src/librustc_mir/util/liveness.rs

   1 //! Liveness analysis which computes liveness of MIR local variables at the boundary of basic
   2 //! blocks.
   3 //!
   4 //! This analysis considers references as being used only at the point of the
   5 //! borrow. This means that this does not track uses because of references that
   6 //! already exist:
   7 //!
   8 //! ```rust
   9 //! fn foo() {
  10 //!     x = 0;
  11 //!     // `x` is live here ...
  12 //!     GLOBAL = &x: *const u32;
  13 //!     // ... but not here, even while it can be accessed through `GLOBAL`.
  14 //!     foo();
  15 //!     x = 1;
  16 //!     // `x` is live again here, because it is assigned to `OTHER_GLOBAL`.
  17 //!     OTHER_GLOBAL = &x: *const u32;
  18 //!     // ...
  19 //! }
  20 //! ```
  21 //!
  22 //! This means that users of this analysis still have to check whether
  23 //! pre-existing references can be used to access the value (e.g., at movable
  24 //! generator yield points, all pre-existing references are invalidated, so this
  25 //! doesn't matter).
  26
  27 use rustc::mir::visit::{
  28     PlaceContext, Visitor, MutatingUseContext, NonMutatingUseContext, NonUseContext,
  29 };
  30 use rustc::mir::Local;
  31 use rustc::mir::*;
  32 use rustc::ty::{self, TyCtxt};
  33 use rustc_index::bit_set::BitSet;
  34 use rustc_index::vec::{Idx, IndexVec};
  35 use rustc_data_structures::work_queue::WorkQueue;
  36 use std::fs;
  37 use std::io::{self, Write};
  38 use std::path::{Path, PathBuf};
  39 use crate::transform::MirSource;
  40 use crate::util::pretty::{dump_enabled, write_basic_block, write_mir_intro};
  41
  42 pub type LiveVarSet = BitSet<Local>;
  43
  44 /// This gives the result of the liveness analysis at the boundary of
  45 /// basic blocks.
  46 ///
  47 /// The `V` type defines the set of variables that we computed
  48 /// liveness for. This is often `Local`, in which case we computed
  49 /// liveness for all variables -- but it can also be some other type,
  50 /// which indicates a subset of the variables within the graph.
  51 pub struct LivenessResult {
  52     /// Live variables on exit to each basic block. This is equal to
  53     /// the union of the `ins` for each successor.
  54     pub outs: IndexVec<BasicBlock, LiveVarSet>,
  55 }
  56
  57 /// Computes which local variables are live within the given function
  58 /// `mir`, including drops.
  59 pub fn liveness_of_locals(
  60     body: ReadOnlyBodyAndCache<'_, '_>,
  61 ) -> LivenessResult {
  62     let num_live_vars = body.local_decls.len();
  63
  64     let def_use: IndexVec<_, DefsUses> = body
  65         .basic_blocks()
  66         .iter()
  67         .map(|b| block(b, num_live_vars))
  68         .collect();
  69
  70     let mut outs: IndexVec<_, LiveVarSet> = body
  71         .basic_blocks()
  72         .indices()
  73         .map(|_| LiveVarSet::new_empty(num_live_vars))
  74         .collect();
  75
  76     let mut bits = LiveVarSet::new_empty(num_live_vars);
  77
  78     // The dirty queue contains the set of basic blocks whose entry sets have changed since they
  79     // were last processed. At the start of the analysis, we initialize the queue in post-order to
  80     // make it more likely that the entry set for a given basic block will have the effects of all
  81     // its successors in the CFG applied before it is processed.
  82     //
  83     // FIXME(ecstaticmorse): Reverse post-order on the reverse CFG may generate a better iteration
  84     // order when cycles are present, but the overhead of computing the reverse CFG may outweigh
  85     // any benefits. Benchmark this and find out.
  86     let mut dirty_queue: WorkQueue<BasicBlock>
  87         = WorkQueue::with_none(body.basic_blocks().len());
  88     for (bb, _) in traversal::postorder(&body) {
  89         dirty_queue.insert(bb);
  90     }
  91
  92     // Add blocks which are not reachable from START_BLOCK to the work queue. These blocks will
  93     // be processed after the ones added above.
  94     for bb in body.basic_blocks().indices() {
  95         dirty_queue.insert(bb);
  96     }
  97
  98     let predecessors = body.predecessors();
  99
 100     while let Some(bb) = dirty_queue.pop() {
 101         // bits = use ∪ (bits - def)
 102         bits.overwrite(&outs[bb]);
 103         def_use[bb].apply(&mut bits);
 104
 105         // `bits` now contains the live variables on entry. Therefore,
 106         // add `bits` to the `out` set for each predecessor; if those
 107         // bits were not already present, then enqueue the predecessor
 108         // as dirty.
 109         //
 110         // (note that `union` returns true if the `self` set changed)
 111         for &pred_bb in &predecessors[bb] {
 112             if outs[pred_bb].union(&bits) {
 113                 dirty_queue.insert(pred_bb);
 114             }
 115         }
 116     }
 117
 118     LivenessResult { outs }
 119 }
 120
 121 #[derive(Eq, PartialEq, Clone)]
 122 pub enum DefUse {
 123     Def,
 124     Use,
 125     Drop,
 126 }
 127
 128 pub fn categorize(context: PlaceContext) -> Option<DefUse> {
 129     match context {
 130         ///////////////////////////////////////////////////////////////////////////
 131         // DEFS
 132
 133         PlaceContext::MutatingUse(MutatingUseContext::Store) |
 134
 135         // This is potentially both a def and a use...
 136         PlaceContext::MutatingUse(MutatingUseContext::AsmOutput) |
 137
 138         // We let Call define the result in both the success and
 139         // unwind cases. This is not really correct, however it
 140         // does not seem to be observable due to the way that we
 141         // generate MIR. To do things properly, we would apply
 142         // the def in call only to the input from the success
 143         // path and not the unwind path. -nmatsakis
 144         PlaceContext::MutatingUse(MutatingUseContext::Call) |
 145
 146         // Storage live and storage dead aren't proper defines, but we can ignore
 147         // values that come before them.
 148         PlaceContext::NonUse(NonUseContext::StorageLive) |
 149         PlaceContext::NonUse(NonUseContext::StorageDead) => Some(DefUse::Def),
 150
 151         ///////////////////////////////////////////////////////////////////////////
 152         // REGULAR USES
 153         //
 154         // These are uses that occur *outside* of a drop. For the
 155         // purposes of NLL, these are special in that **all** the
 156         // lifetimes appearing in the variable must be live for each regular use.
 157
 158         PlaceContext::NonMutatingUse(NonMutatingUseContext::Projection) |
 159         PlaceContext::MutatingUse(MutatingUseContext::Projection) |
 160
 161         // Borrows only consider their local used at the point of the borrow.
 162         // This won't affect the results since we use this analysis for generators
 163         // and we only care about the result at suspension points. Borrows cannot
 164         // cross suspension points so this behavior is unproblematic.
 165         PlaceContext::MutatingUse(MutatingUseContext::Borrow) |
 166         PlaceContext::NonMutatingUse(NonMutatingUseContext::SharedBorrow) |
 167         PlaceContext::NonMutatingUse(NonMutatingUseContext::ShallowBorrow) |
 168         PlaceContext::NonMutatingUse(NonMutatingUseContext::UniqueBorrow) |
 169
 170         PlaceContext::MutatingUse(MutatingUseContext::AddressOf) |
 171         PlaceContext::NonMutatingUse(NonMutatingUseContext::AddressOf) |
 172         PlaceContext::NonMutatingUse(NonMutatingUseContext::Inspect) |
 173         PlaceContext::NonMutatingUse(NonMutatingUseContext::Copy) |
 174         PlaceContext::NonMutatingUse(NonMutatingUseContext::Move) |
 175         PlaceContext::NonUse(NonUseContext::AscribeUserTy) |
 176         PlaceContext::MutatingUse(MutatingUseContext::Retag) =>
 177             Some(DefUse::Use),
 178
 179         ///////////////////////////////////////////////////////////////////////////
 180         // DROP USES
 181         //
 182         // These are uses that occur in a DROP (a MIR drop, not a
 183         // call to `std::mem::drop()`). For the purposes of NLL,
 184         // uses in drop are special because `#[may_dangle]`
 185         // attributes can affect whether lifetimes must be live.
 186
 187         PlaceContext::MutatingUse(MutatingUseContext::Drop) =>
 188             Some(DefUse::Drop),
 189
 190         // Debug info is neither def nor use.
 191         PlaceContext::NonUse(NonUseContext::VarDebugInfo) => None,
 192     }
 193 }
 194
 195 struct DefsUsesVisitor
 196 {
 197     defs_uses: DefsUses,
 198 }
 199
 200 #[derive(Eq, PartialEq, Clone)]
 201 struct DefsUses {
 202     defs: LiveVarSet,
 203     uses: LiveVarSet,
 204 }
 205
 206 impl DefsUses {
 207     fn apply(&self, bits: &mut LiveVarSet) -> bool {
 208         bits.subtract(&self.defs) | bits.union(&self.uses)
 209     }
 210
 211     fn add_def(&mut self, index: Local) {
 212         // If it was used already in the block, remove that use
 213         // now that we found a definition.
 214         //
 215         // Example:
 216         //
 217         //     // Defs = {X}, Uses = {}
 218         //     X = 5
 219         //     // Defs = {}, Uses = {X}
 220         //     use(X)
 221         self.uses.remove(index);
 222         self.defs.insert(index);
 223     }
 224
 225     fn add_use(&mut self, index: Local) {
 226         // Inverse of above.
 227         //
 228         // Example:
 229         //
 230         //     // Defs = {}, Uses = {X}
 231         //     use(X)
 232         //     // Defs = {X}, Uses = {}
 233         //     X = 5
 234         //     // Defs = {}, Uses = {X}
 235         //     use(X)
 236         self.defs.remove(index);
 237         self.uses.insert(index);
 238     }
 239 }
 240
 241 impl<'tcx> Visitor<'tcx> for DefsUsesVisitor
 242 {
 243     fn visit_local(&mut self, &local: &Local, context: PlaceContext, _: Location) {
 244         match categorize(context) {
 245             Some(DefUse::Def) => self.defs_uses.add_def(local),
 246             Some(DefUse::Use) | Some(DefUse::Drop) => self.defs_uses.add_use(local),
 247             _ => (),
 248         }
 249     }
 250 }
 251
 252 fn block(
 253     b: &BasicBlockData<'_>,
 254     locals: usize,
 255 ) -> DefsUses {
 256     let mut visitor = DefsUsesVisitor {
 257         defs_uses: DefsUses {
 258             defs: LiveVarSet::new_empty(locals),
 259             uses: LiveVarSet::new_empty(locals),
 260         },
 261     };
 262
 263     let dummy_location = Location {
 264         block: BasicBlock::new(0),
 265         statement_index: 0,
 266     };
 267
 268     // Visit the various parts of the basic block in reverse. If we go
 269     // forward, the logic in `add_def` and `add_use` would be wrong.
 270     visitor.visit_terminator(b.terminator(), dummy_location);
 271     for statement in b.statements.iter().rev() {
 272         visitor.visit_statement(statement, dummy_location);
 273     }
 274
 275     visitor.defs_uses
 276 }
 277
 278 pub fn dump_mir<'tcx>(
 279     tcx: TyCtxt<'tcx>,
 280     pass_name: &str,
 281     source: MirSource<'tcx>,
 282     body: &Body<'tcx>,
 283     result: &LivenessResult,
 284 ) {
 285     if !dump_enabled(tcx, pass_name, source) {
 286         return;
 287     }
 288     let node_path = ty::print::with_forced_impl_filename_line(|| {
 289         // see notes on #41697 below
 290         tcx.def_path_str(source.def_id())
 291     });
 292     dump_matched_mir_node(tcx, pass_name, &node_path, source, body, result);
 293 }
 294
 295 fn dump_matched_mir_node<'tcx>(
 296     tcx: TyCtxt<'tcx>,
 297     pass_name: &str,
 298     node_path: &str,
 299     source: MirSource<'tcx>,
 300     body: &Body<'tcx>,
 301     result: &LivenessResult,
 302 ) {
 303     let mut file_path = PathBuf::new();
 304     file_path.push(Path::new(&tcx.sess.opts.debugging_opts.dump_mir_dir));
 305     let item_id = tcx.hir().as_local_hir_id(source.def_id()).unwrap();
 306     let file_name = format!("rustc.node{}{}-liveness.mir", item_id, pass_name);
 307     file_path.push(&file_name);
 308     let _ = fs::File::create(&file_path).and_then(|mut file| {
 309         writeln!(file, "// MIR local liveness analysis for `{}`", node_path)?;
 310         writeln!(file, "// source = {:?}", source)?;
 311         writeln!(file, "// pass_name = {}", pass_name)?;
 312         writeln!(file, "")?;
 313         write_mir_fn(tcx, source, body, &mut file, result)?;
 314         Ok(())
 315     });
 316 }
 317
 318 pub fn write_mir_fn<'tcx>(
 319     tcx: TyCtxt<'tcx>,
 320     src: MirSource<'tcx>,
 321     body: &Body<'tcx>,
 322     w: &mut dyn Write,
 323     result: &LivenessResult,
 324 ) -> io::Result<()> {
 325     write_mir_intro(tcx, src, body, w)?;
 326     for block in body.basic_blocks().indices() {
 327         let print = |w: &mut dyn Write, prefix, result: &IndexVec<BasicBlock, LiveVarSet>| {
 328             let live: Vec<String> = result[block]
 329                 .iter()
 330                 .map(|local| format!("{:?}", local))
 331                 .collect();
 332             writeln!(w, "{} {{{}}}", prefix, live.join(", "))
 333         };
 334         write_basic_block(tcx, block, body, &mut |_, _| Ok(()), w)?;
 335         print(w, "   ", &result.outs)?;
 336         if block.index() + 1 != body.basic_blocks().len() {
 337             writeln!(w, "")?;
 338         }
 339     }
 340
 341     writeln!(w, "}}")?;
 342     Ok(())
 343 }