]> git.lizzy.rs Git - rust.git/blob - compiler/rustc_mir_transform/src/simplify.rs
Rollup merge of #105004 - TaKO8Ki:fix-104897, r=wesleywiser
[rust.git] / compiler / rustc_mir_transform / src / 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::MirPass;
31 use rustc_data_structures::fx::FxHashSet;
32 use rustc_index::vec::{Idx, IndexVec};
33 use rustc_middle::mir::coverage::*;
34 use rustc_middle::mir::visit::{MutVisitor, MutatingUseContext, PlaceContext, Visitor};
35 use rustc_middle::mir::*;
36 use rustc_middle::ty::TyCtxt;
37 use smallvec::SmallVec;
38 use std::convert::TryInto;
39
40 pub struct SimplifyCfg {
41     label: String,
42 }
43
44 impl SimplifyCfg {
45     pub fn new(label: &str) -> Self {
46         SimplifyCfg { label: format!("SimplifyCfg-{}", label) }
47     }
48 }
49
50 pub fn simplify_cfg<'tcx>(tcx: TyCtxt<'tcx>, body: &mut Body<'tcx>) {
51     CfgSimplifier::new(body).simplify();
52     remove_dead_blocks(tcx, body);
53
54     // FIXME: Should probably be moved into some kind of pass manager
55     body.basic_blocks_mut().raw.shrink_to_fit();
56 }
57
58 impl<'tcx> MirPass<'tcx> for SimplifyCfg {
59     fn name(&self) -> &str {
60         &self.label
61     }
62
63     fn run_pass(&self, tcx: TyCtxt<'tcx>, body: &mut Body<'tcx>) {
64         debug!("SimplifyCfg({:?}) - simplifying {:?}", self.label, body.source);
65         simplify_cfg(tcx, body);
66     }
67 }
68
69 pub struct CfgSimplifier<'a, 'tcx> {
70     basic_blocks: &'a mut IndexVec<BasicBlock, BasicBlockData<'tcx>>,
71     pred_count: IndexVec<BasicBlock, u32>,
72 }
73
74 impl<'a, 'tcx> CfgSimplifier<'a, 'tcx> {
75     pub fn new(body: &'a mut Body<'tcx>) -> Self {
76         let mut pred_count = IndexVec::from_elem(0u32, &body.basic_blocks);
77
78         // we can't use mir.predecessors() here because that counts
79         // dead blocks, which we don't want to.
80         pred_count[START_BLOCK] = 1;
81
82         for (_, data) in traversal::preorder(body) {
83             if let Some(ref term) = data.terminator {
84                 for tgt in term.successors() {
85                     pred_count[tgt] += 1;
86                 }
87             }
88         }
89
90         let basic_blocks = body.basic_blocks_mut();
91
92         CfgSimplifier { basic_blocks, pred_count }
93     }
94
95     pub fn simplify(mut self) {
96         self.strip_nops();
97
98         // Vec of the blocks that should be merged. We store the indices here, instead of the
99         // statements itself to avoid moving the (relatively) large statements twice.
100         // We do not push the statements directly into the target block (`bb`) as that is slower
101         // due to additional reallocations
102         let mut merged_blocks = Vec::new();
103         loop {
104             let mut changed = false;
105
106             for bb in self.basic_blocks.indices() {
107                 if self.pred_count[bb] == 0 {
108                     continue;
109                 }
110
111                 debug!("simplifying {:?}", bb);
112
113                 let mut terminator =
114                     self.basic_blocks[bb].terminator.take().expect("invalid terminator state");
115
116                 for successor in terminator.successors_mut() {
117                     self.collapse_goto_chain(successor, &mut changed);
118                 }
119
120                 let mut inner_changed = true;
121                 merged_blocks.clear();
122                 while inner_changed {
123                     inner_changed = false;
124                     inner_changed |= self.simplify_branch(&mut terminator);
125                     inner_changed |= self.merge_successor(&mut merged_blocks, &mut terminator);
126                     changed |= inner_changed;
127                 }
128
129                 let statements_to_merge =
130                     merged_blocks.iter().map(|&i| self.basic_blocks[i].statements.len()).sum();
131
132                 if statements_to_merge > 0 {
133                     let mut statements = std::mem::take(&mut self.basic_blocks[bb].statements);
134                     statements.reserve(statements_to_merge);
135                     for &from in &merged_blocks {
136                         statements.append(&mut self.basic_blocks[from].statements);
137                     }
138                     self.basic_blocks[bb].statements = statements;
139                 }
140
141                 self.basic_blocks[bb].terminator = Some(terminator);
142             }
143
144             if !changed {
145                 break;
146             }
147         }
148     }
149
150     /// This function will return `None` if
151     /// * the block has statements
152     /// * the block has a terminator other than `goto`
153     /// * the block has no terminator (meaning some other part of the current optimization stole it)
154     fn take_terminator_if_simple_goto(&mut self, bb: BasicBlock) -> Option<Terminator<'tcx>> {
155         match self.basic_blocks[bb] {
156             BasicBlockData {
157                 ref statements,
158                 terminator:
159                     ref mut terminator @ Some(Terminator { kind: TerminatorKind::Goto { .. }, .. }),
160                 ..
161             } if statements.is_empty() => terminator.take(),
162             // if `terminator` is None, this means we are in a loop. In that
163             // case, let all the loop collapse to its entry.
164             _ => None,
165         }
166     }
167
168     /// Collapse a goto chain starting from `start`
169     fn collapse_goto_chain(&mut self, start: &mut BasicBlock, changed: &mut bool) {
170         // Using `SmallVec` here, because in some logs on libcore oli-obk saw many single-element
171         // goto chains. We should probably benchmark different sizes.
172         let mut terminators: SmallVec<[_; 1]> = Default::default();
173         let mut current = *start;
174         while let Some(terminator) = self.take_terminator_if_simple_goto(current) {
175             let Terminator { kind: TerminatorKind::Goto { target }, .. } = terminator else {
176                 unreachable!();
177             };
178             terminators.push((current, terminator));
179             current = target;
180         }
181         let last = current;
182         *start = last;
183         while let Some((current, mut terminator)) = terminators.pop() {
184             let Terminator { kind: TerminatorKind::Goto { ref mut target }, .. } = terminator else {
185                 unreachable!();
186             };
187             *changed |= *target != last;
188             *target = last;
189             debug!("collapsing goto chain from {:?} to {:?}", current, target);
190
191             if self.pred_count[current] == 1 {
192                 // This is the last reference to current, so the pred-count to
193                 // to target is moved into the current block.
194                 self.pred_count[current] = 0;
195             } else {
196                 self.pred_count[*target] += 1;
197                 self.pred_count[current] -= 1;
198             }
199             self.basic_blocks[current].terminator = Some(terminator);
200         }
201     }
202
203     // merge a block with 1 `goto` predecessor to its parent
204     fn merge_successor(
205         &mut self,
206         merged_blocks: &mut Vec<BasicBlock>,
207         terminator: &mut Terminator<'tcx>,
208     ) -> bool {
209         let target = match terminator.kind {
210             TerminatorKind::Goto { target } if self.pred_count[target] == 1 => target,
211             _ => return false,
212         };
213
214         debug!("merging block {:?} into {:?}", target, terminator);
215         *terminator = match self.basic_blocks[target].terminator.take() {
216             Some(terminator) => terminator,
217             None => {
218                 // unreachable loop - this should not be possible, as we
219                 // don't strand blocks, but handle it correctly.
220                 return false;
221             }
222         };
223
224         merged_blocks.push(target);
225         self.pred_count[target] = 0;
226
227         true
228     }
229
230     // turn a branch with all successors identical to a goto
231     fn simplify_branch(&mut self, terminator: &mut Terminator<'tcx>) -> bool {
232         match terminator.kind {
233             TerminatorKind::SwitchInt { .. } => {}
234             _ => return false,
235         };
236
237         let first_succ = {
238             if let Some(first_succ) = terminator.successors().next() {
239                 if terminator.successors().all(|s| s == first_succ) {
240                     let count = terminator.successors().count();
241                     self.pred_count[first_succ] -= (count - 1) as u32;
242                     first_succ
243                 } else {
244                     return false;
245                 }
246             } else {
247                 return false;
248             }
249         };
250
251         debug!("simplifying branch {:?}", terminator);
252         terminator.kind = TerminatorKind::Goto { target: first_succ };
253         true
254     }
255
256     fn strip_nops(&mut self) {
257         for blk in self.basic_blocks.iter_mut() {
258             blk.statements.retain(|stmt| !matches!(stmt.kind, StatementKind::Nop))
259         }
260     }
261 }
262
263 pub fn remove_dead_blocks<'tcx>(tcx: TyCtxt<'tcx>, body: &mut Body<'tcx>) {
264     let reachable = traversal::reachable_as_bitset(body);
265     let num_blocks = body.basic_blocks.len();
266     if num_blocks == reachable.count() {
267         return;
268     }
269
270     let basic_blocks = body.basic_blocks.as_mut();
271     let source_scopes = &body.source_scopes;
272     let mut replacements: Vec<_> = (0..num_blocks).map(BasicBlock::new).collect();
273     let mut used_blocks = 0;
274     for alive_index in reachable.iter() {
275         let alive_index = alive_index.index();
276         replacements[alive_index] = BasicBlock::new(used_blocks);
277         if alive_index != used_blocks {
278             // Swap the next alive block data with the current available slot. Since
279             // alive_index is non-decreasing this is a valid operation.
280             basic_blocks.raw.swap(alive_index, used_blocks);
281         }
282         used_blocks += 1;
283     }
284
285     if tcx.sess.instrument_coverage() {
286         save_unreachable_coverage(basic_blocks, source_scopes, used_blocks);
287     }
288
289     basic_blocks.raw.truncate(used_blocks);
290
291     for block in basic_blocks {
292         for target in block.terminator_mut().successors_mut() {
293             *target = replacements[target.index()];
294         }
295     }
296 }
297
298 /// Some MIR transforms can determine at compile time that a sequences of
299 /// statements will never be executed, so they can be dropped from the MIR.
300 /// For example, an `if` or `else` block that is guaranteed to never be executed
301 /// because its condition can be evaluated at compile time, such as by const
302 /// evaluation: `if false { ... }`.
303 ///
304 /// Those statements are bypassed by redirecting paths in the CFG around the
305 /// `dead blocks`; but with `-C instrument-coverage`, the dead blocks usually
306 /// include `Coverage` statements representing the Rust source code regions to
307 /// be counted at runtime. Without these `Coverage` statements, the regions are
308 /// lost, and the Rust source code will show no coverage information.
309 ///
310 /// What we want to show in a coverage report is the dead code with coverage
311 /// counts of `0`. To do this, we need to save the code regions, by injecting
312 /// `Unreachable` coverage statements. These are non-executable statements whose
313 /// code regions are still recorded in the coverage map, representing regions
314 /// with `0` executions.
315 ///
316 /// If there are no live `Counter` `Coverage` statements remaining, we remove
317 /// `Coverage` statements along with the dead blocks. Since at least one
318 /// counter per function is required by LLVM (and necessary, to add the
319 /// `function_hash` to the counter's call to the LLVM intrinsic
320 /// `instrprof.increment()`).
321 ///
322 /// The `generator::StateTransform` MIR pass and MIR inlining can create
323 /// atypical conditions, where all live `Counter`s are dropped from the MIR.
324 ///
325 /// With MIR inlining we can have coverage counters belonging to different
326 /// instances in a single body, so the strategy described above is applied to
327 /// coverage counters from each instance individually.
328 fn save_unreachable_coverage(
329     basic_blocks: &mut IndexVec<BasicBlock, BasicBlockData<'_>>,
330     source_scopes: &IndexVec<SourceScope, SourceScopeData<'_>>,
331     first_dead_block: usize,
332 ) {
333     // Identify instances that still have some live coverage counters left.
334     let mut live = FxHashSet::default();
335     for basic_block in &basic_blocks.raw[0..first_dead_block] {
336         for statement in &basic_block.statements {
337             let StatementKind::Coverage(coverage) = &statement.kind else { continue };
338             let CoverageKind::Counter { .. } = coverage.kind else { continue };
339             let instance = statement.source_info.scope.inlined_instance(source_scopes);
340             live.insert(instance);
341         }
342     }
343
344     for block in &mut basic_blocks.raw[..first_dead_block] {
345         for statement in &mut block.statements {
346             let StatementKind::Coverage(_) = &statement.kind else { continue };
347             let instance = statement.source_info.scope.inlined_instance(source_scopes);
348             if !live.contains(&instance) {
349                 statement.make_nop();
350             }
351         }
352     }
353
354     if live.is_empty() {
355         return;
356     }
357
358     // Retain coverage for instances that still have some live counters left.
359     let mut retained_coverage = Vec::new();
360     for dead_block in &basic_blocks.raw[first_dead_block..] {
361         for statement in &dead_block.statements {
362             let StatementKind::Coverage(coverage) = &statement.kind else { continue };
363             let Some(code_region) = &coverage.code_region else { continue };
364             let instance = statement.source_info.scope.inlined_instance(source_scopes);
365             if live.contains(&instance) {
366                 retained_coverage.push((statement.source_info, code_region.clone()));
367             }
368         }
369     }
370
371     let start_block = &mut basic_blocks[START_BLOCK];
372     start_block.statements.extend(retained_coverage.into_iter().map(
373         |(source_info, code_region)| Statement {
374             source_info,
375             kind: StatementKind::Coverage(Box::new(Coverage {
376                 kind: CoverageKind::Unreachable,
377                 code_region: Some(code_region),
378             })),
379         },
380     ));
381 }
382
383 pub struct SimplifyLocals;
384
385 impl<'tcx> MirPass<'tcx> for SimplifyLocals {
386     fn is_enabled(&self, sess: &rustc_session::Session) -> bool {
387         sess.mir_opt_level() > 0
388     }
389
390     fn run_pass(&self, tcx: TyCtxt<'tcx>, body: &mut Body<'tcx>) {
391         trace!("running SimplifyLocals on {:?}", body.source);
392         simplify_locals(body, tcx);
393     }
394 }
395
396 pub fn simplify_locals<'tcx>(body: &mut Body<'tcx>, tcx: TyCtxt<'tcx>) {
397     // First, we're going to get a count of *actual* uses for every `Local`.
398     let mut used_locals = UsedLocals::new(body);
399
400     // Next, we're going to remove any `Local` with zero actual uses. When we remove those
401     // `Locals`, we're also going to subtract any uses of other `Locals` from the `used_locals`
402     // count. For example, if we removed `_2 = discriminant(_1)`, then we'll subtract one from
403     // `use_counts[_1]`. That in turn might make `_1` unused, so we loop until we hit a
404     // fixedpoint where there are no more unused locals.
405     remove_unused_definitions(&mut used_locals, body);
406
407     // Finally, we'll actually do the work of shrinking `body.local_decls` and remapping the `Local`s.
408     let map = make_local_map(&mut body.local_decls, &used_locals);
409
410     // Only bother running the `LocalUpdater` if we actually found locals to remove.
411     if map.iter().any(Option::is_none) {
412         // Update references to all vars and tmps now
413         let mut updater = LocalUpdater { map, tcx };
414         updater.visit_body_preserves_cfg(body);
415
416         body.local_decls.shrink_to_fit();
417     }
418 }
419
420 /// Construct the mapping while swapping out unused stuff out from the `vec`.
421 fn make_local_map<V>(
422     local_decls: &mut IndexVec<Local, V>,
423     used_locals: &UsedLocals,
424 ) -> IndexVec<Local, Option<Local>> {
425     let mut map: IndexVec<Local, Option<Local>> = IndexVec::from_elem(None, &*local_decls);
426     let mut used = Local::new(0);
427
428     for alive_index in local_decls.indices() {
429         // `is_used` treats the `RETURN_PLACE` and arguments as used.
430         if !used_locals.is_used(alive_index) {
431             continue;
432         }
433
434         map[alive_index] = Some(used);
435         if alive_index != used {
436             local_decls.swap(alive_index, used);
437         }
438         used.increment_by(1);
439     }
440     local_decls.truncate(used.index());
441     map
442 }
443
444 /// Keeps track of used & unused locals.
445 struct UsedLocals {
446     increment: bool,
447     arg_count: u32,
448     use_count: IndexVec<Local, u32>,
449 }
450
451 impl UsedLocals {
452     /// Determines which locals are used & unused in the given body.
453     fn new(body: &Body<'_>) -> Self {
454         let mut this = Self {
455             increment: true,
456             arg_count: body.arg_count.try_into().unwrap(),
457             use_count: IndexVec::from_elem(0, &body.local_decls),
458         };
459         this.visit_body(body);
460         this
461     }
462
463     /// Checks if local is used.
464     ///
465     /// Return place and arguments are always considered used.
466     fn is_used(&self, local: Local) -> bool {
467         trace!("is_used({:?}): use_count: {:?}", local, self.use_count[local]);
468         local.as_u32() <= self.arg_count || self.use_count[local] != 0
469     }
470
471     /// Updates the use counts to reflect the removal of given statement.
472     fn statement_removed(&mut self, statement: &Statement<'_>) {
473         self.increment = false;
474
475         // The location of the statement is irrelevant.
476         let location = Location { block: START_BLOCK, statement_index: 0 };
477         self.visit_statement(statement, location);
478     }
479
480     /// Visits a left-hand side of an assignment.
481     fn visit_lhs(&mut self, place: &Place<'_>, location: Location) {
482         if place.is_indirect() {
483             // A use, not a definition.
484             self.visit_place(place, PlaceContext::MutatingUse(MutatingUseContext::Store), location);
485         } else {
486             // A definition. The base local itself is not visited, so this occurrence is not counted
487             // toward its use count. There might be other locals still, used in an indexing
488             // projection.
489             self.super_projection(
490                 place.as_ref(),
491                 PlaceContext::MutatingUse(MutatingUseContext::Projection),
492                 location,
493             );
494         }
495     }
496 }
497
498 impl<'tcx> Visitor<'tcx> for UsedLocals {
499     fn visit_statement(&mut self, statement: &Statement<'tcx>, location: Location) {
500         match statement.kind {
501             StatementKind::Intrinsic(..)
502             | StatementKind::Retag(..)
503             | StatementKind::Coverage(..)
504             | StatementKind::FakeRead(..)
505             | StatementKind::AscribeUserType(..) => {
506                 self.super_statement(statement, location);
507             }
508
509             StatementKind::Nop => {}
510
511             StatementKind::StorageLive(_local) | StatementKind::StorageDead(_local) => {}
512
513             StatementKind::Assign(box (ref place, ref rvalue)) => {
514                 if rvalue.is_safe_to_remove() {
515                     self.visit_lhs(place, location);
516                     self.visit_rvalue(rvalue, location);
517                 } else {
518                     self.super_statement(statement, location);
519                 }
520             }
521
522             StatementKind::SetDiscriminant { ref place, variant_index: _ }
523             | StatementKind::Deinit(ref place) => {
524                 self.visit_lhs(place, location);
525             }
526         }
527     }
528
529     fn visit_local(&mut self, local: Local, _ctx: PlaceContext, _location: Location) {
530         if self.increment {
531             self.use_count[local] += 1;
532         } else {
533             assert_ne!(self.use_count[local], 0);
534             self.use_count[local] -= 1;
535         }
536     }
537 }
538
539 /// Removes unused definitions. Updates the used locals to reflect the changes made.
540 fn remove_unused_definitions(used_locals: &mut UsedLocals, body: &mut Body<'_>) {
541     // The use counts are updated as we remove the statements. A local might become unused
542     // during the retain operation, leading to a temporary inconsistency (storage statements or
543     // definitions referencing the local might remain). For correctness it is crucial that this
544     // computation reaches a fixed point.
545
546     let mut modified = true;
547     while modified {
548         modified = false;
549
550         for data in body.basic_blocks.as_mut_preserves_cfg() {
551             // Remove unnecessary StorageLive and StorageDead annotations.
552             data.statements.retain(|statement| {
553                 let keep = match &statement.kind {
554                     StatementKind::StorageLive(local) | StatementKind::StorageDead(local) => {
555                         used_locals.is_used(*local)
556                     }
557                     StatementKind::Assign(box (place, _)) => used_locals.is_used(place.local),
558
559                     StatementKind::SetDiscriminant { ref place, .. }
560                     | StatementKind::Deinit(ref place) => used_locals.is_used(place.local),
561                     _ => true,
562                 };
563
564                 if !keep {
565                     trace!("removing statement {:?}", statement);
566                     modified = true;
567                     used_locals.statement_removed(statement);
568                 }
569
570                 keep
571             });
572         }
573     }
574 }
575
576 struct LocalUpdater<'tcx> {
577     map: IndexVec<Local, Option<Local>>,
578     tcx: TyCtxt<'tcx>,
579 }
580
581 impl<'tcx> MutVisitor<'tcx> for LocalUpdater<'tcx> {
582     fn tcx(&self) -> TyCtxt<'tcx> {
583         self.tcx
584     }
585
586     fn visit_local(&mut self, l: &mut Local, _: PlaceContext, _: Location) {
587         *l = self.map[*l].unwrap();
588     }
589 }