When performing return slot optimization, remember to inform memdep when we're removi...
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / Scalar / TailRecursionElimination.cpp
index 0ca5562bae9cdf03a53d286b625e75f2a2914415..5849254374d2ec39ed14bfeea7693d534c5eda2f 100644 (file)
@@ -1,10 +1,10 @@
 //===- TailRecursionElimination.cpp - Eliminate Tail Calls ----------------===//
-// 
+//
 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
 //
-// This file was developed by the LLVM research group and is distributed under
-// the University of Illinois Open Source License. See LICENSE.TXT for details.
-// 
+// This file is distributed under the University of Illinois Open Source
+// License. See LICENSE.TXT for details.
+//
 //===----------------------------------------------------------------------===//
 //
 // This file transforms calls of the current function (self recursion) followed
@@ -25,6 +25,9 @@
 //     unlikely, that the return returns something else (like constant 0), and
 //     can still be TRE'd.  It can be TRE'd if ALL OTHER return instructions in
 //     the function return the exact same value.
+//  4. If it can prove that callees do not access theier caller stack frame,
+//     they are marked as eligible for tail call elimination (by the code
+//     generator).
 //
 // There are several improvements that could be made:
 //
 //     requires some substantial analysis (such as with DSA) to prove safe to
 //     move ahead of the call, but doing so could allow many more TREs to be
 //     performed, for example in TreeAdd/TreeAlloc from the treeadd benchmark.
+//  4. The algorithm we use to detect if callees access their caller stack
+//     frames is very primitive.
 //
 //===----------------------------------------------------------------------===//
 
+#define DEBUG_TYPE "tailcallelim"
 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
+#include "llvm/Constants.h"
 #include "llvm/DerivedTypes.h"
 #include "llvm/Function.h"
 #include "llvm/Instructions.h"
 #include "llvm/Pass.h"
 #include "llvm/Support/CFG.h"
-#include "Support/Statistic.h"
+#include "llvm/ADT/Statistic.h"
+#include "llvm/Support/Compiler.h"
 using namespace llvm;
 
+STATISTIC(NumEliminated, "Number of tail calls removed");
+STATISTIC(NumAccumAdded, "Number of accumulators introduced");
+
 namespace {
-  Statistic<> NumEliminated("tailcallelim", "Number of tail calls removed");
-  Statistic<> NumAccumAdded("tailcallelim","Number of accumulators introduced");
+  struct VISIBILITY_HIDDEN TailCallElim : public FunctionPass {
+    static char ID; // Pass identification, replacement for typeid
+    TailCallElim() : FunctionPass((intptr_t)&ID) {}
 
-  struct TailCallElim : public FunctionPass {
     virtual bool runOnFunction(Function &F);
 
   private:
     bool ProcessReturningBlock(ReturnInst *RI, BasicBlock *&OldEntry,
-                               std::vector<PHINode*> &ArgumentPHIs);
+                               bool &TailCallsAreMarkedTail,
+                               std::vector<PHINode*> &ArgumentPHIs,
+                               bool CannotTailCallElimCallsMarkedTail);
     bool CanMoveAboveCall(Instruction *I, CallInst *CI);
     Value *CanTransformAccumulatorRecursion(Instruction *I, CallInst *CI);
   };
-  RegisterOpt<TailCallElim> X("tailcallelim", "Tail Call Elimination");
+  char TailCallElim::ID = 0;
+  RegisterPass<TailCallElim> X("tailcallelim", "Tail Call Elimination");
 }
 
 // Public interface to the TailCallElimination pass
@@ -76,50 +90,103 @@ FunctionPass *llvm::createTailCallEliminationPass() {
 }
 
 
+/// AllocaMightEscapeToCalls - Return true if this alloca may be accessed by
+/// callees of this function.  We only do very simple analysis right now, this
+/// could be expanded in the future to use mod/ref information for particular
+/// call sites if desired.
+static bool AllocaMightEscapeToCalls(AllocaInst *AI) {
+  // FIXME: do simple 'address taken' analysis.
+  return true;
+}
+
+/// FunctionContainsAllocas - Scan the specified basic block for alloca
+/// instructions.  If it contains any that might be accessed by calls, return
+/// true.
+static bool CheckForEscapingAllocas(BasicBlock *BB,
+                                    bool &CannotTCETailMarkedCall) {
+  bool RetVal = false;
+  for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(), E = BB->end(); I != E; ++I)
+    if (AllocaInst *AI = dyn_cast<AllocaInst>(I)) {
+      RetVal |= AllocaMightEscapeToCalls(AI);
+
+      // If this alloca is in the body of the function, or if it is a variable
+      // sized allocation, we cannot tail call eliminate calls marked 'tail'
+      // with this mechanism.
+      if (BB != &BB->getParent()->getEntryBlock() ||
+          !isa<ConstantInt>(AI->getArraySize()))
+        CannotTCETailMarkedCall = true;
+    }
+  return RetVal;
+}
+
 bool TailCallElim::runOnFunction(Function &F) {
   // If this function is a varargs function, we won't be able to PHI the args
   // right, so don't even try to convert it...
   if (F.getFunctionType()->isVarArg()) return false;
 
   BasicBlock *OldEntry = 0;
+  bool TailCallsAreMarkedTail = false;
   std::vector<PHINode*> ArgumentPHIs;
   bool MadeChange = false;
 
-  // Loop over the function, looking for any returning blocks...
+  bool FunctionContainsEscapingAllocas = false;
+
+  // CannotTCETailMarkedCall - If true, we cannot perform TCE on tail calls
+  // marked with the 'tail' attribute, because doing so would cause the stack
+  // size to increase (real TCE would deallocate variable sized allocas, TCE
+  // doesn't).
+  bool CannotTCETailMarkedCall = false;
+
+  // Loop over the function, looking for any returning blocks, and keeping track
+  // of whether this function has any non-trivially used allocas.
+  for (Function::iterator BB = F.begin(), E = F.end(); BB != E; ++BB) {
+    if (FunctionContainsEscapingAllocas && CannotTCETailMarkedCall)
+      break;
+
+    FunctionContainsEscapingAllocas |=
+      CheckForEscapingAllocas(BB, CannotTCETailMarkedCall);
+  }
+  
+  /// FIXME: The code generator produces really bad code when an 'escaping
+  /// alloca' is changed from being a static alloca to being a dynamic alloca.
+  /// Until this is resolved, disable this transformation if that would ever
+  /// happen.  This bug is PR962.
+  if (FunctionContainsEscapingAllocas)
+    return false;
+  
+
+  // Second pass, change any tail calls to loops.
   for (Function::iterator BB = F.begin(), E = F.end(); BB != E; ++BB)
     if (ReturnInst *Ret = dyn_cast<ReturnInst>(BB->getTerminator()))
-      MadeChange |= ProcessReturningBlock(Ret, OldEntry, ArgumentPHIs);
-  
+      MadeChange |= ProcessReturningBlock(Ret, OldEntry, TailCallsAreMarkedTail,
+                                          ArgumentPHIs,CannotTCETailMarkedCall);
+
   // If we eliminated any tail recursions, it's possible that we inserted some
   // silly PHI nodes which just merge an initial value (the incoming operand)
   // with themselves.  Check to see if we did and clean up our mess if so.  This
   // occurs when a function passes an argument straight through to its tail
   // call.
   if (!ArgumentPHIs.empty()) {
-    unsigned NumIncoming = ArgumentPHIs[0]->getNumIncomingValues();
     for (unsigned i = 0, e = ArgumentPHIs.size(); i != e; ++i) {
       PHINode *PN = ArgumentPHIs[i];
-      Value *V = 0;
-      for (unsigned op = 0, e = NumIncoming; op != e; ++op) {
-        Value *Op = PN->getIncomingValue(op);
-        if (Op != PN) {
-          if (V == 0) {
-            V = Op;     // First value seen?
-          } else if (V != Op) {
-            V = 0;
-            break;
-          }
-        }
-      }
 
       // If the PHI Node is a dynamic constant, replace it with the value it is.
-      if (V) {
-        PN->replaceAllUsesWith(V);
-        PN->getParent()->getInstList().erase(PN);
+      if (Value *PNV = PN->hasConstantValue()) {
+        PN->replaceAllUsesWith(PNV);
+        PN->eraseFromParent();
       }
     }
   }
 
+  // Finally, if this function contains no non-escaping allocas, mark all calls
+  // in the function as eligible for tail calls (there is no stack memory for
+  // them to access).
+  if (!FunctionContainsEscapingAllocas)
+    for (Function::iterator BB = F.begin(), E = F.end(); BB != E; ++BB)
+      for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(), E = BB->end(); I != E; ++I)
+        if (CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(I))
+          CI->setTailCall();
+
   return MadeChange;
 }
 
@@ -161,9 +228,9 @@ static bool isDynamicConstant(Value *V, CallInst *CI) {
     // Figure out which argument number this is...
     unsigned ArgNo = 0;
     Function *F = CI->getParent()->getParent();
-    for (Function::aiterator AI = F->abegin(); &*AI != Arg; ++AI)
+    for (Function::arg_iterator AI = F->arg_begin(); &*AI != Arg; ++AI)
       ++ArgNo;
-    
+
     // If we are passing this argument into call as the corresponding
     // argument operand, then the argument is dynamically constant.
     // Otherwise, we cannot transform this function safely.
@@ -227,12 +294,23 @@ Value *TailCallElim::CanTransformAccumulatorRecursion(Instruction *I,
 }
 
 bool TailCallElim::ProcessReturningBlock(ReturnInst *Ret, BasicBlock *&OldEntry,
-                                         std::vector<PHINode*> &ArgumentPHIs) {
+                                         bool &TailCallsAreMarkedTail,
+                                         std::vector<PHINode*> &ArgumentPHIs,
+                                       bool CannotTailCallElimCallsMarkedTail) {
   BasicBlock *BB = Ret->getParent();
   Function *F = BB->getParent();
 
   if (&BB->front() == Ret) // Make sure there is something before the ret...
     return false;
+  
+  // If the return is in the entry block, then making this transformation would
+  // turn infinite recursion into an infinite loop.  This transformation is ok
+  // in theory, but breaks some code like:
+  //   double fabs(double f) { return __builtin_fabs(f); } // a 'fabs' call
+  // disable this xform in this case, because the code generator will lower the
+  // call to fabs into inline code.
+  if (BB == &F->getEntryBlock())
+    return false;
 
   // Scan backwards from the return, checking to see if there is a tail call in
   // this block.  If so, set CI to it.
@@ -248,6 +326,11 @@ bool TailCallElim::ProcessReturningBlock(ReturnInst *Ret, BasicBlock *&OldEntry,
     --BBI;
   }
 
+  // If this call is marked as a tail call, and if there are dynamic allocas in
+  // the function, we cannot perform this optimization.
+  if (CI->isTailCall() && CannotTailCallElimCallsMarkedTail)
+    return false;
+
   // If we are introducing accumulator recursion to eliminate associative
   // operations after the call instruction, this variable contains the initial
   // value for the accumulator.  If this value is set, we actually perform
@@ -281,6 +364,7 @@ bool TailCallElim::ProcessReturningBlock(ReturnInst *Ret, BasicBlock *&OldEntry,
   // constant, return the value returned by the tail call, or that are being
   // accumulator recursion variable eliminated.
   if (Ret->getNumOperands() != 0 && Ret->getReturnValue() != CI &&
+      !isa<UndefValue>(Ret->getReturnValue()) &&
       AccumulatorRecursionEliminationInitVal == 0 &&
       !getCommonReturnValue(Ret, CI))
     return false;
@@ -289,29 +373,51 @@ bool TailCallElim::ProcessReturningBlock(ReturnInst *Ret, BasicBlock *&OldEntry,
   // create the new entry block, allowing us to branch back to the old entry.
   if (OldEntry == 0) {
     OldEntry = &F->getEntryBlock();
-    std::string OldName = OldEntry->getName(); OldEntry->setName("tailrecurse");
-    BasicBlock *NewEntry = new BasicBlock(OldName, F, OldEntry);
+    BasicBlock *NewEntry = new BasicBlock("", F, OldEntry);
+    NewEntry->takeName(OldEntry);
+    OldEntry->setName("tailrecurse");
     new BranchInst(OldEntry, NewEntry);
-    
+
+    // If this tail call is marked 'tail' and if there are any allocas in the
+    // entry block, move them up to the new entry block.
+    TailCallsAreMarkedTail = CI->isTailCall();
+    if (TailCallsAreMarkedTail)
+      // Move all fixed sized allocas from OldEntry to NewEntry.
+      for (BasicBlock::iterator OEBI = OldEntry->begin(), E = OldEntry->end(),
+             NEBI = NewEntry->begin(); OEBI != E; )
+        if (AllocaInst *AI = dyn_cast<AllocaInst>(OEBI++))
+          if (isa<ConstantInt>(AI->getArraySize()))
+            AI->moveBefore(NEBI);
+
     // Now that we have created a new block, which jumps to the entry
     // block, insert a PHI node for each argument of the function.
     // For now, we initialize each PHI to only have the real arguments
     // which are passed in.
     Instruction *InsertPos = OldEntry->begin();
-    for (Function::aiterator I = F->abegin(), E = F->aend(); I != E; ++I) {
+    for (Function::arg_iterator I = F->arg_begin(), E = F->arg_end();
+         I != E; ++I) {
       PHINode *PN = new PHINode(I->getType(), I->getName()+".tr", InsertPos);
       I->replaceAllUsesWith(PN); // Everyone use the PHI node now!
       PN->addIncoming(I, NewEntry);
       ArgumentPHIs.push_back(PN);
     }
   }
-  
+
+  // If this function has self recursive calls in the tail position where some
+  // are marked tail and some are not, only transform one flavor or another.  We
+  // have to choose whether we move allocas in the entry block to the new entry
+  // block or not, so we can't make a good choice for both.  NOTE: We could do
+  // slightly better here in the case that the function has no entry block
+  // allocas.
+  if (TailCallsAreMarkedTail && !CI->isTailCall())
+    return false;
+
   // Ok, now that we know we have a pseudo-entry block WITH all of the
   // required PHI nodes, add entries into the PHI node for the actual
   // parameters passed into the tail-recursive call.
   for (unsigned i = 0, e = CI->getNumOperands()-1; i != e; ++i)
     ArgumentPHIs[i]->addIncoming(CI->getOperand(i+1), BB);
-  
+
   // If we are introducing an accumulator variable to eliminate the recursion,
   // do so now.  Note that we _know_ that no subsequent tail recursion
   // eliminations will happen on this function because of the way the