencies(NeedsPositiveRetainCount, Arg,
3644                      BB, Ret, DependingInstructions, Visited, PA);
3645     if (DependingInstructions.size() != 1)
3646       goto next_block;
3647
3648     {
3649       CallInst *Autorelease =
3650         dyn_cast_or_null<CallInst>(*DependingInstructions.begin());
3651       if (!Autorelease)
3652         goto next_block;
3653       InstructionClass AutoreleaseClass = GetBasicInstructionClass(Autorelease);
3654       if (!IsAutorelease(AutoreleaseClass))
3655         goto next_block;
3656       if (GetObjCArg(Autorelease) != Arg)
3657         goto next_block;
3658
3659       DependingInstructions.clear();
3660       Visited.clear();
3661
3662       // Check that there is nothing that can affect the reference
3663       // count between the autorelease and the retain.
3664       FindDependencies(CanChangeRetainCount, Arg,
3665                        BB, Autorelease, DependingInstructions, Visited, PA);
3666       if (DependingInstructions.size() != 1)
3667         goto next_block;
3668
3669       {
3670         CallInst *Retain =
3671           dyn_cast_or_null<CallInst>(*DependingInstructions.begin());
3672
3673         // Check that we found a retain with the same argument.
3674         if (!Retain ||
3675             !IsRetain(GetBasicInstructionClass(Retain)) ||
3676             GetObjCArg(Retain) != Arg)
3677           goto next_block;
3678
3679         DependingInstructions.clear();
3680         Visited.clear();
3681
3682         // Convert the autorelease to an autoreleaseRV, since it's
3683         // returning the value.
3684         if (AutoreleaseClass == IC_Autorelease) {
3685           Autorelease->setCalledFunction(getAutoreleaseRVCallee(F.getParent()));
3686           AutoreleaseClass = IC_AutoreleaseRV;
3687         }
3688
3689         // Check that there is nothing that can affect the reference
3690         // count between the retain and the call.
3691         // Note that Retain need not be in BB.
3692         FindDependencies(CanChangeRetainCount, Arg, Retain->getParent(), Retain,
3693                          DependingInstructions, Visited, PA);
3694         if (DependingInstructions.size() != 1)
3695           goto next_block;
3696
3697         {
3698           CallInst *Call =
3699             dyn_cast_or_null<CallInst>(*DependingInstructions.begin());
3700
3701           // Check that the pointer is the return value of the call.
3702           if (!Call || Arg != Call)
3703             goto next_block;
3704
3705           // Check that the call is a regular call.
3706           InstructionClass Class = GetBasicInstructionClass(Call);
3707           if (Class != IC_CallOrUser && Class != IC_Call)
3708             goto next_block;
3709
3710           // If so, we can zap the retain and autorelease.
3711           Changed = true;
3712           ++NumRets;
3713           EraseInstruction(Retain);
3714           EraseInstruction(Autorelease);
3715         }
3716       }
3717     }
3718
3719   next_block:
3720     DependingInstructions.clear();
3721     Visited.clear();
3722   }
3723   
3724   DEBUG(dbgs() << "ObjCARCOpt::OptimizeReturns: Finished List.\n\n");
3725   
3726 }
3727
3728 bool ObjCARCOpt::doInitialization(Module &M) {
3729   if (!EnableARCOpts)
3730     return false;
3731
3732   // If nothing in the Module uses ARC, don't do anything.
3733   Run = ModuleHasARC(M);
3734   if (!Run)
3735     return false;
3736
3737   // Identify the imprecise release metadata kind.
3738   ImpreciseReleaseMDKind =
3739     M.getContext().getMDKindID("clang.imprecise_release");
3740   CopyOnEscapeMDKind =
3741     M.getContext().getMDKindID("clang.arc.copy_on_escape");
3742   NoObjCARCExceptionsMDKind =
3743     M.getContext().getMDKindID("clang.arc.no_objc_arc_exceptions");
3744
3745   // Intuitively, objc_retain and others are nocapture, however in practice
3746   // they are not, because they return their argument value. And objc_release
3747   // calls finalizers which can have arbitrary side effects.
3748
3749   // These are initialized lazily.
3750   RetainRVCallee = 0;
3751   AutoreleaseRVCallee = 0;
3752   ReleaseCallee = 0;
3753   RetainCallee = 0;
3754   RetainBlockCallee = 0;
3755   AutoreleaseCallee = 0;
3756
3757   return false;
3758 }
3759
3760 bool ObjCARCOpt::runOnFunction(Function &F) {
3761   if (!EnableARCOpts)
3762     return false;
3763
3764   // If nothing in the Module uses ARC, don't do anything.
3765   if (!Run)
3766     return false;
3767
3768   Changed = false;
3769
3770   PA.setAA(&getAnalysis<AliasAnalysis>());
3771
3772   // This pass performs several distinct transformations. As a compile-time aid
3773   // when compiling code that isn't ObjC, skip these if the relevant ObjC
3774   // library functions aren't declared.
3775
3776   // Preliminary optimizations. This also computs UsedInThisFunction.
3777   OptimizeIndividualCalls(F);
3778
3779   // Optimizations for weak pointers.
3780   if (UsedInThisFunction & ((1 << IC_LoadWeak) |
3781                             (1 << IC_LoadWeakRetained) |
3782                             (1 << IC_StoreWeak) |
3783                             (1 << IC_InitWeak) |
3784                             (1 << IC_CopyWeak) |
3785                             (1 << IC_MoveWeak) |
3786                             (1 << IC_DestroyWeak)))
3787     OptimizeWeakCalls(F);
3788
3789   // Optimizations for retain+release pairs.
3790   if (UsedInThisFunction & ((1 << IC_Retain) |
3791                             (1 << IC_RetainRV) |
3792                             (1 << IC_RetainBlock)))
3793     if (UsedInThisFunction & (1 << IC_Release))
3794       // Run OptimizeSequences until it either stops making changes or
3795       // no retain+release pair nesting is detected.
3796       while (OptimizeSequences(F)) {}
3797
3798   // Optimizations if objc_autorelease is used.
3799   if (UsedInThisFunction & ((1 << IC_Autorelease) |
3800                             (1 << IC_AutoreleaseRV)))
3801     OptimizeReturns(F);
3802
3803   return Changed;
3804 }
3805
3806 void ObjCARCOpt::releaseMemory() {
3807   PA.clear();
3808 }
3809
3810 //===----------------------------------------------------------------------===//
3811 // ARC contraction.
3812 //===----------------------------------------------------------------------===//
3813
3814 // TODO: ObjCARCContract could insert PHI nodes when uses aren't
3815 // dominated by single calls.
3816
3817 #include "llvm/Analysis/Dominators.h"
3818 #include "llvm/IR/InlineAsm.h"
3819 #include "llvm/IR/Operator.h"
3820
3821 STATISTIC(NumStoreStrongs, "Number objc_storeStrong calls formed");
3822
3823 namespace {
3824   /// ObjCARCContract - Late ARC optimizations.  These change the IR in a way
3825   /// that makes it difficult to be analyzed by ObjCARCOpt, so it's run late.
3826   class ObjCARCContract : public FunctionPass {
3827     bool Changed;
3828     AliasAnalysis *AA;
3829     DominatorTree *DT;
3830     ProvenanceAnalysis PA;
3831
3832     /// Run - A flag indicating whether this optimization pass should run.
3833     bool Run;
3834
3835     /// StoreStrongCallee, etc. - Declarations for ObjC runtime
3836     /// functions, for use in creating calls to them. These are initialized
3837     /// lazily to avoid cluttering up the Module with unused declarations.
3838     Constant *StoreStrongCallee,
3839              *RetainAutoreleaseCallee, *RetainAutoreleaseRVCallee;
3840
3841     /// RetainRVMarker - The inline asm string to insert between calls and
3842     /// RetainRV calls to make the optimization work on targets which need it.
3843     const MDString *RetainRVMarker;
3844
3845     /// StoreStrongCalls - The set of inserted objc_storeStrong calls. If
3846     /// at the end of walking the function we have found no alloca
3847     /// instructions, these calls can be marked "tail".
3848     SmallPtrSet<CallInst *, 8> StoreStrongCalls;
3849
3850     Constant *getStoreStrongCallee(Module *M);
3851     Constant *getRetainAutoreleaseCallee(Module *M);
3852     Constant *getRetainAutoreleaseRVCallee(Module *M);
3853
3854     bool ContractAutorelease(Function &F, Instruction *Autorelease,
3855                              InstructionClass Class,
3856                              SmallPtrSet<Instruction *, 4>
3857                                &DependingInstructions,
3858                              SmallPtrSet<const BasicBlock *, 4>
3859                                &Visited);
3860
3861     void ContractRelease(Instruction *Release,
3862                          inst_iterator &Iter);
3863
3864     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const;
3865     virtual bool doInitialization(Module &M);
3866     virtual bool runOnFunction(Function &F);
3867
3868   public:
3869     static char ID;
3870     ObjCARCContract() : FunctionPass(ID) {
3871       initializeObjCARCContractPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
3872     }
3873   };
3874 }
3875
3876 char ObjCARCContract::ID = 0;
3877 INITIALIZE_PASS_BEGIN(ObjCARCContract,
3878                       "objc-arc-contract", "ObjC ARC contraction", false, false)
3879 INITIALIZE_AG_DEPENDENCY(AliasAnalysis)
3880 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(DominatorTree)
3881 INITIALIZE_PASS_END(ObjCARCContract,
3882                     "objc-arc-contract", "ObjC ARC contraction", false, false)
3883
3884 Pass *llvm::createObjCARCContractPass() {
3885   return new ObjCARCContract();
3886 }
3887
3888 void ObjCARCContract::getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
3889   AU.addRequired<AliasAnalysis>();
3890   AU.addRequired<DominatorTree>();
3891   AU.setPreservesCFG();
3892 }
3893
3894 Constant *ObjCARCContract::getStoreStrongCallee(Module *M) {
3895   if (!StoreStrongCallee) {
3896     LLVMContext &C = M->getContext();
3897     Type *I8X = PointerType::getUnqual(Type::getInt8Ty(C));
3898     Type *I8XX = PointerType::getUnqual(I8X);
3899     Type *Params[] = { I8XX, I8X };
3900
3901     AttributeSet Attribute = AttributeSet()
3902       .addAttr(M->getContext(), AttributeSet::FunctionIndex,
3903                Attribute::get(C, Attribute::NoUnwind))
3904       .addAttr(M->getContext(), 1, Attribute::get(C, Attribute::NoCapture));
3905
3906     StoreStrongCallee =
3907       M->getOrInsertFunction(
3908         "objc_storeStrong",
3909         FunctionType::get(Type::getVoidTy(C), Params, /*isVarArg=*/false),
3910         Attribute);
3911   }
3912   return StoreStrongCallee;
3913 }
3914
3915 Constant *ObjCARCContract::getRetainAutoreleaseCallee(Module *M) {
3916   if (!RetainAutoreleaseCallee) {
3917     LLVMContext &C = M->getContext();
3918     Type *I8X = PointerType::getUnqual(Type::getInt8Ty(C));
3919     Type *Params[] = { I8X };
3920     FunctionType *FTy = FunctionType::get(I8X, Params, /*isVarArg=*/false);
3921     AttributeSet Attribute =
3922       AttributeSet().addAttr(M->getContext(), AttributeSet::FunctionIndex,
3923                             Attribute::get(C, Attribute::NoUnwind));
3924     RetainAutoreleaseCallee =
3925       M->getOrInsertFunction("objc_retainAutorelease", FTy, Attribute);
3926   }
3927   return RetainAutoreleaseCallee;
3928 }
3929
3930 Constant *ObjCARCContract::getRetainAutoreleaseRVCallee(Module *M) {
3931   if (!RetainAutoreleaseRVCallee) {
3932     LLVMContext &C = M->getContext();
3933     Type *I8X = PointerType::getUnqual(Type::getInt8Ty(C));
3934     Type *Params[] = { I8X };
3935     FunctionType *FTy = FunctionType::get(I8X, Params, /*isVarArg=*/false);
3936     AttributeSet Attribute =
3937       AttributeSet().addAttr(M->getContext(), AttributeSet::FunctionIndex,
3938                             Attribute::get(C, Attribute::NoUnwind));
3939     RetainAutoreleaseRVCallee =
3940       M->getOrInsertFunction("objc_retainAutoreleaseReturnValue", FTy,
3941                              Attribute);
3942   }
3943   return RetainAutoreleaseRVCallee;
3944 }
3945
3946 /// ContractAutorelease - Merge an autorelease with a retain into a fused call.
3947 bool
3948 ObjCARCContract::ContractAutorelease(Function &F, Instruction *Autorelease,
3949                                      InstructionClass Class,
3950                                      SmallPtrSet<Instruction *, 4>
3951                                        &DependingInstructions,
3952                                      SmallPtrSet<const BasicBlock *, 4>
3953                                        &Visited) {
3954   const Value *Arg = GetObjCArg(Autorelease);
3955
3956   // Check that there are no instructions between the retain and the autorelease
3957   // (such as an autorelease_pop) which may change the count.
3958   CallInst *Retain = 0;
3959   if (Class == IC_AutoreleaseRV)
3960     FindDependencies(RetainAutoreleaseRVDep, Arg,
3961                      Autorelease->getParent(), Autorelease,
3962                      DependingInstructions, Visited, PA);
3963   else
3964     FindDependencies(RetainAutoreleaseDep, Arg,
3965                      Autorelease->getParent(), Autorelease,
3966                      DependingInstructions, Visited, PA);
3967
3968   Visited.clear();
3969   if (DependingInstructions.size() != 1) {
3970     DependingInstructions.clear();
3971     return false;
3972   }
3973
3974   Retain = dyn_cast_or_null<CallInst>(*DependingInstructions.begin());
3975   DependingInstructions.clear();
3976
3977   if (!Retain ||
3978       GetBasicInstructionClass(Retain) != IC_Retain ||
3979       GetObjCArg(Retain) != Arg)
3980     return false;
3981
3982   Changed = true;
3983   ++NumPeeps;
3984
3985   if (Class == IC_AutoreleaseRV)
3986     Retain->setCalledFunction(getRetainAutoreleaseRVCallee(F.getParent()));
3987   else
3988     Retain->setCalledFunction(getRetainAutoreleaseCallee(F.getParent()));
3989
3990   EraseInstruction(Autorelease);
3991   return true;
3992 }
3993
3994 /// ContractRelease - Attempt to merge an objc_release with a store, load, and
3995 /// objc_retain to form an objc_storeStrong. This can be a little tricky because
3996 /// the instructions don't always appear in order, and there may be unrelated
3997 /// intervening instructions.
3998 void ObjCARCContract::ContractRelease(Instruction *Release,
3999                                       inst_iterator &Iter) {
4000   LoadInst *Load = dyn_cast<LoadInst>(GetObjCArg(Release));
4001   if (!Load || !Load->isSimple()) return;
4002
4003   // For now, require everything to be in one basic block.
4004   BasicBlock *BB = Release->getParent();
4005   if (Load->getParent() != BB) return;
4006
4007   // Walk down to find the store and the release, which may be in either order.
4008   BasicBlock::iterator I = Load, End = BB->end();
4009   ++I;
4010   AliasAnalysis::Location Loc = AA->getLocation(Load);
4011   StoreInst *Store = 0;
4012   bool SawRelease = false;
4013   for (; !Store || !SawRelease; ++I) {
4014     if (I == End)
4015       return;
4016
4017     Instruction *Inst = I;
4018     if (Inst == Release) {
4019       SawRelease = true;
4020       continue;
4021     }
4022
4023     InstructionClass Class = GetBasicInstructionClass(Inst);
4024
4025     // Unrelated retains are harmless.
4026     if (IsRetain(Class))
4027       continue;
4028
4029     if (Store) {
4030       // The store is the point where we're going to put the objc_storeStrong,
4031       // so make sure there are no uses after it.
4032       if (CanUse(Inst, Load, PA, Class))
4033         return;
4034     } else if (AA->getModRefInfo(Inst, Loc) & AliasAnalysis::Mod) {
4035       // We are moving the load down to the store, so check for anything
4036       // else which writes to the memory between the load and the store.
4037       Store = dyn_cast<StoreInst>(Inst);
4038       if (!Store || !Store->isSimple()) return;
4039       if (Store->getPointerOperand() != Loc.Ptr) return;
4040     }
4041   }
4042
4043   Value *New = StripPointerCastsAndObjCCalls(Store->getValueOperand());
4044
4045   // Walk up to find the retain.
4046   I = Store;
4047   BasicBlock::iterator Begin = BB->begin();
4048   while (I != Begin && GetBasicInstructionClass(I) != IC_Retain)
4049     --I;
4050   Instruction *Retain = I;
4051   if (GetBasicInstructionClass(Retain) != IC_Retain) return;
4052   if (GetObjCArg(Retain) != New) return;
4053
4054   Changed = true;
4055   ++NumStoreStrongs;
4056
4057   LLVMContext &C = Release->getContext();
4058   Type *I8X = PointerType::getUnqual(Type::getInt8Ty(C));
4059   Type *I8XX = PointerType::getUnqual(I8X);
4060
4061   Value *Args[] = { Load->getPointerOperand(), New };
4062   if (Args[0]->getType() != I8XX)
4063     Args[0] = new BitCastInst(Args[0], I8XX, "", Store);
4064   if (Args[1]->getType() != I8X)
4065     Args[1] = new BitCastInst(Args[1], I8X, "", Store);
4066   CallInst *StoreStrong =
4067     CallInst::Create(getStoreStrongCallee(BB->getParent()->getParent()),
4068                      Args, "", Store);
4069   StoreStrong->setDoesNotThrow();
4070   StoreStrong->setDebugLoc(Store->getDebugLoc());
4071
4072   // We can't set the tail flag yet, because we haven't yet determined
4073   // whether there are any escaping allocas. Remember this call, so that
4074   // we can set the tail flag once we know it's safe.
4075   StoreStrongCalls.insert(StoreStrong);
4076
4077   if (&*Iter == Store) ++Iter;
4078   Store->eraseFromParent();
4079   Release->eraseFromParent();
4080   EraseInstruction(Retain);
4081   if (Load->use_empty())
4082     Load->eraseFromParent();
4083 }
4084
4085 bool ObjCARCContract::doInitialization(Module &M) {
4086   // If nothing in the Module uses ARC, don't do anything.
4087   Run = ModuleHasARC(M);
4088   if (!Run)
4089     return false;
4090
4091   // These are initialized lazily.
4092   StoreStrongCallee = 0;
4093   RetainAutoreleaseCallee = 0;
4094   RetainAutoreleaseRVCallee = 0;
4095
4096   // Initialize RetainRVMarker.
4097   RetainRVMarker = 0;
4098   if (NamedMDNode *NMD =
4099         M.getNamedMetadata("clang.arc.retainAutoreleasedReturnValueMarker"))
4100     if (NMD->getNumOperands() == 1) {
4101       const MDNode *N = NMD->getOperand(0);
4102       if (N->getNumOperands() == 1)
4103         if (const MDString *S = dyn_cast<MDString>(N->getOperand(0)))
4104           RetainRVMarker = S;
4105     }
4106
4107   return false;
4108 }
4109
4110 bool ObjCARCContract::runOnFunction(Function &F) {
4111   if (!EnableARCOpts)
4112     return false;
4113
4114   // If nothing in the Module uses ARC, don't do anything.
4115   if (!Run)
4116     return false;
4117
4118   Changed = false;
4119   AA = &getAnalysis<AliasAnalysis>();
4120   DT = &getAnalysis<DominatorTree>();
4121
4122   PA.setAA(&getAnalysis<AliasAnalysis>());
4123
4124   // Track whether it's ok to mark objc_storeStrong calls with the "tail"
4125   // keyword. Be conservative if the function has variadic arguments.
4126   // It seems that functions which "return twice" are also unsafe for the
4127   // "tail" argument, because they are setjmp, which could need to
4128   // return to an earlier stack state.
4129   bool TailOkForStoreStrongs = !F.isVarArg() &&
4130                                !F.callsFunctionThatReturnsTwice();
4131
4132   // For ObjC library calls which return their argument, replace uses of the
4133   // argument with uses of the call return value, if it dominates the use. This
4134   // reduces register pressure.
4135   SmallPtrSet<Instruction *, 4> DependingInstructions;
4136   SmallPtrSet<const BasicBlock *, 4> Visited;
4137   for (inst_iterator I = inst_begin(&F), E = inst_end(&F); I != E; ) {
4138     Instruction *Inst = &*I++;
4139     
4140     DEBUG(dbgs() << "ObjCARCContract: Visiting: " << *Inst << "\n");
4141     
4142     // Only these library routines return their argument. In particular,
4143     // objc_retainBlock does not necessarily return its argument.
4144     InstructionClass Class = GetBasicInstructionClass(Inst);
4145     switch (Class) {
4146     case IC_Retain:
4147     case IC_FusedRetainAutorelease:
4148     case IC_FusedRetainAutoreleaseRV:
4149       break;
4150     case IC_Autorelease:
4151     case IC_AutoreleaseRV:
4152       if (ContractAutorelease(F, Inst, Class, DependingInstructions, Visited))
4153         continue;
4154       break;
4155     case IC_RetainRV: {
4156       // If we're compiling for a target which needs a special inline-asm
4157       // marker to do the retainAutoreleasedReturnValue optimization,
4158       // insert it now.
4159       if (!RetainRVMarker)
4160         break;
4161       BasicBlock::iterator BBI = Inst;
4162       BasicBlock *InstParent = Inst->getParent();
4163
4164       // Step up to see if the call immediately precedes the RetainRV call.
4165       // If it's an invoke, we have to cross a block boundary. And we have
4166       // to carefully dodge no-op instructions.
4167       do {
4168         if (&*BBI == InstParent->begin()) {
4169           BasicBlock *Pred = InstParent->getSinglePredecessor();
4170           if (!Pred)
4171             goto decline_rv_optimization;
4172           BBI = Pred->getTerminator();
4173           break;
4174         }
4175         --BBI;
4176       } while (isNoopInstruction(BBI));
4177
4178       if (&*BBI == GetObjCArg(Inst)) {
4179         DEBUG(dbgs() << "ObjCARCContract: Adding inline asm marker for "
4180                         "retainAutoreleasedReturnValue optimization.\n");
4181         Changed = true;
4182         InlineAsm *IA =
4183           InlineAsm::get(FunctionType::get(Type::getVoidTy(Inst->getContext()),
4184                                            /*isVarArg=*/false),
4185                          RetainRVMarker->getString(),
4186                          /*Constraints=*/"", /*hasSideEffects=*/true);
4187         CallInst::Create(IA, "", Inst);
4188       }
4189     decline_rv_optimization:
4190       break;
4191     }
4192     case IC_InitWeak: {
4193       // objc_initWeak(p, null) => *p = null
4194       CallInst *CI = cast<CallInst>(Inst);
4195       if (isNullOrUndef(CI->getArgOperand(1))) {
4196         Value *Null =
4197           ConstantPointerNull::get(cast<PointerType>(CI->getType()));
4198         Changed = true;
4199         new StoreInst(Null, CI->getArgOperand(0), CI);
4200         
4201         DEBUG(dbgs() << "OBJCARCContract: Old = " << *CI << "\n"
4202                      << "                 New = " << *Null << "\n");
4203         
4204         CI->replaceAllUsesWith(Null);
4205         CI->eraseFromParent();
4206       }
4207       continue;
4208     }
4209     case IC_Release:
4210       ContractRelease(Inst, I);
4211       continue;
4212     case IC_User:
4213       // Be conservative if the function has any alloca instructions.
4214       // Technically we only care about escaping alloca instructions,
4215       // but this is sufficient to handle some interesting cases.
4216       if (isa<AllocaInst>(Inst))
4217         TailOkForStoreStrongs = false;
4218       continue;
4219     default:
4220       continue;
4221     }
4222
4223     DEBUG(dbgs() << "ObjCARCContract: Finished List.\n\n");
4224
4225     // Don't use GetObjCArg because we don't want to look through bitcasts
4226     // and such; to do the replacement, the argument must have type i8*.
4227     const Value *Arg = cast<CallInst>(Inst)->getArgOperand(0);
4228     for (;;) {
4229       // If we're compiling bugpointed code, don't get in trouble.
4230       if (!isa<Instruction>(Arg) && !isa<Argument>(Arg))
4231         break;
4232       // Look through the uses of the pointer.
4233       for (Value::const_use_iterator UI = Arg->use_begin(), UE = Arg->use_end();
4234            UI != UE; ) {
4235         Use &U = UI.getUse();
4236         unsigned OperandNo = UI.getOperandNo();
4237         ++UI; // Increment UI now, because we may unlink its element.
4238
4239         // If the call's return value dominates a use of the call's argument
4240         // value, rewrite the use to use the return value. We check for
4241         // reachability here because an unreachable call is considered to
4242         // trivially dominate itself, which would lead us to rewriting its
4243         // argument in terms of its return value, which would lead to
4244         // infinite loops in GetObjCArg.
4245         if (DT->isReachableFromEntry(U) && DT->dominates(Inst, U)) {
4246           Changed = true;
4247           Instruction *Replacement = Inst;
4248           Type *UseTy = U.get()->getType();
4249           if (PHINode *PHI = dyn_cast<PHINode>(U.getUser())) {
4250             // For PHI nodes, insert the bitcast in the predecessor block.
4251             unsigned ValNo = PHINode::getIncomingValueNumForOperand(OperandNo);
4252             BasicBlock *BB = PHI->getIncomingBlock(ValNo);
4253             if (Replacement->getType() != UseTy)
4254               Replacement = new BitCastInst(Replacement, UseTy, "",
4255                                             &BB->back());
4256             // While we're here, rewrite all edges for this PHI, rather
4257             // than just one use at a time, to minimize the number of
4258             // bitcasts we emit.
4259             for (unsigned i = 0, e = PHI->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
4260               if (PHI->getIncomingBlock(i) == BB) {
4261                 // Keep the UI iterator valid.
4262                 if (&PHI->getOperandUse(
4263                       PHINode::getOperandNumForIncomingValue(i)) ==
4264                     &UI.getUse())
4265                   ++UI;
4266                 PHI->setIncomingValue(i, Replacement);
4267               }
4268           } else {
4269             if (Replacement->getType() != UseTy)
4270               Replacement = new BitCastInst(Replacement, UseTy, "",
4271                                             cast<Instruction>(U.getUser()));
4272             U.set(Replacement);
4273           }
4274         }
4275       }
4276
4277       // If Arg is a no-op casted pointer, strip one level of casts and iterate.
4278       if (const BitCastInst *BI = dyn_cast<BitCastInst>(Arg))
4279         Arg = BI->getOperand(0);
4280       else if (isa<GEPOperator>(Arg) &&
4281                cast<GEPOperator>(Arg)->hasAllZeroIndices())
4282         Arg = cast<GEPOperator>(Arg)->getPointerOperand();
4283       else if (isa<GlobalAlias>(Arg) &&
4284                !cast<GlobalAlias>(Arg)->mayBeOverridden())
4285         Arg = cast<GlobalAlias>(Arg)->getAliasee();
4286       else
4287         break;
4288     }
4289   }
4290
4291   // If this function has no escaping allocas or suspicious vararg usage,
4292   // objc_storeStrong calls can be marked with the "tail" keyword.
4293   if (TailOkForStoreStrongs)
4294     for (SmallPtrSet<CallInst *, 8>::iterator I = StoreStrongCalls.begin(),
4295          E = StoreStrongCalls.end(); I != E; ++I)
4296       (*I)->setTailCall();
4297   StoreStrongCalls.clear();
4298
4299   return Changed;
4300 }