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[oota-llvm.git] / lib / Transforms / IPO / FunctionAttrs.cpp
index 52be0c906e1d09e1ec1b498efb914fa3224f9fee..95decec0f874c5e3bb23bd36dc557b0bd885d133 100644 (file)
@@ -9,8 +9,12 @@
 //
 // This file implements a simple interprocedural pass which walks the
 // call-graph, looking for functions which do not access or only read
-// non-local memory, and marking them readnone/readonly.  It implements
-// this as a bottom-up traversal of the call-graph.
+// non-local memory, and marking them readnone/readonly.  In addition,
+// it marks function arguments (of pointer type) 'nocapture' if a call
+// to the function does not create any copies of the pointer value that
+// outlive the call.  This more or less means that the pointer is only
+// dereferenced, and not returned from the function or stored in a global.
+// This pass is implemented as a bottom-up traversal of the call-graph.
 //
 //===----------------------------------------------------------------------===//
 
 #include "llvm/Transforms/IPO.h"
 #include "llvm/CallGraphSCCPass.h"
 #include "llvm/GlobalVariable.h"
-#include "llvm/Instructions.h"
+#include "llvm/IntrinsicInst.h"
+#include "llvm/LLVMContext.h"
+#include "llvm/Analysis/AliasAnalysis.h"
 #include "llvm/Analysis/CallGraph.h"
-#include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
+#include "llvm/Analysis/CaptureTracking.h"
+#include "llvm/ADT/SmallSet.h"
 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
-#include "llvm/Support/Compiler.h"
+#include "llvm/ADT/UniqueVector.h"
 #include "llvm/Support/InstIterator.h"
 using namespace llvm;
 
 STATISTIC(NumReadNone, "Number of functions marked readnone");
 STATISTIC(NumReadOnly, "Number of functions marked readonly");
 STATISTIC(NumNoCapture, "Number of arguments marked nocapture");
+STATISTIC(NumNoAlias, "Number of function returns marked noalias");
 
 namespace {
-  struct VISIBILITY_HIDDEN FunctionAttrs : public CallGraphSCCPass {
+  struct FunctionAttrs : public CallGraphSCCPass {
     static char ID; // Pass identification, replacement for typeid
-    FunctionAttrs() : CallGraphSCCPass(&ID) {}
+    FunctionAttrs() : CallGraphSCCPass(ID), AA(0) {
+      initializeFunctionAttrsPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
+    }
 
     // runOnSCC - Analyze the SCC, performing the transformation if possible.
-    bool runOnSCC(const std::vector<CallGraphNode *> &SCC);
+    bool runOnSCC(CallGraphSCC &SCC);
 
     // AddReadAttrs - Deduce readonly/readnone attributes for the SCC.
-    bool AddReadAttrs(const std::vector<CallGraphNode *> &SCC);
+    bool AddReadAttrs(const CallGraphSCC &SCC);
 
     // AddNoCaptureAttrs - Deduce nocapture attributes for the SCC.
-    bool AddNoCaptureAttrs(const std::vector<CallGraphNode *> &SCC);
+    bool AddNoCaptureAttrs(const CallGraphSCC &SCC);
+
+    // IsFunctionMallocLike - Does this function allocate new memory?
+    bool IsFunctionMallocLike(Function *F,
+                              SmallPtrSet<Function*, 8> &) const;
 
-    // isCaptured - Returns whether this pointer value is captured.
-    bool isCaptured(Function &F, Value *V);
+    // AddNoAliasAttrs - Deduce noalias attributes for the SCC.
+    bool AddNoAliasAttrs(const CallGraphSCC &SCC);
 
     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
       AU.setPreservesCFG();
+      AU.addRequired<AliasAnalysis>();
       CallGraphSCCPass::getAnalysisUsage(AU);
     }
 
-    bool PointsToLocalMemory(Value *V);
+  private:
+    AliasAnalysis *AA;
   };
 }
 
 char FunctionAttrs::ID = 0;
-static RegisterPass<FunctionAttrs>
-X("functionattrs", "Deduce function attributes");
+INITIALIZE_PASS_BEGIN(FunctionAttrs, "functionattrs",
+                "Deduce function attributes", false, false)
+INITIALIZE_AG_DEPENDENCY(CallGraph)
+INITIALIZE_PASS_END(FunctionAttrs, "functionattrs",
+                "Deduce function attributes", false, false)
 
 Pass *llvm::createFunctionAttrsPass() { return new FunctionAttrs(); }
 
 
-/// PointsToLocalMemory - Returns whether the given pointer value points to
-/// memory that is local to the function.  Global constants are considered
-/// local to all functions.
-bool FunctionAttrs::PointsToLocalMemory(Value *V) {
-  V = V->getUnderlyingObject();
-  // An alloca instruction defines local memory.
-  if (isa<AllocaInst>(V))
-    return true;
-  // A global constant counts as local memory for our purposes.
-  if (GlobalVariable *GV = dyn_cast<GlobalVariable>(V))
-    return GV->isConstant();
-  // Could look through phi nodes and selects here, but it doesn't seem
-  // to be useful in practice.
-  return false;
-}
-
 /// AddReadAttrs - Deduce readonly/readnone attributes for the SCC.
-bool FunctionAttrs::AddReadAttrs(const std::vector<CallGraphNode *> &SCC) {
-  SmallPtrSet<CallGraphNode*, 8> SCCNodes;
-  CallGraph &CG = getAnalysis<CallGraph>();
+bool FunctionAttrs::AddReadAttrs(const CallGraphSCC &SCC) {
+  SmallPtrSet<Function*, 8> SCCNodes;
 
   // Fill SCCNodes with the elements of the SCC.  Used for quickly
   // looking up whether a given CallGraphNode is in this SCC.
-  for (unsigned i = 0, e = SCC.size(); i != e; ++i)
-    SCCNodes.insert(SCC[i]);
+  for (CallGraphSCC::iterator I = SCC.begin(), E = SCC.end(); I != E; ++I)
+    SCCNodes.insert((*I)->getFunction());
 
   // Check if any of the functions in the SCC read or write memory.  If they
   // write memory then they can't be marked readnone or readonly.
   bool ReadsMemory = false;
-  for (unsigned i = 0, e = SCC.size(); i != e; ++i) {
-    Function *F = SCC[i]->getFunction();
+  for (CallGraphSCC::iterator I = SCC.begin(), E = SCC.end(); I != E; ++I) {
+    Function *F = (*I)->getFunction();
 
     if (F == 0)
       // External node - may write memory.  Just give up.
       return false;
 
-    if (F->doesNotAccessMemory())
+    AliasAnalysis::ModRefBehavior MRB = AA->getModRefBehavior(F);
+    if (MRB == AliasAnalysis::DoesNotAccessMemory)
       // Already perfect!
       continue;
 
     // Definitions with weak linkage may be overridden at linktime with
     // something that writes memory, so treat them like declarations.
     if (F->isDeclaration() || F->mayBeOverridden()) {
-      if (!F->onlyReadsMemory())
+      if (!AliasAnalysis::onlyReadsMemory(MRB))
         // May write memory.  Just give up.
         return false;
 
@@ -120,18 +123,63 @@ bool FunctionAttrs::AddReadAttrs(const std::vector<CallGraphNode *> &SCC) {
 
       // Some instructions can be ignored even if they read or write memory.
       // Detect these now, skipping to the next instruction if one is found.
-      CallSite CS = CallSite::get(I);
-      if (CS.getInstruction()) {
+      CallSite CS(cast<Value>(I));
+      if (CS) {
         // Ignore calls to functions in the same SCC.
-        if (SCCNodes.count(CG[CS.getCalledFunction()]))
+        if (CS.getCalledFunction() && SCCNodes.count(CS.getCalledFunction()))
           continue;
-      } else if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I)) {
-        // Ignore loads from local memory.
-        if (PointsToLocalMemory(LI->getPointerOperand()))
+        AliasAnalysis::ModRefBehavior MRB = AA->getModRefBehavior(CS);
+        // If the call doesn't access arbitrary memory, we may be able to
+        // figure out something.
+        if (AliasAnalysis::onlyAccessesArgPointees(MRB)) {
+          // If the call does access argument pointees, check each argument.
+          if (AliasAnalysis::doesAccessArgPointees(MRB))
+            // Check whether all pointer arguments point to local memory, and
+            // ignore calls that only access local memory.
+            for (CallSite::arg_iterator CI = CS.arg_begin(), CE = CS.arg_end();
+                 CI != CE; ++CI) {
+              Value *Arg = *CI;
+              if (Arg->getType()->isPointerTy()) {
+                AliasAnalysis::Location Loc(Arg,
+                                            AliasAnalysis::UnknownSize,
+                                            I->getMetadata(LLVMContext::MD_tbaa));
+                if (!AA->pointsToConstantMemory(Loc, /*OrLocal=*/true)) {
+                  if (MRB & AliasAnalysis::Mod)
+                    // Writes non-local memory.  Give up.
+                    return false;
+                  if (MRB & AliasAnalysis::Ref)
+                    // Ok, it reads non-local memory.
+                    ReadsMemory = true;
+                }
+              }
+            }
           continue;
+        }
+        // The call could access any memory. If that includes writes, give up.
+        if (MRB & AliasAnalysis::Mod)
+          return false;
+        // If it reads, note it.
+        if (MRB & AliasAnalysis::Ref)
+          ReadsMemory = true;
+        continue;
+      } else if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I)) {
+        // Ignore non-volatile loads from local memory.
+        if (!LI->isVolatile()) {
+          AliasAnalysis::Location Loc = AA->getLocation(LI);
+          if (AA->pointsToConstantMemory(Loc, /*OrLocal=*/true))
+            continue;
+        }
       } else if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(I)) {
-        // Ignore stores to local memory.
-        if (PointsToLocalMemory(SI->getPointerOperand()))
+        // Ignore non-volatile stores to local memory.
+        if (!SI->isVolatile()) {
+          AliasAnalysis::Location Loc = AA->getLocation(SI);
+          if (AA->pointsToConstantMemory(Loc, /*OrLocal=*/true))
+            continue;
+        }
+      } else if (VAArgInst *VI = dyn_cast<VAArgInst>(I)) {
+        // Ignore vaargs on local memory.
+        AliasAnalysis::Location Loc = AA->getLocation(VI);
+        if (AA->pointsToConstantMemory(Loc, /*OrLocal=*/true))
           continue;
       }
 
@@ -140,6 +188,7 @@ bool FunctionAttrs::AddReadAttrs(const std::vector<CallGraphNode *> &SCC) {
       if (I->mayWriteToMemory())
         // Writes memory.  Just give up.
         return false;
+
       // If this instruction may read memory, remember that.
       ReadsMemory |= I->mayReadFromMemory();
     }
@@ -148,8 +197,8 @@ bool FunctionAttrs::AddReadAttrs(const std::vector<CallGraphNode *> &SCC) {
   // Success!  Functions in this SCC do not access memory, or only read memory.
   // Give them the appropriate attribute.
   bool MadeChange = false;
-  for (unsigned i = 0, e = SCC.size(); i != e; ++i) {
-    Function *F = SCC[i]->getFunction();
+  for (CallGraphSCC::iterator I = SCC.begin(), E = SCC.end(); I != E; ++I) {
+    Function *F = (*I)->getFunction();
 
     if (F->doesNotAccessMemory())
       // Already perfect!
@@ -168,119 +217,164 @@ bool FunctionAttrs::AddReadAttrs(const std::vector<CallGraphNode *> &SCC) {
     F->addAttribute(~0, ReadsMemory? Attribute::ReadOnly : Attribute::ReadNone);
 
     if (ReadsMemory)
-      NumReadOnly++;
+      ++NumReadOnly;
     else
-      NumReadNone++;
+      ++NumReadNone;
   }
 
   return MadeChange;
 }
 
-/// isCaptured - Returns whether this pointer value is captured.
-bool FunctionAttrs::isCaptured(Function &F, Value *V) {
-  SmallVector<Use*, 16> Worklist;
-  SmallPtrSet<Use*, 16> Visited;
-
-  for (Value::use_iterator UI = V->use_begin(), UE = V->use_end(); UI != UE;
-       ++UI) {
-    Use *U = &UI.getUse();
-    Visited.insert(U);
-    Worklist.push_back(U);
-  }
+/// AddNoCaptureAttrs - Deduce nocapture attributes for the SCC.
+bool FunctionAttrs::AddNoCaptureAttrs(const CallGraphSCC &SCC) {
+  bool Changed = false;
 
-  while (!Worklist.empty()) {
-    Use *U = Worklist.pop_back_val();
-    Instruction *I = cast<Instruction>(U->getUser());
-    V = U->get();
+  // Check each function in turn, determining which pointer arguments are not
+  // captured.
+  for (CallGraphSCC::iterator I = SCC.begin(), E = SCC.end(); I != E; ++I) {
+    Function *F = (*I)->getFunction();
 
-    if (isa<LoadInst>(I)) {
-      // Loading a pointer does not cause it to escape.
+    if (F == 0)
+      // External node - skip it;
       continue;
-    }
 
-    if (isa<StoreInst>(I)) {
-      if (V == I->getOperand(0))
-        // Stored the pointer - escapes.  TODO: improve this.
-        return true;
-      // Storing to the pointee does not cause the pointer to escape.
+    // Definitions with weak linkage may be overridden at linktime with
+    // something that writes memory, so treat them like declarations.
+    if (F->isDeclaration() || F->mayBeOverridden())
       continue;
-    }
 
-    CallSite CS = CallSite::get(I);
-    if (CS.getInstruction()) {
-      // Does not escape if only passed via 'nocapture' arguments.  Note
-      // that calling a function pointer does not in itself cause that
-      // function pointer to escape.  This is a subtle point considering
-      // that (for example) the callee might return its own address.  It
-      // is analogous to saying that loading a value from a pointer does
-      // not cause the pointer to escape, even though the loaded value
-      // might be the pointer itself (think of self-referential objects).
-      CallSite::arg_iterator B = CS.arg_begin(), E = CS.arg_end();
-      for (CallSite::arg_iterator A = B; A != E; ++A)
-        if (A->get() == V && !CS.paramHasAttr(A-B+1, Attribute::NoCapture))
-          // The parameter is not marked 'nocapture' - escapes.
-          return true;
-      // Only passed via 'nocapture' arguments, or is the called function.
-      // Does not escape.
+    for (Function::arg_iterator A = F->arg_begin(), E = F->arg_end(); A!=E; ++A)
+      if (A->getType()->isPointerTy() && !A->hasNoCaptureAttr() &&
+          !PointerMayBeCaptured(A, true, /*StoreCaptures=*/false)) {
+        A->addAttr(Attribute::NoCapture);
+        ++NumNoCapture;
+        Changed = true;
+      }
+  }
+
+  return Changed;
+}
+
+/// IsFunctionMallocLike - A function is malloc-like if it returns either null
+/// or a pointer that doesn't alias any other pointer visible to the caller.
+bool FunctionAttrs::IsFunctionMallocLike(Function *F,
+                              SmallPtrSet<Function*, 8> &SCCNodes) const {
+  UniqueVector<Value *> FlowsToReturn;
+  for (Function::iterator I = F->begin(), E = F->end(); I != E; ++I)
+    if (ReturnInst *Ret = dyn_cast<ReturnInst>(I->getTerminator()))
+      FlowsToReturn.insert(Ret->getReturnValue());
+
+  for (unsigned i = 0; i != FlowsToReturn.size(); ++i) {
+    Value *RetVal = FlowsToReturn[i+1];   // UniqueVector[0] is reserved.
+
+    if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(RetVal)) {
+      if (!C->isNullValue() && !isa<UndefValue>(C))
+        return false;
+
       continue;
     }
 
-    if (isa<BitCastInst>(I) || isa<GetElementPtrInst>(I) ||
-        isa<PHINode>(I) || isa<SelectInst>(I)) {
-      // Type conversion, calculating an offset, or merging values.
-      // The original value does not escape via this if the new value doesn't.
-      // Note that in the case of a select instruction it is important that
-      // the value not be used as the condition, since otherwise one bit of
-      // information might escape.  It cannot be the condition because it has
-      // the wrong type.
-      for (Instruction::use_iterator UI = I->use_begin(), UE = I->use_end();
-           UI != UE; ++UI) {
-        Use *U = &UI.getUse();
-        if (Visited.insert(U))
-          Worklist.push_back(U);
+    if (isa<Argument>(RetVal))
+      return false;
+
+    if (Instruction *RVI = dyn_cast<Instruction>(RetVal))
+      switch (RVI->getOpcode()) {
+        // Extend the analysis by looking upwards.
+        case Instruction::BitCast:
+        case Instruction::GetElementPtr:
+          FlowsToReturn.insert(RVI->getOperand(0));
+          continue;
+        case Instruction::Select: {
+          SelectInst *SI = cast<SelectInst>(RVI);
+          FlowsToReturn.insert(SI->getTrueValue());
+          FlowsToReturn.insert(SI->getFalseValue());
+          continue;
+        }
+        case Instruction::PHI: {
+          PHINode *PN = cast<PHINode>(RVI);
+          for (int i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
+            FlowsToReturn.insert(PN->getIncomingValue(i));
+          continue;
+        }
+
+        // Check whether the pointer came from an allocation.
+        case Instruction::Alloca:
+          break;
+        case Instruction::Call:
+        case Instruction::Invoke: {
+          CallSite CS(RVI);
+          if (CS.paramHasAttr(0, Attribute::NoAlias))
+            break;
+          if (CS.getCalledFunction() &&
+              SCCNodes.count(CS.getCalledFunction()))
+            break;
+        } // fall-through
+        default:
+          return false;  // Did not come from an allocation.
       }
-      continue;
-    }
 
-    // Something else - be conservative and say it escapes.
-    return true;
+    if (PointerMayBeCaptured(RetVal, false, /*StoreCaptures=*/false))
+      return false;
   }
 
-  return false;
+  return true;
 }
 
-/// AddNoCaptureAttrs - Deduce nocapture attributes for the SCC.
-bool FunctionAttrs::AddNoCaptureAttrs(const std::vector<CallGraphNode *> &SCC) {
-  bool Changed = false;
+/// AddNoAliasAttrs - Deduce noalias attributes for the SCC.
+bool FunctionAttrs::AddNoAliasAttrs(const CallGraphSCC &SCC) {
+  SmallPtrSet<Function*, 8> SCCNodes;
 
-  // Check each function in turn, determining which pointer arguments are not
-  // captured.
-  for (unsigned i = 0, e = SCC.size(); i != e; ++i) {
-    Function *F = SCC[i]->getFunction();
+  // Fill SCCNodes with the elements of the SCC.  Used for quickly
+  // looking up whether a given CallGraphNode is in this SCC.
+  for (CallGraphSCC::iterator I = SCC.begin(), E = SCC.end(); I != E; ++I)
+    SCCNodes.insert((*I)->getFunction());
+
+  // Check each function in turn, determining which functions return noalias
+  // pointers.
+  for (CallGraphSCC::iterator I = SCC.begin(), E = SCC.end(); I != E; ++I) {
+    Function *F = (*I)->getFunction();
 
     if (F == 0)
       // External node - skip it;
+      return false;
+
+    // Already noalias.
+    if (F->doesNotAlias(0))
       continue;
 
-    // Definitions with weak linkage may be overridden at linktime with
-    // something that writes memory, so treat them like declarations.
+    // Definitions with weak linkage may be overridden at linktime, so
+    // treat them like declarations.
     if (F->isDeclaration() || F->mayBeOverridden())
+      return false;
+
+    // We annotate noalias return values, which are only applicable to 
+    // pointer types.
+    if (!F->getReturnType()->isPointerTy())
       continue;
 
-    for (Function::arg_iterator A = F->arg_begin(), E = F->arg_end(); A!=E; ++A)
-      if (isa<PointerType>(A->getType()) && !A->hasNoCaptureAttr() &&
-          !isCaptured(*F, A)) {
-        A->addAttr(Attribute::NoCapture);
-        NumNoCapture++;
-        Changed = true;
-      }
+    if (!IsFunctionMallocLike(F, SCCNodes))
+      return false;
   }
 
-  return Changed;
+  bool MadeChange = false;
+  for (CallGraphSCC::iterator I = SCC.begin(), E = SCC.end(); I != E; ++I) {
+    Function *F = (*I)->getFunction();
+    if (F->doesNotAlias(0) || !F->getReturnType()->isPointerTy())
+      continue;
+
+    F->setDoesNotAlias(0);
+    ++NumNoAlias;
+    MadeChange = true;
+  }
+
+  return MadeChange;
 }
 
-bool FunctionAttrs::runOnSCC(const std::vector<CallGraphNode *> &SCC) {
+bool FunctionAttrs::runOnSCC(CallGraphSCC &SCC) {
+  AA = &getAnalysis<AliasAnalysis>();
+
   bool Changed = AddReadAttrs(SCC);
   Changed |= AddNoCaptureAttrs(SCC);
+  Changed |= AddNoAliasAttrs(SCC);
   return Changed;
 }