]> git.lizzy.rs Git - rust.git/blob - compiler/rustc_mir/src/transform/simplify.rs
d8995e92abfcc7dbd780569f41dfbfebc7a35221
[rust.git] / compiler / rustc_mir / src / transform / simplify.rs
1 //! A number of passes which remove various redundancies in the CFG.
2 //!
3 //! The `SimplifyCfg` pass gets rid of unnecessary blocks in the CFG, whereas the `SimplifyLocals`
4 //! gets rid of all the unnecessary local variable declarations.
5 //!
6 //! The `SimplifyLocals` pass is kinda expensive and therefore not very suitable to be run often.
7 //! Most of the passes should not care or be impacted in meaningful ways due to extra locals
8 //! either, so running the pass once, right before codegen, should suffice.
9 //!
10 //! On the other side of the spectrum, the `SimplifyCfg` pass is considerably cheap to run, thus
11 //! one should run it after every pass which may modify CFG in significant ways. This pass must
12 //! also be run before any analysis passes because it removes dead blocks, and some of these can be
13 //! ill-typed.
14 //!
15 //! The cause of this typing issue is typeck allowing most blocks whose end is not reachable have
16 //! an arbitrary return type, rather than having the usual () return type (as a note, typeck's
17 //! notion of reachability is in fact slightly weaker than MIR CFG reachability - see #31617). A
18 //! standard example of the situation is:
19 //!
20 //! ```rust
21 //!   fn example() {
22 //!       let _a: char = { return; };
23 //!   }
24 //! ```
25 //!
26 //! Here the block (`{ return; }`) has the return type `char`, rather than `()`, but the MIR we
27 //! naively generate still contains the `_a = ()` write in the unreachable block "after" the
28 //! return.
29
30 use crate::transform::{MirPass, MirSource};
31 use rustc_index::bit_set::BitSet;
32 use rustc_index::vec::{Idx, IndexVec};
33 use rustc_middle::mir::visit::{MutVisitor, MutatingUseContext, PlaceContext, Visitor};
34 use rustc_middle::mir::*;
35 use rustc_middle::ty::TyCtxt;
36 use smallvec::SmallVec;
37 use std::borrow::Cow;
38
39 pub struct SimplifyCfg {
40     label: String,
41 }
42
43 impl SimplifyCfg {
44     pub fn new(label: &str) -> Self {
45         SimplifyCfg { label: format!("SimplifyCfg-{}", label) }
46     }
47 }
48
49 pub fn simplify_cfg(body: &mut Body<'_>) {
50     CfgSimplifier::new(body).simplify();
51     remove_dead_blocks(body);
52
53     // FIXME: Should probably be moved into some kind of pass manager
54     body.basic_blocks_mut().raw.shrink_to_fit();
55 }
56
57 impl<'tcx> MirPass<'tcx> for SimplifyCfg {
58     fn name(&self) -> Cow<'_, str> {
59         Cow::Borrowed(&self.label)
60     }
61
62     fn run_pass(&self, _tcx: TyCtxt<'tcx>, _src: MirSource<'tcx>, body: &mut Body<'tcx>) {
63         debug!("SimplifyCfg({:?}) - simplifying {:?}", self.label, body);
64         simplify_cfg(body);
65     }
66 }
67
68 pub struct CfgSimplifier<'a, 'tcx> {
69     basic_blocks: &'a mut IndexVec<BasicBlock, BasicBlockData<'tcx>>,
70     pred_count: IndexVec<BasicBlock, u32>,
71 }
72
73 impl<'a, 'tcx> CfgSimplifier<'a, 'tcx> {
74     pub fn new(body: &'a mut Body<'tcx>) -> Self {
75         let mut pred_count = IndexVec::from_elem(0u32, body.basic_blocks());
76
77         // we can't use mir.predecessors() here because that counts
78         // dead blocks, which we don't want to.
79         pred_count[START_BLOCK] = 1;
80
81         for (_, data) in traversal::preorder(body) {
82             if let Some(ref term) = data.terminator {
83                 for &tgt in term.successors() {
84                     pred_count[tgt] += 1;
85                 }
86             }
87         }
88
89         let basic_blocks = body.basic_blocks_mut();
90
91         CfgSimplifier { basic_blocks, pred_count }
92     }
93
94     pub fn simplify(mut self) {
95         self.strip_nops();
96
97         let mut start = START_BLOCK;
98
99         // Vec of the blocks that should be merged. We store the indices here, instead of the
100         // statements itself to avoid moving the (relatively) large statements twice.
101         // We do not push the statements directly into the target block (`bb`) as that is slower
102         // due to additional reallocations
103         let mut merged_blocks = Vec::new();
104         loop {
105             let mut changed = false;
106
107             self.collapse_goto_chain(&mut start, &mut changed);
108
109             for bb in self.basic_blocks.indices() {
110                 if self.pred_count[bb] == 0 {
111                     continue;
112                 }
113
114                 debug!("simplifying {:?}", bb);
115
116                 let mut terminator =
117                     self.basic_blocks[bb].terminator.take().expect("invalid terminator state");
118
119                 for successor in terminator.successors_mut() {
120                     self.collapse_goto_chain(successor, &mut changed);
121                 }
122
123                 let mut inner_changed = true;
124                 merged_blocks.clear();
125                 while inner_changed {
126                     inner_changed = false;
127                     inner_changed |= self.simplify_branch(&mut terminator);
128                     inner_changed |= self.merge_successor(&mut merged_blocks, &mut terminator);
129                     changed |= inner_changed;
130                 }
131
132                 let statements_to_merge =
133                     merged_blocks.iter().map(|&i| self.basic_blocks[i].statements.len()).sum();
134
135                 if statements_to_merge > 0 {
136                     let mut statements = std::mem::take(&mut self.basic_blocks[bb].statements);
137                     statements.reserve(statements_to_merge);
138                     for &from in &merged_blocks {
139                         statements.append(&mut self.basic_blocks[from].statements);
140                     }
141                     self.basic_blocks[bb].statements = statements;
142                 }
143
144                 self.basic_blocks[bb].terminator = Some(terminator);
145             }
146
147             if !changed {
148                 break;
149             }
150         }
151
152         if start != START_BLOCK {
153             debug_assert!(self.pred_count[START_BLOCK] == 0);
154             self.basic_blocks.swap(START_BLOCK, start);
155             self.pred_count.swap(START_BLOCK, start);
156
157             // pred_count == 1 if the start block has no predecessor _blocks_.
158             if self.pred_count[START_BLOCK] > 1 {
159                 for (bb, data) in self.basic_blocks.iter_enumerated_mut() {
160                     if self.pred_count[bb] == 0 {
161                         continue;
162                     }
163
164                     for target in data.terminator_mut().successors_mut() {
165                         if *target == start {
166                             *target = START_BLOCK;
167                         }
168                     }
169                 }
170             }
171         }
172     }
173
174     /// This function will return `None` if
175     /// * the block has statements
176     /// * the block has a terminator other than `goto`
177     /// * the block has no terminator (meaning some other part of the current optimization stole it)
178     fn take_terminator_if_simple_goto(&mut self, bb: BasicBlock) -> Option<Terminator<'tcx>> {
179         match self.basic_blocks[bb] {
180             BasicBlockData {
181                 ref statements,
182                 terminator:
183                     ref mut terminator @ Some(Terminator { kind: TerminatorKind::Goto { .. }, .. }),
184                 ..
185             } if statements.is_empty() => terminator.take(),
186             // if `terminator` is None, this means we are in a loop. In that
187             // case, let all the loop collapse to its entry.
188             _ => None,
189         }
190     }
191
192     /// Collapse a goto chain starting from `start`
193     fn collapse_goto_chain(&mut self, start: &mut BasicBlock, changed: &mut bool) {
194         // Using `SmallVec` here, because in some logs on libcore oli-obk saw many single-element
195         // goto chains. We should probably benchmark different sizes.
196         let mut terminators: SmallVec<[_; 1]> = Default::default();
197         let mut current = *start;
198         while let Some(terminator) = self.take_terminator_if_simple_goto(current) {
199             let target = match terminator {
200                 Terminator { kind: TerminatorKind::Goto { target }, .. } => target,
201                 _ => unreachable!(),
202             };
203             terminators.push((current, terminator));
204             current = target;
205         }
206         let last = current;
207         *start = last;
208         while let Some((current, mut terminator)) = terminators.pop() {
209             let target = match terminator {
210                 Terminator { kind: TerminatorKind::Goto { ref mut target }, .. } => target,
211                 _ => unreachable!(),
212             };
213             *changed |= *target != last;
214             *target = last;
215             debug!("collapsing goto chain from {:?} to {:?}", current, target);
216
217             if self.pred_count[current] == 1 {
218                 // This is the last reference to current, so the pred-count to
219                 // to target is moved into the current block.
220                 self.pred_count[current] = 0;
221             } else {
222                 self.pred_count[*target] += 1;
223                 self.pred_count[current] -= 1;
224             }
225             self.basic_blocks[current].terminator = Some(terminator);
226         }
227     }
228
229     // merge a block with 1 `goto` predecessor to its parent
230     fn merge_successor(
231         &mut self,
232         merged_blocks: &mut Vec<BasicBlock>,
233         terminator: &mut Terminator<'tcx>,
234     ) -> bool {
235         let target = match terminator.kind {
236             TerminatorKind::Goto { target } if self.pred_count[target] == 1 => target,
237             _ => return false,
238         };
239
240         debug!("merging block {:?} into {:?}", target, terminator);
241         *terminator = match self.basic_blocks[target].terminator.take() {
242             Some(terminator) => terminator,
243             None => {
244                 // unreachable loop - this should not be possible, as we
245                 // don't strand blocks, but handle it correctly.
246                 return false;
247             }
248         };
249
250         merged_blocks.push(target);
251         self.pred_count[target] = 0;
252
253         true
254     }
255
256     // turn a branch with all successors identical to a goto
257     fn simplify_branch(&mut self, terminator: &mut Terminator<'tcx>) -> bool {
258         match terminator.kind {
259             TerminatorKind::SwitchInt { .. } => {}
260             _ => return false,
261         };
262
263         let first_succ = {
264             if let Some(&first_succ) = terminator.successors().next() {
265                 if terminator.successors().all(|s| *s == first_succ) {
266                     let count = terminator.successors().count();
267                     self.pred_count[first_succ] -= (count - 1) as u32;
268                     first_succ
269                 } else {
270                     return false;
271                 }
272             } else {
273                 return false;
274             }
275         };
276
277         debug!("simplifying branch {:?}", terminator);
278         terminator.kind = TerminatorKind::Goto { target: first_succ };
279         true
280     }
281
282     fn strip_nops(&mut self) {
283         for blk in self.basic_blocks.iter_mut() {
284             blk.statements
285                 .retain(|stmt| if let StatementKind::Nop = stmt.kind { false } else { true })
286         }
287     }
288 }
289
290 pub fn remove_dead_blocks(body: &mut Body<'_>) {
291     let mut seen = BitSet::new_empty(body.basic_blocks().len());
292     for (bb, _) in traversal::preorder(body) {
293         seen.insert(bb.index());
294     }
295
296     let basic_blocks = body.basic_blocks_mut();
297
298     let num_blocks = basic_blocks.len();
299     let mut replacements: Vec<_> = (0..num_blocks).map(BasicBlock::new).collect();
300     let mut used_blocks = 0;
301     for alive_index in seen.iter() {
302         replacements[alive_index] = BasicBlock::new(used_blocks);
303         if alive_index != used_blocks {
304             // Swap the next alive block data with the current available slot. Since
305             // alive_index is non-decreasing this is a valid operation.
306             basic_blocks.raw.swap(alive_index, used_blocks);
307         }
308         used_blocks += 1;
309     }
310     basic_blocks.raw.truncate(used_blocks);
311
312     for block in basic_blocks {
313         for target in block.terminator_mut().successors_mut() {
314             *target = replacements[target.index()];
315         }
316     }
317 }
318
319 pub struct SimplifyLocals;
320
321 impl<'tcx> MirPass<'tcx> for SimplifyLocals {
322     fn run_pass(&self, tcx: TyCtxt<'tcx>, source: MirSource<'tcx>, body: &mut Body<'tcx>) {
323         trace!("running SimplifyLocals on {:?}", source);
324
325         // First, we're going to get a count of *actual* uses for every `Local`.
326         // Take a look at `DeclMarker::visit_local()` to see exactly what is ignored.
327         let mut used_locals = {
328             let mut marker = DeclMarker::new(body);
329             marker.visit_body(&body);
330
331             marker.local_counts
332         };
333
334         let arg_count = body.arg_count;
335
336         // Next, we're going to remove any `Local` with zero actual uses. When we remove those
337         // `Locals`, we're also going to subtract any uses of other `Locals` from the `used_locals`
338         // count. For example, if we removed `_2 = discriminant(_1)`, then we'll subtract one from
339         // `use_counts[_1]`. That in turn might make `_1` unused, so we loop until we hit a
340         // fixedpoint where there are no more unused locals.
341         loop {
342             let mut remove_statements = RemoveStatements::new(&mut used_locals, arg_count, tcx);
343             remove_statements.visit_body(body);
344
345             if !remove_statements.modified {
346                 break;
347             }
348         }
349
350         // Finally, we'll actually do the work of shrinking `body.local_decls` and remapping the `Local`s.
351         let map = make_local_map(&mut body.local_decls, used_locals, arg_count);
352
353         // Only bother running the `LocalUpdater` if we actually found locals to remove.
354         if map.iter().any(Option::is_none) {
355             // Update references to all vars and tmps now
356             let mut updater = LocalUpdater { map, tcx };
357             updater.visit_body(body);
358
359             body.local_decls.shrink_to_fit();
360         }
361     }
362 }
363
364 /// Construct the mapping while swapping out unused stuff out from the `vec`.
365 fn make_local_map<V>(
366     local_decls: &mut IndexVec<Local, V>,
367     used_locals: IndexVec<Local, usize>,
368     arg_count: usize,
369 ) -> IndexVec<Local, Option<Local>> {
370     let mut map: IndexVec<Local, Option<Local>> = IndexVec::from_elem(None, &*local_decls);
371     let mut used = Local::new(0);
372     for (alive_index, count) in used_locals.iter_enumerated() {
373         // The `RETURN_PLACE` and arguments are always live.
374         if alive_index.as_usize() > arg_count && *count == 0 {
375             continue;
376         }
377
378         map[alive_index] = Some(used);
379         if alive_index != used {
380             local_decls.swap(alive_index, used);
381         }
382         used.increment_by(1);
383     }
384     local_decls.truncate(used.index());
385     map
386 }
387
388 struct DeclMarker<'a, 'tcx> {
389     pub local_counts: IndexVec<Local, usize>,
390     pub body: &'a Body<'tcx>,
391 }
392
393 impl<'a, 'tcx> DeclMarker<'a, 'tcx> {
394     pub fn new(body: &'a Body<'tcx>) -> Self {
395         Self { local_counts: IndexVec::from_elem(0, &body.local_decls), body }
396     }
397 }
398
399 impl<'a, 'tcx> Visitor<'tcx> for DeclMarker<'a, 'tcx> {
400     fn visit_local(&mut self, local: &Local, ctx: PlaceContext, location: Location) {
401         // Ignore storage markers altogether, they get removed along with their otherwise unused
402         // decls.
403         // FIXME: Extend this to all non-uses.
404         if ctx.is_storage_marker() {
405             return;
406         }
407
408         // Ignore stores of constants because `ConstProp` and `CopyProp` can remove uses of many
409         // of these locals. However, if the local is still needed, then it will be referenced in
410         // another place and we'll mark it as being used there.
411         if ctx == PlaceContext::MutatingUse(MutatingUseContext::Store)
412             || ctx == PlaceContext::MutatingUse(MutatingUseContext::Projection)
413         {
414             let block = &self.body.basic_blocks()[location.block];
415             if location.statement_index != block.statements.len() {
416                 let stmt = &block.statements[location.statement_index];
417
418                 if let StatementKind::Assign(box (dest, rvalue)) = &stmt.kind {
419                     if !dest.is_indirect() && dest.local == *local {
420                         let can_skip = match rvalue {
421                             Rvalue::Use(_)
422                             | Rvalue::Discriminant(_)
423                             | Rvalue::BinaryOp(_, _, _)
424                             | Rvalue::CheckedBinaryOp(_, _, _)
425                             | Rvalue::Repeat(_, _)
426                             | Rvalue::AddressOf(_, _)
427                             | Rvalue::Len(_)
428                             | Rvalue::UnaryOp(_, _)
429                             | Rvalue::Aggregate(_, _) => true,
430
431                             _ => false,
432                         };
433
434                         if can_skip {
435                             trace!("skipping store of {:?} to {:?}", rvalue, dest);
436                             return;
437                         }
438                     }
439                 }
440             }
441         }
442
443         self.local_counts[*local] += 1;
444     }
445 }
446
447 struct StatementDeclMarker<'a, 'tcx> {
448     used_locals: &'a mut IndexVec<Local, usize>,
449     statement: &'a Statement<'tcx>,
450 }
451
452 impl<'a, 'tcx> StatementDeclMarker<'a, 'tcx> {
453     pub fn new(
454         used_locals: &'a mut IndexVec<Local, usize>,
455         statement: &'a Statement<'tcx>,
456     ) -> Self {
457         Self { used_locals, statement }
458     }
459 }
460
461 impl<'a, 'tcx> Visitor<'tcx> for StatementDeclMarker<'a, 'tcx> {
462     fn visit_local(&mut self, local: &Local, context: PlaceContext, _location: Location) {
463         // Skip the lvalue for assignments
464         if let StatementKind::Assign(box (p, _)) = self.statement.kind {
465             if p.local == *local && context.is_place_assignment() {
466                 return;
467             }
468         }
469
470         let use_count = &mut self.used_locals[*local];
471         // If this is the local we're removing...
472         if *use_count != 0 {
473             *use_count -= 1;
474         }
475     }
476 }
477
478 struct RemoveStatements<'a, 'tcx> {
479     used_locals: &'a mut IndexVec<Local, usize>,
480     arg_count: usize,
481     tcx: TyCtxt<'tcx>,
482     modified: bool,
483 }
484
485 impl<'a, 'tcx> RemoveStatements<'a, 'tcx> {
486     fn new(
487         used_locals: &'a mut IndexVec<Local, usize>,
488         arg_count: usize,
489         tcx: TyCtxt<'tcx>,
490     ) -> Self {
491         Self { used_locals, arg_count, tcx, modified: false }
492     }
493
494     fn keep_local(&self, l: Local) -> bool {
495         trace!("keep_local({:?}): count: {:?}", l, self.used_locals[l]);
496         l.as_usize() <= self.arg_count || self.used_locals[l] != 0
497     }
498 }
499
500 impl<'a, 'tcx> MutVisitor<'tcx> for RemoveStatements<'a, 'tcx> {
501     fn tcx(&self) -> TyCtxt<'tcx> {
502         self.tcx
503     }
504
505     fn visit_basic_block_data(&mut self, block: BasicBlock, data: &mut BasicBlockData<'tcx>) {
506         // Remove unnecessary StorageLive and StorageDead annotations.
507         let mut i = 0usize;
508         data.statements.retain(|stmt| {
509             let keep = match &stmt.kind {
510                 StatementKind::StorageLive(l) | StatementKind::StorageDead(l) => {
511                     self.keep_local(*l)
512                 }
513                 StatementKind::Assign(box (place, _)) => self.keep_local(place.local),
514                 _ => true,
515             };
516
517             if !keep {
518                 trace!("removing statement {:?}", stmt);
519                 self.modified = true;
520
521                 let mut visitor = StatementDeclMarker::new(self.used_locals, stmt);
522                 visitor.visit_statement(stmt, Location { block, statement_index: i });
523             }
524
525             i += 1;
526
527             keep
528         });
529
530         self.super_basic_block_data(block, data);
531     }
532 }
533
534 struct LocalUpdater<'tcx> {
535     map: IndexVec<Local, Option<Local>>,
536     tcx: TyCtxt<'tcx>,
537 }
538
539 impl<'tcx> MutVisitor<'tcx> for LocalUpdater<'tcx> {
540     fn tcx(&self) -> TyCtxt<'tcx> {
541         self.tcx
542     }
543
544     fn visit_local(&mut self, l: &mut Local, _: PlaceContext, _: Location) {
545         *l = self.map[*l].unwrap();
546     }
547 }