ArgumentPromotion: Drop sret attribute on functions that are only called directly.
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / IPO / ArgumentPromotion.cpp
index 48d3fba54f4475861b48ea2b98dce9077becc053..440f3f20d61a509953fa1095c0da8fe06114b252 100644 (file)
@@ -29,7 +29,6 @@
 //
 //===----------------------------------------------------------------------===//
 
-#define DEBUG_TYPE "argpromotion"
 #include "llvm/Transforms/IPO.h"
 #include "llvm/ADT/DepthFirstIterator.h"
 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
 #include "llvm/Analysis/AliasAnalysis.h"
 #include "llvm/Analysis/CallGraph.h"
 #include "llvm/Analysis/CallGraphSCCPass.h"
+#include "llvm/Analysis/ValueTracking.h"
 #include "llvm/IR/CFG.h"
 #include "llvm/IR/CallSite.h"
 #include "llvm/IR/Constants.h"
+#include "llvm/IR/DataLayout.h"
+#include "llvm/IR/DebugInfo.h"
 #include "llvm/IR/DerivedTypes.h"
 #include "llvm/IR/Instructions.h"
 #include "llvm/IR/LLVMContext.h"
@@ -49,6 +51,8 @@
 #include <set>
 using namespace llvm;
 
+#define DEBUG_TYPE "argpromotion"
+
 STATISTIC(NumArgumentsPromoted , "Number of pointer arguments promoted");
 STATISTIC(NumAggregatesPromoted, "Number of aggregate arguments promoted");
 STATISTIC(NumByValArgsPromoted , "Number of byval arguments promoted");
@@ -74,13 +78,19 @@ namespace {
     typedef std::vector<uint64_t> IndicesVector;
 
   private:
+    bool isDenselyPacked(Type *type, const DataLayout &DL);
+    bool canPaddingBeAccessed(Argument *Arg);
     CallGraphNode *PromoteArguments(CallGraphNode *CGN);
     bool isSafeToPromoteArgument(Argument *Arg, bool isByVal) const;
     CallGraphNode *DoPromotion(Function *F,
-                               SmallPtrSet<Argument*, 8> &ArgsToPromote,
-                               SmallPtrSet<Argument*, 8> &ByValArgsToTransform);
+                              SmallPtrSetImpl<Argument*> &ArgsToPromote,
+                              SmallPtrSetImpl<Argument*> &ByValArgsToTransform);
+    
+    using llvm::Pass::doInitialization;
+    bool doInitialization(CallGraph &CG) override;
     /// The maximum number of elements to expand, or 0 for unlimited.
     unsigned maxElements;
+    DenseMap<const Function *, DISubprogram *> FunctionDIs;
   };
 }
 
@@ -114,6 +124,79 @@ bool ArgPromotion::runOnSCC(CallGraphSCC &SCC) {
   return Changed;
 }
 
+/// \brief Checks if a type could have padding bytes.
+bool ArgPromotion::isDenselyPacked(Type *type, const DataLayout &DL) {
+
+  // There is no size information, so be conservative.
+  if (!type->isSized())
+    return false;
+
+  // If the alloc size is not equal to the storage size, then there are padding
+  // bytes. For x86_fp80 on x86-64, size: 80 alloc size: 128.
+  if (DL.getTypeSizeInBits(type) != DL.getTypeAllocSizeInBits(type))
+    return false;
+
+  if (!isa<CompositeType>(type))
+    return true;
+
+  // For homogenous sequential types, check for padding within members.
+  if (SequentialType *seqTy = dyn_cast<SequentialType>(type))
+    return isa<PointerType>(seqTy) ||
+           isDenselyPacked(seqTy->getElementType(), DL);
+
+  // Check for padding within and between elements of a struct.
+  StructType *StructTy = cast<StructType>(type);
+  const StructLayout *Layout = DL.getStructLayout(StructTy);
+  uint64_t StartPos = 0;
+  for (unsigned i = 0, E = StructTy->getNumElements(); i < E; ++i) {
+    Type *ElTy = StructTy->getElementType(i);
+    if (!isDenselyPacked(ElTy, DL))
+      return false;
+    if (StartPos != Layout->getElementOffsetInBits(i))
+      return false;
+    StartPos += DL.getTypeAllocSizeInBits(ElTy);
+  }
+
+  return true;
+}
+
+/// \brief Checks if the padding bytes of an argument could be accessed.
+bool ArgPromotion::canPaddingBeAccessed(Argument *arg) {
+
+  assert(arg->hasByValAttr());
+
+  // Track all the pointers to the argument to make sure they are not captured.
+  SmallPtrSet<Value *, 16> PtrValues;
+  PtrValues.insert(arg);
+
+  // Track all of the stores.
+  SmallVector<StoreInst *, 16> Stores;
+
+  // Scan through the uses recursively to make sure the pointer is always used
+  // sanely.
+  SmallVector<Value *, 16> WorkList;
+  WorkList.insert(WorkList.end(), arg->user_begin(), arg->user_end());
+  while (!WorkList.empty()) {
+    Value *V = WorkList.back();
+    WorkList.pop_back();
+    if (isa<GetElementPtrInst>(V) || isa<PHINode>(V)) {
+      if (PtrValues.insert(V).second)
+        WorkList.insert(WorkList.end(), V->user_begin(), V->user_end());
+    } else if (StoreInst *Store = dyn_cast<StoreInst>(V)) {
+      Stores.push_back(Store);
+    } else if (!isa<LoadInst>(V)) {
+      return true;
+    }
+  }
+
+// Check to make sure the pointers aren't captured
+  for (StoreInst *Store : Stores)
+    if (PtrValues.count(Store->getValueOperand()))
+      return true;
+
+  return false;
+}
+
 /// PromoteArguments - This method checks the specified function to see if there
 /// are any promotable arguments and if it is safe to promote the function (for
 /// example, all callers are direct).  If safe to promote some arguments, it
@@ -123,14 +206,21 @@ CallGraphNode *ArgPromotion::PromoteArguments(CallGraphNode *CGN) {
   Function *F = CGN->getFunction();
 
   // Make sure that it is local to this module.
-  if (!F || !F->hasLocalLinkage()) return 0;
+  if (!F || !F->hasLocalLinkage()) return nullptr;
+
+  // Don't promote arguments for variadic functions. Adding, removing, or
+  // changing non-pack parameters can change the classification of pack
+  // parameters. Frontends encode that classification at the call site in the
+  // IR, while in the callee the classification is determined dynamically based
+  // on the number of registers consumed so far.
+  if (F->isVarArg()) return nullptr;
 
   // First check: see if there are any pointer arguments!  If not, quick exit.
   SmallVector<Argument*, 16> PointerArgs;
   for (Function::arg_iterator I = F->arg_begin(), E = F->arg_end(); I != E; ++I)
     if (I->getType()->isPointerTy())
       PointerArgs.push_back(I);
-  if (PointerArgs.empty()) return 0;
+  if (PointerArgs.empty()) return nullptr;
 
   // Second check: make sure that all callers are direct callers.  We can't
   // transform functions that have indirect callers.  Also see if the function
@@ -139,12 +229,14 @@ CallGraphNode *ArgPromotion::PromoteArguments(CallGraphNode *CGN) {
   for (Use &U : F->uses()) {
     CallSite CS(U.getUser());
     // Must be a direct call.
-    if (CS.getInstruction() == 0 || !CS.isCallee(&U)) return 0;
+    if (CS.getInstruction() == nullptr || !CS.isCallee(&U)) return nullptr;
     
     if (CS.getInstruction()->getParent()->getParent() == F)
       isSelfRecursive = true;
   }
   
+  const DataLayout &DL = F->getParent()->getDataLayout();
+
   // Check to see which arguments are promotable.  If an argument is promotable,
   // add it to ArgsToPromote.
   SmallPtrSet<Argument*, 8> ArgsToPromote;
@@ -153,10 +245,32 @@ CallGraphNode *ArgPromotion::PromoteArguments(CallGraphNode *CGN) {
     Argument *PtrArg = PointerArgs[i];
     Type *AgTy = cast<PointerType>(PtrArg->getType())->getElementType();
 
+    // Replace sret attribute with noalias. This reduces register pressure by
+    // avoiding a register copy.
+    if (PtrArg->hasStructRetAttr()) {
+      unsigned ArgNo = PtrArg->getArgNo();
+      F->setAttributes(
+          F->getAttributes()
+              .removeAttribute(F->getContext(), ArgNo + 1, Attribute::StructRet)
+              .addAttribute(F->getContext(), ArgNo + 1, Attribute::NoAlias));
+      for (Use &U : F->uses()) {
+        CallSite CS(U.getUser());
+        CS.setAttributes(
+            CS.getAttributes()
+                .removeAttribute(F->getContext(), ArgNo + 1,
+                                 Attribute::StructRet)
+                .addAttribute(F->getContext(), ArgNo + 1, Attribute::NoAlias));
+      }
+    }
+
     // If this is a byval argument, and if the aggregate type is small, just
-    // pass the elements, which is always safe.  This does not apply to
-    // inalloca.
-    if (PtrArg->hasByValAttr()) {
+    // pass the elements, which is always safe, if the passed value is densely
+    // packed or if we can prove the padding bytes are never accessed. This does
+    // not apply to inalloca.
+    bool isSafeToPromote =
+        PtrArg->hasByValAttr() &&
+        (isDenselyPacked(AgTy, DL) || !canPaddingBeAccessed(PtrArg));
+    if (isSafeToPromote) {
       if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(AgTy)) {
         if (maxElements > 0 && STy->getNumElements() > maxElements) {
           DEBUG(dbgs() << "argpromotion disable promoting argument '"
@@ -207,7 +321,7 @@ CallGraphNode *ArgPromotion::PromoteArguments(CallGraphNode *CGN) {
 
   // No promotable pointer arguments.
   if (ArgsToPromote.empty() && ByValArgsToTransform.empty()) 
-    return 0;
+    return nullptr;
 
   return DoPromotion(F, ArgsToPromote, ByValArgsToTransform);
 }
@@ -216,6 +330,7 @@ CallGraphNode *ArgPromotion::PromoteArguments(CallGraphNode *CGN) {
 /// all callees pass in a valid pointer for the specified function argument.
 static bool AllCallersPassInValidPointerForArgument(Argument *Arg) {
   Function *Callee = Arg->getParent();
+  const DataLayout &DL = Callee->getParent()->getDataLayout();
 
   unsigned ArgNo = Arg->getArgNo();
 
@@ -225,7 +340,7 @@ static bool AllCallersPassInValidPointerForArgument(Argument *Arg) {
     CallSite CS(U);
     assert(CS && "Should only have direct calls!");
 
-    if (!CS.getArgument(ArgNo)->isDereferenceablePointer())
+    if (!isDereferenceablePointer(CS.getArgument(ArgNo), DL))
       return false;
   }
   return true;
@@ -433,7 +548,7 @@ bool ArgPromotion::isSafeToPromoteArgument(Argument *Arg,
         // of elements of the aggregate.
         return false;
       }
-      ToPromote.insert(Operands);
+      ToPromote.insert(std::move(Operands));
     }
   }
 
@@ -456,19 +571,17 @@ bool ArgPromotion::isSafeToPromoteArgument(Argument *Arg,
     LoadInst *Load = Loads[i];
     BasicBlock *BB = Load->getParent();
 
-    AliasAnalysis::Location Loc = AA.getLocation(Load);
-    if (AA.canInstructionRangeModify(BB->front(), *Load, Loc))
+    AliasAnalysis::Location Loc = MemoryLocation::get(Load);
+    if (AA.canInstructionRangeModRef(BB->front(), *Load, Loc,
+        AliasAnalysis::Mod))
       return false;  // Pointer is invalidated!
 
     // Now check every path from the entry block to the load for transparency.
     // To do this, we perform a depth first search on the inverse CFG from the
     // loading block.
-    for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), E = pred_end(BB); PI != E; ++PI) {
-      BasicBlock *P = *PI;
-      for (idf_ext_iterator<BasicBlock*, SmallPtrSet<BasicBlock*, 16> >
-             I = idf_ext_begin(P, TranspBlocks),
-             E = idf_ext_end(P, TranspBlocks); I != E; ++I)
-        if (AA.canBasicBlockModify(**I, Loc))
+    for (BasicBlock *P : predecessors(BB)) {
+      for (BasicBlock *TranspBB : inverse_depth_first_ext(P, TranspBlocks))
+        if (AA.canBasicBlockModify(*TranspBB, Loc))
           return false;
     }
   }
@@ -483,15 +596,15 @@ bool ArgPromotion::isSafeToPromoteArgument(Argument *Arg,
 /// arguments, and returns the new function.  At this point, we know that it's
 /// safe to do so.
 CallGraphNode *ArgPromotion::DoPromotion(Function *F,
-                               SmallPtrSet<Argument*, 8> &ArgsToPromote,
-                              SmallPtrSet<Argument*, 8> &ByValArgsToTransform) {
+                             SmallPtrSetImpl<Argument*> &ArgsToPromote,
+                             SmallPtrSetImpl<Argument*> &ByValArgsToTransform) {
 
   // Start by computing a new prototype for the function, which is the same as
   // the old function, but has modified arguments.
   FunctionType *FTy = F->getFunctionType();
   std::vector<Type*> Params;
 
-  typedef std::set<IndicesVector> ScalarizeTable;
+  typedef std::set<std::pair<Type *, IndicesVector>> ScalarizeTable;
 
   // ScalarizedElements - If we are promoting a pointer that has elements
   // accessed out of it, keep track of which elements are accessed so that we
@@ -528,8 +641,7 @@ CallGraphNode *ArgPromotion::DoPromotion(Function *F,
       // Simple byval argument? Just add all the struct element types.
       Type *AgTy = cast<PointerType>(I->getType())->getElementType();
       StructType *STy = cast<StructType>(AgTy);
-      for (unsigned i = 0, e = STy->getNumElements(); i != e; ++i)
-        Params.push_back(STy->getElementType(i));
+      Params.insert(Params.end(), STy->element_begin(), STy->element_end());
       ++NumByValArgsPromoted;
     } else if (!ArgsToPromote.count(I)) {
       // Unchanged argument
@@ -552,7 +664,11 @@ CallGraphNode *ArgPromotion::DoPromotion(Function *F,
       ScalarizeTable &ArgIndices = ScalarizedElements[I];
       for (User *U : I->users()) {
         Instruction *UI = cast<Instruction>(U);
-        assert(isa<LoadInst>(UI) || isa<GetElementPtrInst>(UI));
+        Type *SrcTy;
+        if (LoadInst *L = dyn_cast<LoadInst>(UI))
+          SrcTy = L->getType();
+        else
+          SrcTy = cast<GetElementPtrInst>(UI)->getSourceElementType();
         IndicesVector Indices;
         Indices.reserve(UI->getNumOperands() - 1);
         // Since loads will only have a single operand, and GEPs only a single
@@ -564,7 +680,7 @@ CallGraphNode *ArgPromotion::DoPromotion(Function *F,
         // GEPs with a single 0 index can be merged with direct loads
         if (Indices.size() == 1 && Indices.front() == 0)
           Indices.clear();
-        ArgIndices.insert(Indices);
+        ArgIndices.insert(std::make_pair(SrcTy, Indices));
         LoadInst *OrigLoad;
         if (LoadInst *L = dyn_cast<LoadInst>(UI))
           OrigLoad = L;
@@ -578,11 +694,13 @@ CallGraphNode *ArgPromotion::DoPromotion(Function *F,
       for (ScalarizeTable::iterator SI = ArgIndices.begin(),
              E = ArgIndices.end(); SI != E; ++SI) {
         // not allowed to dereference ->begin() if size() is 0
-        Params.push_back(GetElementPtrInst::getIndexedType(I->getType(), *SI));
+        Params.push_back(GetElementPtrInst::getIndexedType(
+            cast<PointerType>(I->getType()->getScalarType())->getElementType(),
+            SI->second));
         assert(Params.back());
       }
 
-      if (ArgIndices.size() == 1 && ArgIndices.begin()->empty())
+      if (ArgIndices.size() == 1 && ArgIndices.begin()->second.empty())
         ++NumArgumentsPromoted;
       else
         ++NumAggregatesPromoted;
@@ -603,7 +721,17 @@ CallGraphNode *ArgPromotion::DoPromotion(Function *F,
   Function *NF = Function::Create(NFTy, F->getLinkage(), F->getName());
   NF->copyAttributesFrom(F);
 
-  
+  // Patch the pointer to LLVM function in debug info descriptor.
+  auto DI = FunctionDIs.find(F);
+  if (DI != FunctionDIs.end()) {
+    DISubprogram *SP = DI->second;
+    SP->replaceFunction(NF);
+    // Ensure the map is updated so it can be reused on subsequent argument
+    // promotions of the same function.
+    FunctionDIs.erase(DI);
+    FunctionDIs[NF] = SP;
+  }
+
   DEBUG(dbgs() << "ARG PROMOTION:  Promoting to:" << *NF << "\n"
         << "From: " << *F);
   
@@ -660,12 +788,11 @@ CallGraphNode *ArgPromotion::DoPromotion(Function *F,
         Type *AgTy = cast<PointerType>(I->getType())->getElementType();
         StructType *STy = cast<StructType>(AgTy);
         Value *Idxs[2] = {
-              ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(F->getContext()), 0), 0 };
+              ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(F->getContext()), 0), nullptr };
         for (unsigned i = 0, e = STy->getNumElements(); i != e; ++i) {
           Idxs[1] = ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(F->getContext()), i);
-          Value *Idx = GetElementPtrInst::Create(*AI, Idxs,
-                                                 (*AI)->getName()+"."+utostr(i),
-                                                 Call);
+          Value *Idx = GetElementPtrInst::Create(
+              STy, *AI, Idxs, (*AI)->getName() + "." + Twine(i), Call);
           // TODO: Tell AA about the new values?
           Args.push_back(new LoadInst(Idx, Idx->getName()+".val", Call));
         }
@@ -678,12 +805,13 @@ CallGraphNode *ArgPromotion::DoPromotion(Function *F,
         for (ScalarizeTable::iterator SI = ArgIndices.begin(),
                E = ArgIndices.end(); SI != E; ++SI) {
           Value *V = *AI;
-          LoadInst *OrigLoad = OriginalLoads[std::make_pair(I, *SI)];
-          if (!SI->empty()) {
-            Ops.reserve(SI->size());
+          LoadInst *OrigLoad = OriginalLoads[std::make_pair(I, SI->second)];
+          if (!SI->second.empty()) {
+            Ops.reserve(SI->second.size());
             Type *ElTy = V->getType();
-            for (IndicesVector::const_iterator II = SI->begin(),
-                 IE = SI->end(); II != IE; ++II) {
+            for (IndicesVector::const_iterator II = SI->second.begin(),
+                                               IE = SI->second.end();
+                 II != IE; ++II) {
               // Use i32 to index structs, and i64 for others (pointers/arrays).
               // This satisfies GEP constraints.
               Type *IdxTy = (ElTy->isStructTy() ?
@@ -694,7 +822,8 @@ CallGraphNode *ArgPromotion::DoPromotion(Function *F,
               ElTy = cast<CompositeType>(ElTy)->getTypeAtIndex(*II);
             }
             // And create a GEP to extract those indices.
-            V = GetElementPtrInst::Create(V, Ops, V->getName()+".idx", Call);
+            V = GetElementPtrInst::Create(SI->first, V, Ops,
+                                          V->getName() + ".idx", Call);
             Ops.clear();
             AA.copyValue(OrigLoad->getOperand(0), V);
           }
@@ -702,9 +831,11 @@ CallGraphNode *ArgPromotion::DoPromotion(Function *F,
           // of the previous load.
           LoadInst *newLoad = new LoadInst(V, V->getName()+".val", Call);
           newLoad->setAlignment(OrigLoad->getAlignment());
-          // Transfer the TBAA info too.
-          newLoad->setMetadata(LLVMContext::MD_tbaa,
-                               OrigLoad->getMetadata(LLVMContext::MD_tbaa));
+          // Transfer the AA info too.
+          AAMDNodes AAInfo;
+          OrigLoad->getAAMetadata(AAInfo);
+          newLoad->setAAMetadata(AAInfo);
+
           Args.push_back(newLoad);
           AA.copyValue(OrigLoad, Args.back());
         }
@@ -740,6 +871,7 @@ CallGraphNode *ArgPromotion::DoPromotion(Function *F,
       if (cast<CallInst>(Call)->isTailCall())
         cast<CallInst>(New)->setTailCall();
     }
+    New->setDebugLoc(Call->getDebugLoc());
     Args.clear();
     AttributesVec.clear();
 
@@ -749,7 +881,7 @@ CallGraphNode *ArgPromotion::DoPromotion(Function *F,
 
     // Update the callgraph to know that the callsite has been transformed.
     CallGraphNode *CalleeNode = CG[Call->getParent()->getParent()];
-    CalleeNode->replaceCallEdge(Call, New, NF_CGN);
+    CalleeNode->replaceCallEdge(CS, CallSite(New), NF_CGN);
 
     if (!Call->use_empty()) {
       Call->replaceAllUsesWith(New);
@@ -788,17 +920,16 @@ CallGraphNode *ArgPromotion::DoPromotion(Function *F,
 
       // Just add all the struct element types.
       Type *AgTy = cast<PointerType>(I->getType())->getElementType();
-      Value *TheAlloca = new AllocaInst(AgTy, 0, "", InsertPt);
+      Value *TheAlloca = new AllocaInst(AgTy, nullptr, "", InsertPt);
       StructType *STy = cast<StructType>(AgTy);
       Value *Idxs[2] = {
-            ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(F->getContext()), 0), 0 };
+            ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(F->getContext()), 0), nullptr };
 
       for (unsigned i = 0, e = STy->getNumElements(); i != e; ++i) {
         Idxs[1] = ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(F->getContext()), i);
-        Value *Idx = 
-          GetElementPtrInst::Create(TheAlloca, Idxs,
-                                    TheAlloca->getName()+"."+Twine(i), 
-                                    InsertPt);
+        Value *Idx = GetElementPtrInst::Create(
+            AgTy, TheAlloca, Idxs, TheAlloca->getName() + "." + Twine(i),
+            InsertPt);
         I2->setName(I->getName()+"."+Twine(i));
         new StoreInst(I2++, Idx, InsertPt);
       }
@@ -831,7 +962,7 @@ CallGraphNode *ArgPromotion::DoPromotion(Function *F,
 
     while (!I->use_empty()) {
       if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I->user_back())) {
-        assert(ArgIndices.begin()->empty() &&
+        assert(ArgIndices.begin()->second.empty() &&
                "Load element should sort to front!");
         I2->setName(I->getName()+".val");
         LI->replaceAllUsesWith(I2);
@@ -853,7 +984,7 @@ CallGraphNode *ArgPromotion::DoPromotion(Function *F,
 
         Function::arg_iterator TheArg = I2;
         for (ScalarizeTable::iterator It = ArgIndices.begin();
-             *It != Operands; ++It, ++TheArg) {
+             It->second != Operands; ++It, ++TheArg) {
           assert(It != ArgIndices.end() && "GEP not handled??");
         }
 
@@ -901,3 +1032,8 @@ CallGraphNode *ArgPromotion::DoPromotion(Function *F,
   
   return NF_CGN;
 }
+
+bool ArgPromotion::doInitialization(CallGraph &CG) {
+  FunctionDIs = makeSubprogramMap(CG.getModule());
+  return CallGraphSCCPass::doInitialization(CG);
+}