Implement the -lowergc pass which is used by code generators (like the CBE)
authorChris Lattner <sabre@nondot.org>
Sun, 23 May 2004 21:19:22 +0000 (21:19 +0000)
committerChris Lattner <sabre@nondot.org>
Sun, 23 May 2004 21:19:22 +0000 (21:19 +0000)
that do not have builtin support for garbage collection.

git-svn-id: https://llvm.org/svn/llvm-project/llvm/trunk@13688 91177308-0d34-0410-b5e6-96231b3b80d8

lib/Transforms/Scalar/LowerGC.cpp [new file with mode: 0644]

diff --git a/lib/Transforms/Scalar/LowerGC.cpp b/lib/Transforms/Scalar/LowerGC.cpp
new file mode 100644 (file)
index 0000000..127b4c3
--- /dev/null
@@ -0,0 +1,326 @@
+//===-- LowerGC.cpp - Provide GC support for targets that don't -----------===//
+//
+//                     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 implements lowering for the llvm.gc* intrinsics for targets that do
+// not natively support them (which includes the C backend).  Note that the code
+// generated is not as efficient as it would be for targets that natively
+// support the GC intrinsics, but it is useful for getting new targets
+// up-and-running quickly.
+//
+// This pass implements the code transformation described in this paper:
+//   "Accurate Garbage Collection in an Uncooperative Environment"
+//   Fergus Hendersen, ISMM, 2002
+//
+//===----------------------------------------------------------------------===//
+
+#define DEBUG_TYPE "lowergc"
+#include "llvm/Transforms/Scalar.h"
+#include "llvm/Constants.h"
+#include "llvm/DerivedTypes.h"
+#include "llvm/Instructions.h"
+#include "llvm/Module.h"
+#include "llvm/Pass.h"
+#include "llvm/Transforms/Utils/Cloning.h"
+using namespace llvm;
+
+namespace {
+  class LowerGC : public FunctionPass {
+    /// GCRootInt, GCReadInt, GCWriteInt - The function prototypes for the
+    /// llvm.gcread/llvm.gcwrite/llvm.gcroot intrinsics.
+    Function *GCRootInt, *GCReadInt, *GCWriteInt;
+
+    /// GCRead/GCWrite - These are the functions provided by the garbage
+    /// collector for read/write barriers.
+    Function *GCRead, *GCWrite;
+
+    /// RootChain - This is the global linked-list that contains the chain of GC
+    /// roots.
+    GlobalVariable *RootChain;
+
+    /// MainRootRecordType - This is the type for a function root entry if it
+    /// had zero roots.
+    const Type *MainRootRecordType;
+  public:
+    LowerGC() : GCRootInt(0), GCReadInt(0), GCWriteInt(0), 
+                GCRead(0), GCWrite(0), RootChain(0), MainRootRecordType(0) {}
+    virtual bool doInitialization(Module &M);
+    virtual bool runOnFunction(Function &F);
+
+  private:
+    const StructType *getRootRecordType(unsigned NumRoots);
+  };
+
+  RegisterOpt<LowerGC>
+  X("lowergc", "Lower GC intrinsics, for GCless code generators");
+}
+
+/// createLowerGCPass - This function returns an instance of the "lowergc"
+/// pass, which lowers garbage collection intrinsics to normal LLVM code.
+FunctionPass *llvm::createLowerGCPass() {
+  return new LowerGC();
+}
+
+/// getRootRecordType - This function creates and returns the type for a root
+/// record containing 'NumRoots' roots.
+const StructType *LowerGC::getRootRecordType(unsigned NumRoots) {
+  // Build a struct that is a type used for meta-data/root pairs.
+  std::vector<const Type *> ST;
+  ST.push_back(GCRootInt->getFunctionType()->getParamType(0));
+  ST.push_back(GCRootInt->getFunctionType()->getParamType(1));
+  StructType *PairTy = StructType::get(ST);
+
+  // Build the array of pairs.
+  ArrayType *PairArrTy = ArrayType::get(PairTy, NumRoots);
+
+  // Now build the recursive list type.
+  PATypeHolder RootListH =
+    MainRootRecordType ? (Type*)MainRootRecordType : (Type*)OpaqueType::get();
+  ST.clear();
+  ST.push_back(PointerType::get(RootListH));         // Prev pointer
+  ST.push_back(Type::UIntTy);                        // NumElements in array
+  ST.push_back(PairArrTy);                           // The pairs
+  StructType *RootList = StructType::get(ST);
+  if (MainRootRecordType)
+    return RootList;
+
+  assert(NumRoots == 0 && "The main struct type should have zero entries!");
+  cast<OpaqueType>((Type*)RootListH.get())->refineAbstractTypeTo(RootList);
+  MainRootRecordType = RootListH;
+  return cast<StructType>(RootListH.get());
+}
+
+/// doInitialization - If this module uses the GC intrinsics, find them now.  If
+/// not, this pass does not do anything.
+bool LowerGC::doInitialization(Module &M) {
+  GCRootInt  = M.getNamedFunction("llvm.gcroot");
+  GCReadInt  = M.getNamedFunction("llvm.gcread");
+  GCWriteInt = M.getNamedFunction("llvm.gcwrite");
+  if (!GCRootInt && !GCReadInt && !GCWriteInt) return false;
+
+  PointerType *VoidPtr = PointerType::get(Type::SByteTy);
+  PointerType *VoidPtrPtr = PointerType::get(VoidPtr);
+
+  // If the program is using read/write barriers, find the implementations of
+  // them from the GC runtime library.
+  if (GCReadInt)        // Make:  sbyte* %llvm_gc_read(sbyte**)
+    GCRead = M.getOrInsertFunction("llvm_gc_read", VoidPtr, VoidPtrPtr, 0);
+  if (GCWriteInt)       // Make:  void %llvm_gc_write(sbyte*, sbyte**)
+    GCWrite = M.getOrInsertFunction("llvm_gc_write", Type::VoidTy,
+                                    VoidPtr, VoidPtrPtr, 0);
+
+  // If the program has GC roots, get or create the global root list.
+  if (GCRootInt) {
+    const StructType *RootListTy = getRootRecordType(0);
+    const Type *PRLTy = PointerType::get(RootListTy);
+    M.addTypeName("llvm_gc_root_ty", RootListTy);
+
+    // Get the root chain if it already exists.
+    RootChain = M.getGlobalVariable("llvm_gc_root_chain", PRLTy);
+    if (RootChain == 0) {
+      // If the root chain does not exist, insert a new one with linkonce
+      // linkage!
+      RootChain = new GlobalVariable(PRLTy, false, GlobalValue::LinkOnceLinkage,
+                                     Constant::getNullValue(RootListTy),
+                                     "llvm_gc_root_chain", &M);
+    } else if (RootChain->hasExternalLinkage() && RootChain->isExternal()) {
+      RootChain->setInitializer(Constant::getNullValue(PRLTy));
+      RootChain->setLinkage(GlobalValue::LinkOnceLinkage);
+    }
+  }
+  return true;
+}
+
+/// Coerce - If the specified operand number of the specified instruction does
+/// not have the specified type, insert a cast.
+static void Coerce(Instruction *I, unsigned OpNum, Type *Ty) {
+  if (I->getOperand(OpNum)->getType() != Ty) {
+    if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(I->getOperand(OpNum)))
+      I->setOperand(OpNum, ConstantExpr::getCast(C, Ty));
+    else {
+      CastInst *C = new CastInst(I->getOperand(OpNum), Ty, "", I);
+      I->setOperand(OpNum, C);
+    }
+  }
+}
+
+/// runOnFunction - If the program is using GC intrinsics, replace any
+/// read/write intrinsics with the appropriate read/write barrier calls, then
+/// inline them.  Finally, build the data structures for 
+bool LowerGC::runOnFunction(Function &F) {
+  // Quick exit for programs that are not using GC mechanisms.
+  if (!GCRootInt && !GCReadInt && !GCWriteInt) return false;
+
+  PointerType *VoidPtr    = PointerType::get(Type::SByteTy);
+  PointerType *VoidPtrPtr = PointerType::get(VoidPtr);
+
+  // If there are read/write barriers in the program, perform a quick pass over
+  // the function eliminating them.  While we are at it, remember where we see
+  // calls to llvm.gcroot.
+  std::vector<CallInst*> GCRoots;
+  std::vector<CallInst*> NormalCalls;
+
+  bool MadeChange = false;
+  for (Function::iterator BB = F.begin(), E = F.end(); BB != E; ++BB)
+    for (BasicBlock::iterator II = BB->begin(), E = BB->end(); II != E;)
+      if (CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(II++)) {
+        if (!CI->getCalledFunction() ||
+            !CI->getCalledFunction()->getIntrinsicID())
+          NormalCalls.push_back(CI);   // Remember all normal function calls.
+
+        if (Function *F = CI->getCalledFunction())
+          if (F == GCRootInt)
+            GCRoots.push_back(CI);
+          else if (F == GCReadInt || F == GCWriteInt) {
+            if (F == GCWriteInt) {
+              // Change a llvm.gcwrite call to call llvm_gc_write instead.
+              CI->setOperand(0, GCWrite);
+              // Insert casts of the operands as needed.
+              Coerce(CI, 1, VoidPtr);
+              Coerce(CI, 2, VoidPtrPtr);
+            } else {
+              Coerce(CI, 1, VoidPtrPtr);
+              if (CI->getType() == VoidPtr) {
+                CI->setOperand(0, GCRead);
+              } else {
+                // Create a whole new call to replace the old one.
+                CallInst *NC = new CallInst(GCRead, CI->getOperand(1),
+                                            CI->getName(), CI);
+                Value *NV = new CastInst(NC, CI->getType(), "", CI);
+                CI->replaceAllUsesWith(NV);
+                BB->getInstList().erase(CI);
+                CI = NC;
+              }
+            }
+
+            // Now that we made the replacement, inline expand the call if
+            // possible, otherwise things will be too horribly expensive.
+            InlineFunction(CI);
+            MadeChange = true;
+          }
+      }
+  
+  // If there are no GC roots in this function, then there is no need to create
+  // a GC list record for it.
+  if (GCRoots.empty()) return MadeChange;
+
+  // Okay, there are GC roots in this function.  On entry to the function, add a
+  // record to the llvm_gc_root_chain, and remove it on exit.
+
+  // Create the alloca, and zero it out.
+  const StructType *RootListTy = getRootRecordType(GCRoots.size());
+  AllocaInst *AI = new AllocaInst(RootListTy, 0, "gcroots", F.begin()->begin());
+
+  // Insert the memset call after all of the allocas in the function.
+  BasicBlock::iterator IP = AI;
+  while (isa<AllocaInst>(IP)) ++IP;
+
+  Constant *Zero = ConstantUInt::get(Type::UIntTy, 0);
+  Constant *One  = ConstantUInt::get(Type::UIntTy, 1);
+
+  // Get a pointer to the prev pointer.
+  std::vector<Value*> Par;
+  Par.push_back(Zero);
+  Par.push_back(Zero);
+  Value *PrevPtrPtr = new GetElementPtrInst(AI, Par, "prevptrptr", IP);
+
+  // Load the previous pointer.
+  Value *PrevPtr = new LoadInst(RootChain, "prevptr", IP);
+  // Store the previous pointer into the prevptrptr
+  new StoreInst(PrevPtr, PrevPtrPtr, IP);
+
+  // Set the number of elements in this record.
+  Par[1] = ConstantUInt::get(Type::UIntTy, 1);
+  Value *NumEltsPtr = new GetElementPtrInst(AI, Par, "numeltsptr", IP);
+  new StoreInst(ConstantUInt::get(Type::UIntTy, GCRoots.size()), NumEltsPtr,IP);
+
+  Par[1] = ConstantUInt::get(Type::UIntTy, 2);
+  Par.resize(4);
+
+  const PointerType *PtrLocTy =
+    cast<PointerType>(GCRootInt->getFunctionType()->getParamType(0));
+  Constant *Null = ConstantPointerNull::get(PtrLocTy);
+
+  // Initialize all of the gcroot records now, and eliminate them as we go.
+  for (unsigned i = 0, e = GCRoots.size(); i != e; ++i) {
+    // Initialize the meta-data pointer.
+    Par[2] = ConstantUInt::get(Type::UIntTy, i);
+    Par[3] = One;
+    Value *MetaDataPtr = new GetElementPtrInst(AI, Par, "MetaDataPtr", IP);
+    assert(isa<Constant>(GCRoots[i]->getOperand(2)) || 
+           isa<GlobalValue>(GCRoots[i]->getOperand(2)));
+    new StoreInst(GCRoots[i]->getOperand(2), MetaDataPtr, IP);
+
+    // Initialize the root pointer to null on entry to the function.
+    Par[3] = Zero;
+    Value *RootPtrPtr = new GetElementPtrInst(AI, Par, "RootEntPtr", IP);
+    new StoreInst(Null, RootPtrPtr, IP);
+    
+    // Each occurrance of the llvm.gcroot intrinsic now turns into an
+    // initialization of the slot with the address and a zeroing out of the
+    // address specified.
+    new StoreInst(Constant::getNullValue(PtrLocTy->getElementType()),
+                  GCRoots[i]->getOperand(1), GCRoots[i]);
+    new StoreInst(GCRoots[i]->getOperand(1), RootPtrPtr, GCRoots[i]);
+    GCRoots[i]->getParent()->getInstList().erase(GCRoots[i]);
+  }
+
+  // Now that the record is all initialized, store the pointer into the global
+  // pointer.
+  Value *C = new CastInst(AI, PointerType::get(MainRootRecordType), "", IP);
+  new StoreInst(C, RootChain, IP);
+
+  // On exit from the function we have to remove the entry from the GC root
+  // chain.  Doing this is straight-forward for return and unwind instructions:
+  // just insert the appropriate copy.
+  for (Function::iterator BB = F.begin(), E = F.end(); BB != E; ++BB)
+    if (isa<UnwindInst>(BB->getTerminator()) ||
+        isa<ReturnInst>(BB->getTerminator())) {
+      // We could reuse the PrevPtr loaded on entry to the function, but this
+      // would make the value live for the whole function, which is probably a
+      // bad idea.  Just reload the value out of our stack entry.
+      PrevPtr = new LoadInst(PrevPtrPtr, "prevptr", BB->getTerminator());
+      new StoreInst(PrevPtr, RootChain, BB->getTerminator());
+    }
+
+  // If an exception is thrown from a callee we have to make sure to
+  // unconditionally take the record off the stack.  For this reason, we turn
+  // all call instructions into invoke whose cleanup pops the entry off the
+  // stack.  We only insert one cleanup block, which is shared by all invokes.
+  if (!NormalCalls.empty()) {
+    // Create the shared cleanup block.
+    BasicBlock *Cleanup = new BasicBlock("gc_cleanup", &F);
+    UnwindInst *UI = new UnwindInst(Cleanup);
+    PrevPtr = new LoadInst(PrevPtrPtr, "prevptr", UI);
+    new StoreInst(PrevPtr, RootChain, UI);
+  
+    // Loop over all of the function calls, turning them into invokes.
+    while (!NormalCalls.empty()) {
+      CallInst *CI = NormalCalls.back();
+      BasicBlock *CBB = CI->getParent();
+      NormalCalls.pop_back();
+
+      // Split the basic block containing the function call.
+      BasicBlock *NewBB = CBB->splitBasicBlock(CI, CBB->getName()+".cont");
+
+      // Remove the unconditional branch inserted at the end of the CBB.
+      CBB->getInstList().pop_back();
+      NewBB->getInstList().remove(CI);
+      
+      // Create a new invoke instruction.
+      Value *II = new InvokeInst(CI->getCalledValue(), NewBB, Cleanup,
+                                 std::vector<Value*>(CI->op_begin()+1,
+                                                     CI->op_end()),
+                                 CI->getName(), CBB);
+      CI->replaceAllUsesWith(II);
+      delete CI;
+    }
+  }
+
+  return true;
+}