]> git.lizzy.rs Git - rust.git/blob - compiler/rustc_mir_transform/src/simplify.rs
Rollup merge of #93416 - name1e5s:chore/remove_allow_fail, r=m-ou-se
[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_index::vec::{Idx, IndexVec};
32 use rustc_middle::mir::coverage::*;
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 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) -> Cow<'_, str> {
60         Cow::Borrowed(&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 target = match terminator {
176                 Terminator { kind: TerminatorKind::Goto { target }, .. } => target,
177                 _ => unreachable!(),
178             };
179             terminators.push((current, terminator));
180             current = target;
181         }
182         let last = current;
183         *start = last;
184         while let Some((current, mut terminator)) = terminators.pop() {
185             let target = match terminator {
186                 Terminator { kind: TerminatorKind::Goto { ref mut target }, .. } => target,
187                 _ => unreachable!(),
188             };
189             *changed |= *target != last;
190             *target = last;
191             debug!("collapsing goto chain from {:?} to {:?}", current, target);
192
193             if self.pred_count[current] == 1 {
194                 // This is the last reference to current, so the pred-count to
195                 // to target is moved into the current block.
196                 self.pred_count[current] = 0;
197             } else {
198                 self.pred_count[*target] += 1;
199                 self.pred_count[current] -= 1;
200             }
201             self.basic_blocks[current].terminator = Some(terminator);
202         }
203     }
204
205     // merge a block with 1 `goto` predecessor to its parent
206     fn merge_successor(
207         &mut self,
208         merged_blocks: &mut Vec<BasicBlock>,
209         terminator: &mut Terminator<'tcx>,
210     ) -> bool {
211         let target = match terminator.kind {
212             TerminatorKind::Goto { target } if self.pred_count[target] == 1 => target,
213             _ => return false,
214         };
215
216         debug!("merging block {:?} into {:?}", target, terminator);
217         *terminator = match self.basic_blocks[target].terminator.take() {
218             Some(terminator) => terminator,
219             None => {
220                 // unreachable loop - this should not be possible, as we
221                 // don't strand blocks, but handle it correctly.
222                 return false;
223             }
224         };
225
226         merged_blocks.push(target);
227         self.pred_count[target] = 0;
228
229         true
230     }
231
232     // turn a branch with all successors identical to a goto
233     fn simplify_branch(&mut self, terminator: &mut Terminator<'tcx>) -> bool {
234         match terminator.kind {
235             TerminatorKind::SwitchInt { .. } => {}
236             _ => return false,
237         };
238
239         let first_succ = {
240             if let Some(&first_succ) = terminator.successors().next() {
241                 if terminator.successors().all(|s| *s == first_succ) {
242                     let count = terminator.successors().count();
243                     self.pred_count[first_succ] -= (count - 1) as u32;
244                     first_succ
245                 } else {
246                     return false;
247                 }
248             } else {
249                 return false;
250             }
251         };
252
253         debug!("simplifying branch {:?}", terminator);
254         terminator.kind = TerminatorKind::Goto { target: first_succ };
255         true
256     }
257
258     fn strip_nops(&mut self) {
259         for blk in self.basic_blocks.iter_mut() {
260             blk.statements.retain(|stmt| !matches!(stmt.kind, StatementKind::Nop))
261         }
262     }
263 }
264
265 pub fn remove_dead_blocks<'tcx>(tcx: TyCtxt<'tcx>, body: &mut Body<'tcx>) {
266     let reachable = traversal::reachable_as_bitset(body);
267     let num_blocks = body.basic_blocks().len();
268     if num_blocks == reachable.count() {
269         return;
270     }
271
272     let basic_blocks = body.basic_blocks_mut();
273     let mut replacements: Vec<_> = (0..num_blocks).map(BasicBlock::new).collect();
274     let mut used_blocks = 0;
275     for alive_index in reachable.iter() {
276         let alive_index = alive_index.index();
277         replacements[alive_index] = BasicBlock::new(used_blocks);
278         if alive_index != used_blocks {
279             // Swap the next alive block data with the current available slot. Since
280             // alive_index is non-decreasing this is a valid operation.
281             basic_blocks.raw.swap(alive_index, used_blocks);
282         }
283         used_blocks += 1;
284     }
285
286     if tcx.sess.instrument_coverage() {
287         save_unreachable_coverage(basic_blocks, used_blocks);
288     }
289
290     basic_blocks.raw.truncate(used_blocks);
291
292     for block in basic_blocks {
293         for target in block.terminator_mut().successors_mut() {
294             *target = replacements[target.index()];
295         }
296     }
297 }
298
299 /// Some MIR transforms can determine at compile time that a sequences of
300 /// statements will never be executed, so they can be dropped from the MIR.
301 /// For example, an `if` or `else` block that is guaranteed to never be executed
302 /// because its condition can be evaluated at compile time, such as by const
303 /// evaluation: `if false { ... }`.
304 ///
305 /// Those statements are bypassed by redirecting paths in the CFG around the
306 /// `dead blocks`; but with `-C instrument-coverage`, the dead blocks usually
307 /// include `Coverage` statements representing the Rust source code regions to
308 /// be counted at runtime. Without these `Coverage` statements, the regions are
309 /// lost, and the Rust source code will show no coverage information.
310 ///
311 /// What we want to show in a coverage report is the dead code with coverage
312 /// counts of `0`. To do this, we need to save the code regions, by injecting
313 /// `Unreachable` coverage statements. These are non-executable statements whose
314 /// code regions are still recorded in the coverage map, representing regions
315 /// with `0` executions.
316 fn save_unreachable_coverage(
317     basic_blocks: &mut IndexVec<BasicBlock, BasicBlockData<'_>>,
318     first_dead_block: usize,
319 ) {
320     let has_live_counters = basic_blocks.raw[0..first_dead_block].iter().any(|live_block| {
321         live_block.statements.iter().any(|statement| {
322             if let StatementKind::Coverage(coverage) = &statement.kind {
323                 matches!(coverage.kind, CoverageKind::Counter { .. })
324             } else {
325                 false
326             }
327         })
328     });
329     if !has_live_counters {
330         // If there are no live `Counter` `Coverage` statements anymore, don't
331         // move dead coverage to the `START_BLOCK`. Just allow the dead
332         // `Coverage` statements to be dropped with the dead blocks.
333         //
334         // The `generator::StateTransform` MIR pass can create atypical
335         // conditions, where all live `Counter`s are dropped from the MIR.
336         //
337         // At least one Counter per function is required by LLVM (and necessary,
338         // to add the `function_hash` to the counter's call to the LLVM
339         // intrinsic `instrprof.increment()`).
340         return;
341     }
342
343     // Retain coverage info for dead blocks, so coverage reports will still
344     // report `0` executions for the uncovered code regions.
345     let mut dropped_coverage = Vec::new();
346     for dead_block in basic_blocks.raw[first_dead_block..].iter() {
347         for statement in dead_block.statements.iter() {
348             if let StatementKind::Coverage(coverage) = &statement.kind {
349                 if let Some(code_region) = &coverage.code_region {
350                     dropped_coverage.push((statement.source_info, code_region.clone()));
351                 }
352             }
353         }
354     }
355
356     let start_block = &mut basic_blocks[START_BLOCK];
357     for (source_info, code_region) in dropped_coverage {
358         start_block.statements.push(Statement {
359             source_info,
360             kind: StatementKind::Coverage(Box::new(Coverage {
361                 kind: CoverageKind::Unreachable,
362                 code_region: Some(code_region),
363             })),
364         })
365     }
366 }
367
368 pub struct SimplifyLocals;
369
370 impl<'tcx> MirPass<'tcx> for SimplifyLocals {
371     fn is_enabled(&self, sess: &rustc_session::Session) -> bool {
372         sess.mir_opt_level() > 0
373     }
374
375     fn run_pass(&self, tcx: TyCtxt<'tcx>, body: &mut Body<'tcx>) {
376         trace!("running SimplifyLocals on {:?}", body.source);
377         simplify_locals(body, tcx);
378     }
379 }
380
381 pub fn simplify_locals<'tcx>(body: &mut Body<'tcx>, tcx: TyCtxt<'tcx>) {
382     // First, we're going to get a count of *actual* uses for every `Local`.
383     let mut used_locals = UsedLocals::new(body);
384
385     // Next, we're going to remove any `Local` with zero actual uses. When we remove those
386     // `Locals`, we're also going to subtract any uses of other `Locals` from the `used_locals`
387     // count. For example, if we removed `_2 = discriminant(_1)`, then we'll subtract one from
388     // `use_counts[_1]`. That in turn might make `_1` unused, so we loop until we hit a
389     // fixedpoint where there are no more unused locals.
390     remove_unused_definitions(&mut used_locals, body);
391
392     // Finally, we'll actually do the work of shrinking `body.local_decls` and remapping the `Local`s.
393     let map = make_local_map(&mut body.local_decls, &used_locals);
394
395     // Only bother running the `LocalUpdater` if we actually found locals to remove.
396     if map.iter().any(Option::is_none) {
397         // Update references to all vars and tmps now
398         let mut updater = LocalUpdater { map, tcx };
399         updater.visit_body(body);
400
401         body.local_decls.shrink_to_fit();
402     }
403 }
404
405 /// Construct the mapping while swapping out unused stuff out from the `vec`.
406 fn make_local_map<V>(
407     local_decls: &mut IndexVec<Local, V>,
408     used_locals: &UsedLocals,
409 ) -> IndexVec<Local, Option<Local>> {
410     let mut map: IndexVec<Local, Option<Local>> = IndexVec::from_elem(None, &*local_decls);
411     let mut used = Local::new(0);
412
413     for alive_index in local_decls.indices() {
414         // `is_used` treats the `RETURN_PLACE` and arguments as used.
415         if !used_locals.is_used(alive_index) {
416             continue;
417         }
418
419         map[alive_index] = Some(used);
420         if alive_index != used {
421             local_decls.swap(alive_index, used);
422         }
423         used.increment_by(1);
424     }
425     local_decls.truncate(used.index());
426     map
427 }
428
429 /// Keeps track of used & unused locals.
430 struct UsedLocals {
431     increment: bool,
432     arg_count: u32,
433     use_count: IndexVec<Local, u32>,
434 }
435
436 impl UsedLocals {
437     /// Determines which locals are used & unused in the given body.
438     fn new(body: &Body<'_>) -> Self {
439         let mut this = Self {
440             increment: true,
441             arg_count: body.arg_count.try_into().unwrap(),
442             use_count: IndexVec::from_elem(0, &body.local_decls),
443         };
444         this.visit_body(body);
445         this
446     }
447
448     /// Checks if local is used.
449     ///
450     /// Return place and arguments are always considered used.
451     fn is_used(&self, local: Local) -> bool {
452         trace!("is_used({:?}): use_count: {:?}", local, self.use_count[local]);
453         local.as_u32() <= self.arg_count || self.use_count[local] != 0
454     }
455
456     /// Updates the use counts to reflect the removal of given statement.
457     fn statement_removed(&mut self, statement: &Statement<'_>) {
458         self.increment = false;
459
460         // The location of the statement is irrelevant.
461         let location = Location { block: START_BLOCK, statement_index: 0 };
462         self.visit_statement(statement, location);
463     }
464
465     /// Visits a left-hand side of an assignment.
466     fn visit_lhs(&mut self, place: &Place<'_>, location: Location) {
467         if place.is_indirect() {
468             // A use, not a definition.
469             self.visit_place(place, PlaceContext::MutatingUse(MutatingUseContext::Store), location);
470         } else {
471             // A definition. The base local itself is not visited, so this occurrence is not counted
472             // toward its use count. There might be other locals still, used in an indexing
473             // projection.
474             self.super_projection(
475                 place.as_ref(),
476                 PlaceContext::MutatingUse(MutatingUseContext::Projection),
477                 location,
478             );
479         }
480     }
481 }
482
483 impl<'tcx> Visitor<'tcx> for UsedLocals {
484     fn visit_statement(&mut self, statement: &Statement<'tcx>, location: Location) {
485         match statement.kind {
486             StatementKind::CopyNonOverlapping(..)
487             | StatementKind::Retag(..)
488             | StatementKind::Coverage(..)
489             | StatementKind::FakeRead(..)
490             | StatementKind::AscribeUserType(..) => {
491                 self.super_statement(statement, location);
492             }
493
494             StatementKind::Nop => {}
495
496             StatementKind::StorageLive(_local) | StatementKind::StorageDead(_local) => {}
497
498             StatementKind::Assign(box (ref place, ref rvalue)) => {
499                 self.visit_lhs(place, location);
500                 self.visit_rvalue(rvalue, location);
501             }
502
503             StatementKind::SetDiscriminant { ref place, variant_index: _ } => {
504                 self.visit_lhs(place, location);
505             }
506         }
507     }
508
509     fn visit_local(&mut self, local: &Local, _ctx: PlaceContext, _location: Location) {
510         if self.increment {
511             self.use_count[*local] += 1;
512         } else {
513             assert_ne!(self.use_count[*local], 0);
514             self.use_count[*local] -= 1;
515         }
516     }
517 }
518
519 /// Removes unused definitions. Updates the used locals to reflect the changes made.
520 fn remove_unused_definitions(used_locals: &mut UsedLocals, body: &mut Body<'_>) {
521     // The use counts are updated as we remove the statements. A local might become unused
522     // during the retain operation, leading to a temporary inconsistency (storage statements or
523     // definitions referencing the local might remain). For correctness it is crucial that this
524     // computation reaches a fixed point.
525
526     let mut modified = true;
527     while modified {
528         modified = false;
529
530         for data in body.basic_blocks_mut() {
531             // Remove unnecessary StorageLive and StorageDead annotations.
532             data.statements.retain(|statement| {
533                 let keep = match &statement.kind {
534                     StatementKind::StorageLive(local) | StatementKind::StorageDead(local) => {
535                         used_locals.is_used(*local)
536                     }
537                     StatementKind::Assign(box (place, _)) => used_locals.is_used(place.local),
538
539                     StatementKind::SetDiscriminant { ref place, .. } => {
540                         used_locals.is_used(place.local)
541                     }
542                     _ => true,
543                 };
544
545                 if !keep {
546                     trace!("removing statement {:?}", statement);
547                     modified = true;
548                     used_locals.statement_removed(statement);
549                 }
550
551                 keep
552             });
553         }
554     }
555 }
556
557 struct LocalUpdater<'tcx> {
558     map: IndexVec<Local, Option<Local>>,
559     tcx: TyCtxt<'tcx>,
560 }
561
562 impl<'tcx> MutVisitor<'tcx> for LocalUpdater<'tcx> {
563     fn tcx(&self) -> TyCtxt<'tcx> {
564         self.tcx
565     }
566
567     fn visit_local(&mut self, l: &mut Local, _: PlaceContext, _: Location) {
568         *l = self.map[*l].unwrap();
569     }
570 }