[RISCV] Regenerate autogen test to remove spurious diff
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1 ====================================
2 LLVM's Analysis and Transform Passes
3 ====================================
5 .. contents::
6     :local:
8 Introduction
9 ============
11 This document serves as a high level summary of the optimization features that
12 LLVM provides.  Optimizations are implemented as Passes that traverse some
13 portion of a program to either collect information or transform the program.
14 The table below divides the passes that LLVM provides into three categories.
15 Analysis passes compute information that other passes can use or for debugging
16 or program visualization purposes.  Transform passes can use (or invalidate)
17 the analysis passes.  Transform passes all mutate the program in some way.
18 Utility passes provides some utility but don't otherwise fit categorization.
19 For example passes to extract functions to bitcode or write a module to bitcode
20 are neither analysis nor transform passes.  The table of contents above
21 provides a quick summary of each pass and links to the more complete pass
22 description later in the document.
24 Analysis Passes
25 ===============
27 This section describes the LLVM Analysis Passes.
29 ``aa-eval``: Exhaustive Alias Analysis Precision Evaluator
30 ----------------------------------------------------------
32 This is a simple N^2 alias analysis accuracy evaluator.  Basically, for each
33 function in the program, it simply queries to see how the alias analysis
34 implementation answers alias queries between each pair of pointers in the
35 function.
37 This is inspired and adapted from code by: Naveen Neelakantam, Francesco
38 Spadini, and Wojciech Stryjewski.
40 ``basic-aa``: Basic Alias Analysis (stateless AA impl)
41 ------------------------------------------------------
43 A basic alias analysis pass that implements identities (two different globals
44 cannot alias, etc), but does no stateful analysis.
46 ``basiccg``: Basic CallGraph Construction
47 -----------------------------------------
49 Yet to be written.
51 .. _passes-da:
53 ``da``: Dependence Analysis
54 ---------------------------
56 Dependence analysis framework, which is used to detect dependences in memory
57 accesses.
59 ``domfrontier``: Dominance Frontier Construction
60 ------------------------------------------------
62 This pass is a simple dominator construction algorithm for finding forward
63 dominator frontiers.
65 ``domtree``: Dominator Tree Construction
66 ----------------------------------------
68 This pass is a simple dominator construction algorithm for finding forward
69 dominators.
72 ``dot-callgraph``: Print Call Graph to "dot" file
73 -------------------------------------------------
75 This pass, only available in ``opt``, prints the call graph into a ``.dot``
76 graph.  This graph can then be processed with the "dot" tool to convert it to
77 postscript or some other suitable format.
79 ``dot-cfg``: Print CFG of function to "dot" file
80 ------------------------------------------------
82 This pass, only available in ``opt``, prints the control flow graph into a
83 ``.dot`` graph.  This graph can then be processed with the :program:`dot` tool
84 to convert it to postscript or some other suitable format.
85 Additionally the ``-cfg-func-name=<substring>`` option can be used to filter the
86 functions that are printed. All functions that contain the specified substring
87 will be printed.
89 ``dot-cfg-only``: Print CFG of function to "dot" file (with no function bodies)
90 -------------------------------------------------------------------------------
92 This pass, only available in ``opt``, prints the control flow graph into a
93 ``.dot`` graph, omitting the function bodies.  This graph can then be processed
94 with the :program:`dot` tool to convert it to postscript or some other suitable
95 format.
96 Additionally the ``-cfg-func-name=<substring>`` option can be used to filter the
97 functions that are printed. All functions that contain the specified substring
98 will be printed.
100 ``dot-dom``: Print dominance tree of function to "dot" file
101 -----------------------------------------------------------
103 This pass, only available in ``opt``, prints the dominator tree into a ``.dot``
104 graph.  This graph can then be processed with the :program:`dot` tool to
105 convert it to postscript or some other suitable format.
107 ``dot-dom-only``: Print dominance tree of function to "dot" file (with no function bodies)
108 ------------------------------------------------------------------------------------------
110 This pass, only available in ``opt``, prints the dominator tree into a ``.dot``
111 graph, omitting the function bodies.  This graph can then be processed with the
112 :program:`dot` tool to convert it to postscript or some other suitable format.
114 ``dot-post-dom``: Print postdominance tree of function to "dot" file
115 --------------------------------------------------------------------
117 This pass, only available in ``opt``, prints the post dominator tree into a
118 ``.dot`` graph.  This graph can then be processed with the :program:`dot` tool
119 to convert it to postscript or some other suitable format.
121 ``dot-post-dom-only``: Print postdominance tree of function to "dot" file (with no function bodies)
122 ---------------------------------------------------------------------------------------------------
124 This pass, only available in ``opt``, prints the post dominator tree into a
125 ``.dot`` graph, omitting the function bodies.  This graph can then be processed
126 with the :program:`dot` tool to convert it to postscript or some other suitable
127 format.
129 ``globals-aa``: Simple mod/ref analysis for globals
130 ---------------------------------------------------
132 This simple pass provides alias and mod/ref information for global values that
133 do not have their address taken, and keeps track of whether functions read or
134 write memory (are "pure").  For this simple (but very common) case, we can
135 provide pretty accurate and useful information.
137 ``instcount``: Counts the various types of ``Instruction``\ s
138 -------------------------------------------------------------
140 This pass collects the count of all instructions and reports them.
142 ``iv-users``: Induction Variable Users
143 --------------------------------------
145 Bookkeeping for "interesting" users of expressions computed from induction
146 variables.
148 ``lazy-value-info``: Lazy Value Information Analysis
149 ----------------------------------------------------
151 Interface for lazy computation of value constraint information.
153 ``lint``: Statically lint-checks LLVM IR
154 ----------------------------------------
156 This pass statically checks for common and easily-identified constructs which
157 produce undefined or likely unintended behavior in LLVM IR.
159 It is not a guarantee of correctness, in two ways.  First, it isn't
160 comprehensive.  There are checks which could be done statically which are not
161 yet implemented.  Some of these are indicated by TODO comments, but those
162 aren't comprehensive either.  Second, many conditions cannot be checked
163 statically.  This pass does no dynamic instrumentation, so it can't check for
164 all possible problems.
166 Another limitation is that it assumes all code will be executed.  A store
167 through a null pointer in a basic block which is never reached is harmless, but
168 this pass will warn about it anyway.
170 Optimization passes may make conditions that this pass checks for more or less
171 obvious.  If an optimization pass appears to be introducing a warning, it may
172 be that the optimization pass is merely exposing an existing condition in the
173 code.
175 This code may be run before :ref:`instcombine <passes-instcombine>`.  In many
176 cases, instcombine checks for the same kinds of things and turns instructions
177 with undefined behavior into unreachable (or equivalent).  Because of this,
178 this pass makes some effort to look through bitcasts and so on.
180 ``loops``: Natural Loop Information
181 -----------------------------------
183 This analysis is used to identify natural loops and determine the loop depth of
184 various nodes of the CFG.  Note that the loops identified may actually be
185 several natural loops that share the same header node... not just a single
186 natural loop.
188 ``memdep``: Memory Dependence Analysis
189 --------------------------------------
191 An analysis that determines, for a given memory operation, what preceding
192 memory operations it depends on.  It builds on alias analysis information, and
193 tries to provide a lazy, caching interface to a common kind of alias
194 information query.
196 ``module-debuginfo``: Decodes module-level debug info
197 -----------------------------------------------------
199 This pass decodes the debug info metadata in a module and prints in a
200 (sufficiently-prepared-) human-readable form.
202 For example, run this pass from ``opt`` along with the ``-analyze`` option, and
203 it'll print to standard output.
205 ``postdomtree``: Post-Dominator Tree Construction
206 -------------------------------------------------
208 This pass is a simple post-dominator construction algorithm for finding
209 post-dominators.
211 ``print-alias-sets``: Alias Set Printer
212 ---------------------------------------
214 Yet to be written.
216 ``print-callgraph``: Print a call graph
217 ---------------------------------------
219 This pass, only available in ``opt``, prints the call graph to standard error
220 in a human-readable form.
222 ``print-callgraph-sccs``: Print SCCs of the Call Graph
223 ------------------------------------------------------
225 This pass, only available in ``opt``, prints the SCCs of the call graph to
226 standard error in a human-readable form.
228 ``print-cfg-sccs``: Print SCCs of each function CFG
229 ---------------------------------------------------
231 This pass, only available in ``opt``, printsthe SCCs of each function CFG to
232 standard error in a human-readable fom.
234 ``print-function``: Print function to stderr
235 --------------------------------------------
237 The ``PrintFunctionPass`` class is designed to be pipelined with other
238 ``FunctionPasses``, and prints out the functions of the module as they are
239 processed.
241 ``print-module``: Print module to stderr
242 ----------------------------------------
244 This pass simply prints out the entire module when it is executed.
246 ``regions``: Detect single entry single exit regions
247 ----------------------------------------------------
249 The ``RegionInfo`` pass detects single entry single exit regions in a function,
250 where a region is defined as any subgraph that is connected to the remaining
251 graph at only two spots.  Furthermore, a hierarchical region tree is built.
253 .. _passes-scalar-evolution:
255 ``scalar-evolution``: Scalar Evolution Analysis
256 -----------------------------------------------
258 The ``ScalarEvolution`` analysis can be used to analyze and categorize scalar
259 expressions in loops.  It specializes in recognizing general induction
260 variables, representing them with the abstract and opaque ``SCEV`` class.
261 Given this analysis, trip counts of loops and other important properties can be
262 obtained.
264 This analysis is primarily useful for induction variable substitution and
265 strength reduction.
267 ``scev-aa``: ScalarEvolution-based Alias Analysis
268 -------------------------------------------------
270 Simple alias analysis implemented in terms of ``ScalarEvolution`` queries.
272 This differs from traditional loop dependence analysis in that it tests for
273 dependencies within a single iteration of a loop, rather than dependencies
274 between different iterations.
276 ``ScalarEvolution`` has a more complete understanding of pointer arithmetic
277 than ``BasicAliasAnalysis``' collection of ad-hoc analyses.
279 ``stack-safety``: Stack Safety Analysis
280 ---------------------------------------
282 The ``StackSafety`` analysis can be used to determine if stack allocated
283 variables can be considered safe from memory access bugs.
285 This analysis' primary purpose is to be used by sanitizers to avoid unnecessary
286 instrumentation of safe variables.
288 Transform Passes
289 ================
291 This section describes the LLVM Transform Passes.
293 ``adce``: Aggressive Dead Code Elimination
294 ------------------------------------------
296 ADCE aggressively tries to eliminate code.  This pass is similar to :ref:`DCE
297 <passes-dce>` but it assumes that values are dead until proven otherwise.  This
298 is similar to :ref:`SCCP <passes-sccp>`, except applied to the liveness of
299 values.
301 ``always-inline``: Inliner for ``always_inline`` functions
302 ----------------------------------------------------------
304 A custom inliner that handles only functions that are marked as "always
305 inline".
307 ``argpromotion``: Promote 'by reference' arguments to scalars
308 -------------------------------------------------------------
310 This pass promotes "by reference" arguments to be "by value" arguments.  In
311 practice, this means looking for internal functions that have pointer
312 arguments.  If it can prove, through the use of alias analysis, that an
313 argument is *only* loaded, then it can pass the value into the function instead
314 of the address of the value.  This can cause recursive simplification of code
315 and lead to the elimination of allocas (especially in C++ template code like
316 the STL).
318 This pass also handles aggregate arguments that are passed into a function,
319 scalarizing them if the elements of the aggregate are only loaded.  Note that
320 it refuses to scalarize aggregates which would require passing in more than
321 three operands to the function, because passing thousands of operands for a
322 large array or structure is unprofitable!
324 Note that this transformation could also be done for arguments that are only
325 stored to (returning the value instead), but does not currently.  This case
326 would be best handled when and if LLVM starts supporting multiple return values
327 from functions.
329 ``block-placement``: Profile Guided Basic Block Placement
330 ---------------------------------------------------------
332 This pass is a very simple profile guided basic block placement algorithm.  The
333 idea is to put frequently executed blocks together at the start of the function
334 and hopefully increase the number of fall-through conditional branches.  If
335 there is no profile information for a particular function, this pass basically
336 orders blocks in depth-first order.
338 ``break-crit-edges``: Break critical edges in CFG
339 -------------------------------------------------
341 Break all of the critical edges in the CFG by inserting a dummy basic block.
342 It may be "required" by passes that cannot deal with critical edges.  This
343 transformation obviously invalidates the CFG, but can update forward dominator
344 (set, immediate dominators, tree, and frontier) information.
346 ``codegenprepare``: Optimize for code generation
347 ------------------------------------------------
349 This pass munges the code in the input function to better prepare it for
350 SelectionDAG-based code generation.  This works around limitations in its
351 basic-block-at-a-time approach.  It should eventually be removed.
353 ``constmerge``: Merge Duplicate Global Constants
354 ------------------------------------------------
356 Merges duplicate global constants together into a single constant that is
357 shared.  This is useful because some passes (i.e., TraceValues) insert a lot of
358 string constants into the program, regardless of whether or not an existing
359 string is available.
361 .. _passes-dce:
363 ``dce``: Dead Code Elimination
364 ------------------------------
366 Dead code elimination is similar to dead instruction elimination, but it
367 rechecks instructions that were used by removed instructions to see if they
368 are newly dead.
370 ``deadargelim``: Dead Argument Elimination
371 ------------------------------------------
373 This pass deletes dead arguments from internal functions.  Dead argument
374 elimination removes arguments which are directly dead, as well as arguments
375 only passed into function calls as dead arguments of other functions.  This
376 pass also deletes dead arguments in a similar way.
378 This pass is often useful as a cleanup pass to run after aggressive
379 interprocedural passes, which add possibly-dead arguments.
381 ``dse``: Dead Store Elimination
382 -------------------------------
384 A trivial dead store elimination that only considers basic-block local
385 redundant stores.
387 .. _passes-function-attrs:
389 ``function-attrs``: Deduce function attributes
390 ----------------------------------------------
392 A simple interprocedural pass which walks the call-graph, looking for functions
393 which do not access or only read non-local memory, and marking them
394 ``readnone``/``readonly``.  In addition, it marks function arguments (of
395 pointer type) "``nocapture``" if a call to the function does not create any
396 copies of the pointer value that outlive the call.  This more or less means
397 that the pointer is only dereferenced, and not returned from the function or
398 stored in a global.  This pass is implemented as a bottom-up traversal of the
399 call-graph.
401 ``globaldce``: Dead Global Elimination
402 --------------------------------------
404 This transform is designed to eliminate unreachable internal globals from the
405 program.  It uses an aggressive algorithm, searching out globals that are known
406 to be alive.  After it finds all of the globals which are needed, it deletes
407 whatever is left over.  This allows it to delete recursive chunks of the
408 program which are unreachable.
410 ``globalopt``: Global Variable Optimizer
411 ----------------------------------------
413 This pass transforms simple global variables that never have their address
414 taken.  If obviously true, it marks read/write globals as constant, deletes
415 variables only stored to, etc.
417 ``gvn``: Global Value Numbering
418 -------------------------------
420 This pass performs global value numbering to eliminate fully and partially
421 redundant instructions.  It also performs redundant load elimination.
423 .. _passes-indvars:
425 ``indvars``: Canonicalize Induction Variables
426 ---------------------------------------------
428 This transformation analyzes and transforms the induction variables (and
429 computations derived from them) into simpler forms suitable for subsequent
430 analysis and transformation.
432 This transformation makes the following changes to each loop with an
433 identifiable induction variable:
435 * All loops are transformed to have a *single* canonical induction variable
436   which starts at zero and steps by one.
437 * The canonical induction variable is guaranteed to be the first PHI node in
438   the loop header block.
439 * Any pointer arithmetic recurrences are raised to use array subscripts.
441 If the trip count of a loop is computable, this pass also makes the following
442 changes:
444 * The exit condition for the loop is canonicalized to compare the induction
445   value against the exit value.  This turns loops like:
447   .. code-block:: c++
449     for (i = 7; i*i < 1000; ++i)
451     into
453   .. code-block:: c++
455     for (i = 0; i != 25; ++i)
457 * Any use outside of the loop of an expression derived from the indvar is
458   changed to compute the derived value outside of the loop, eliminating the
459   dependence on the exit value of the induction variable.  If the only purpose
460   of the loop is to compute the exit value of some derived expression, this
461   transformation will make the loop dead.
463 This transformation should be followed by strength reduction after all of the
464 desired loop transformations have been performed.  Additionally, on targets
465 where it is profitable, the loop could be transformed to count down to zero
466 (the "do loop" optimization).
468 ``inline``: Function Integration/Inlining
469 -----------------------------------------
471 Bottom-up inlining of functions into callees.
473 .. _passes-instcombine:
475 ``instcombine``: Combine redundant instructions
476 -----------------------------------------------
478 Combine instructions to form fewer, simple instructions.  This pass does not
479 modify the CFG. This pass is where algebraic simplification happens.
481 This pass combines things like:
483 .. code-block:: llvm
485   %Y = add i32 %X, 1
486   %Z = add i32 %Y, 1
488 into:
490 .. code-block:: llvm
492   %Z = add i32 %X, 2
494 This is a simple worklist driven algorithm.
496 This pass guarantees that the following canonicalizations are performed on the
497 program:
499 #. If a binary operator has a constant operand, it is moved to the right-hand
500    side.
501 #. Bitwise operators with constant operands are always grouped so that shifts
502    are performed first, then ``or``\ s, then ``and``\ s, then ``xor``\ s.
503 #. Compare instructions are converted from ``<``, ``>``, ``≤``, or ``≥`` to
504    ``=`` or ``≠`` if possible.
505 #. All ``cmp`` instructions on boolean values are replaced with logical
506    operations.
507 #. ``add X, X`` is represented as ``mul X, 2`` â‡’ ``shl X, 1``
508 #. Multiplies with a constant power-of-two argument are transformed into
509    shifts.
510 #. â€¦ etc.
512 This pass can also simplify calls to specific well-known function calls (e.g.
513 runtime library functions).  For example, a call ``exit(3)`` that occurs within
514 the ``main()`` function can be transformed into simply ``return 3``. Whether or
515 not library calls are simplified is controlled by the
516 :ref:`-function-attrs <passes-function-attrs>` pass and LLVM's knowledge of
517 library calls on different targets.
519 .. _passes-aggressive-instcombine:
521 ``aggressive-instcombine``: Combine expression patterns
522 --------------------------------------------------------
524 Combine expression patterns to form expressions with fewer, simple instructions.
526 For example, this pass reduce width of expressions post-dominated by TruncInst
527 into smaller width when applicable.
529 It differs from instcombine pass in that it can modify CFG and contains pattern
530 optimization that requires higher complexity than the O(1), thus, it should run fewer
531 times than instcombine pass.
533 ``internalize``: Internalize Global Symbols
534 -------------------------------------------
536 This pass loops over all of the functions in the input module, looking for a
537 main function.  If a main function is found, all other functions and all global
538 variables with initializers are marked as internal.
540 ``ipsccp``: Interprocedural Sparse Conditional Constant Propagation
541 -------------------------------------------------------------------
543 An interprocedural variant of :ref:`Sparse Conditional Constant Propagation
544 <passes-sccp>`.
546 ``jump-threading``: Jump Threading
547 ----------------------------------
549 Jump threading tries to find distinct threads of control flow running through a
550 basic block.  This pass looks at blocks that have multiple predecessors and
551 multiple successors.  If one or more of the predecessors of the block can be
552 proven to always cause a jump to one of the successors, we forward the edge
553 from the predecessor to the successor by duplicating the contents of this
554 block.
556 An example of when this can occur is code like this:
558 .. code-block:: c++
560   if () { ...
561     X = 4;
562   }
563   if (X < 3) {
565 In this case, the unconditional branch at the end of the first if can be
566 revectored to the false side of the second if.
568 .. _passes-lcssa:
570 ``lcssa``: Loop-Closed SSA Form Pass
571 ------------------------------------
573 This pass transforms loops by placing phi nodes at the end of the loops for all
574 values that are live across the loop boundary.  For example, it turns the left
575 into the right code:
577 .. code-block:: c++
579   for (...)                for (...)
580       if (c)                   if (c)
581           X1 = ...                 X1 = ...
582       else                     else
583           X2 = ...                 X2 = ...
584       X3 = phi(X1, X2)         X3 = phi(X1, X2)
585   ... = X3 + 4              X4 = phi(X3)
586                               ... = X4 + 4
588 This is still valid LLVM; the extra phi nodes are purely redundant, and will be
589 trivially eliminated by ``InstCombine``.  The major benefit of this
590 transformation is that it makes many other loop optimizations, such as
591 ``LoopUnswitch``\ ing, simpler. You can read more in the
592 :ref:`loop terminology section for the LCSSA form <loop-terminology-lcssa>`.
594 .. _passes-licm:
596 ``licm``: Loop Invariant Code Motion
597 ------------------------------------
599 This pass performs loop invariant code motion, attempting to remove as much
600 code from the body of a loop as possible.  It does this by either hoisting code
601 into the preheader block, or by sinking code to the exit blocks if it is safe.
602 This pass also promotes must-aliased memory locations in the loop to live in
603 registers, thus hoisting and sinking "invariant" loads and stores.
605 Hoisting operations out of loops is a canonicalization transform. It enables
606 and simplifies subsequent optimizations in the middle-end. Rematerialization
607 of hoisted instructions to reduce register pressure is the responsibility of
608 the back-end, which has more accurate information about register pressure and
609 also handles other optimizations than LICM that increase live-ranges.
611 This pass uses alias analysis for two purposes:
613 #. Moving loop invariant loads and calls out of loops.  If we can determine
614    that a load or call inside of a loop never aliases anything stored to, we
615    can hoist it or sink it like any other instruction.
617 #. Scalar Promotion of Memory.  If there is a store instruction inside of the
618    loop, we try to move the store to happen AFTER the loop instead of inside of
619    the loop.  This can only happen if a few conditions are true:
621    #. The pointer stored through is loop invariant.
622    #. There are no stores or loads in the loop which *may* alias the pointer.
623       There are no calls in the loop which mod/ref the pointer.
625    If these conditions are true, we can promote the loads and stores in the
626    loop of the pointer to use a temporary alloca'd variable.  We then use the
627    :ref:`mem2reg <passes-mem2reg>` functionality to construct the appropriate
628    SSA form for the variable.
630 ``loop-deletion``: Delete dead loops
631 ------------------------------------
633 This file implements the Dead Loop Deletion Pass.  This pass is responsible for
634 eliminating loops with non-infinite computable trip counts that have no side
635 effects or volatile instructions, and do not contribute to the computation of
636 the function's return value.
638 .. _passes-loop-extract:
640 ``loop-extract``: Extract loops into new functions
641 --------------------------------------------------
643 A pass wrapper around the ``ExtractLoop()`` scalar transformation to extract
644 each top-level loop into its own new function.  If the loop is the *only* loop
645 in a given function, it is not touched.  This is a pass most useful for
646 debugging via bugpoint.
648 ``loop-reduce``: Loop Strength Reduction
649 ----------------------------------------
651 This pass performs a strength reduction on array references inside loops that
652 have as one or more of their components the loop induction variable.  This is
653 accomplished by creating a new value to hold the initial value of the array
654 access for the first iteration, and then creating a new GEP instruction in the
655 loop to increment the value by the appropriate amount.
657 .. _passes-loop-rotate:
659 ``loop-rotate``: Rotate Loops
660 -----------------------------
662 A simple loop rotation transformation.  A summary of it can be found in
663 :ref:`Loop Terminology for Rotated Loops <loop-terminology-loop-rotate>`.
666 .. _passes-loop-simplify:
668 ``loop-simplify``: Canonicalize natural loops
669 ---------------------------------------------
671 This pass performs several transformations to transform natural loops into a
672 simpler form, which makes subsequent analyses and transformations simpler and
673 more effective. A summary of it can be found in
674 :ref:`Loop Terminology, Loop Simplify Form <loop-terminology-loop-simplify>`.
676 Loop pre-header insertion guarantees that there is a single, non-critical entry
677 edge from outside of the loop to the loop header.  This simplifies a number of
678 analyses and transformations, such as :ref:`LICM <passes-licm>`.
680 Loop exit-block insertion guarantees that all exit blocks from the loop (blocks
681 which are outside of the loop that have predecessors inside of the loop) only
682 have predecessors from inside of the loop (and are thus dominated by the loop
683 header).  This simplifies transformations such as store-sinking that are built
684 into LICM.
686 This pass also guarantees that loops will have exactly one backedge.
688 Note that the :ref:`simplifycfg <passes-simplifycfg>` pass will clean up blocks
689 which are split out but end up being unnecessary, so usage of this pass should
690 not pessimize generated code.
692 This pass obviously modifies the CFG, but updates loop information and
693 dominator information.
695 ``loop-unroll``: Unroll loops
696 -----------------------------
698 This pass implements a simple loop unroller.  It works best when loops have
699 been canonicalized by the :ref:`indvars <passes-indvars>` pass, allowing it to
700 determine the trip counts of loops easily.
702 ``loop-unroll-and-jam``: Unroll and Jam loops
703 ---------------------------------------------
705 This pass implements a simple unroll and jam classical loop optimisation pass.
706 It transforms loop from:
708 .. code-block:: c++
710   for i.. i+= 1              for i.. i+= 4
711     for j..                    for j..
712       code(i, j)                 code(i, j)
713                                  code(i+1, j)
714                                  code(i+2, j)
715                                  code(i+3, j)
716                              remainder loop
718 Which can be seen as unrolling the outer loop and "jamming" (fusing) the inner
719 loops into one. When variables or loads can be shared in the new inner loop, this
720 can lead to significant performance improvements. It uses
721 :ref:`Dependence Analysis <passes-da>` for proving the transformations are safe.
723 ``lower-global-dtors``: Lower global destructors
724 ------------------------------------------------
726 This pass lowers global module destructors (``llvm.global_dtors``) by creating
727 wrapper functions that are registered as global constructors in
728 ``llvm.global_ctors`` and which contain a call to ``__cxa_atexit`` to register
729 their destructor functions.
731 ``loweratomic``: Lower atomic intrinsics to non-atomic form
732 -----------------------------------------------------------
734 This pass lowers atomic intrinsics to non-atomic form for use in a known
735 non-preemptible environment.
737 The pass does not verify that the environment is non-preemptible (in general
738 this would require knowledge of the entire call graph of the program including
739 any libraries which may not be available in bitcode form); it simply lowers
740 every atomic intrinsic.
742 ``lowerinvoke``: Lower invokes to calls, for unwindless code generators
743 -----------------------------------------------------------------------
745 This transformation is designed for use by code generators which do not yet
746 support stack unwinding.  This pass converts ``invoke`` instructions to
747 ``call`` instructions, so that any exception-handling ``landingpad`` blocks
748 become dead code (which can be removed by running the ``-simplifycfg`` pass
749 afterwards).
751 ``lowerswitch``: Lower ``SwitchInst``\ s to branches
752 ----------------------------------------------------
754 Rewrites switch instructions with a sequence of branches, which allows targets
755 to get away with not implementing the switch instruction until it is
756 convenient.
758 .. _passes-mem2reg:
760 ``mem2reg``: Promote Memory to Register
761 ---------------------------------------
763 This file promotes memory references to be register references.  It promotes
764 alloca instructions which only have loads and stores as uses.  An ``alloca`` is
765 transformed by using dominator frontiers to place phi nodes, then traversing
766 the function in depth-first order to rewrite loads and stores as appropriate.
767 This is just the standard SSA construction algorithm to construct "pruned" SSA
768 form.
770 ``memcpyopt``: MemCpy Optimization
771 ----------------------------------
773 This pass performs various transformations related to eliminating ``memcpy``
774 calls, or transforming sets of stores into ``memset``\ s.
776 ``mergefunc``: Merge Functions
777 ------------------------------
779 This pass looks for equivalent functions that are mergeable and folds them.
781 Total-ordering is introduced among the functions set: we define comparison
782 that answers for every two functions which of them is greater. It allows to
783 arrange functions into the binary tree.
785 For every new function we check for equivalent in tree.
787 If equivalent exists we fold such functions. If both functions are overridable,
788 we move the functionality into a new internal function and leave two
789 overridable thunks to it.
791 If there is no equivalent, then we add this function to tree.
793 Lookup routine has O(log(n)) complexity, while whole merging process has
794 complexity of O(n*log(n)).
796 Read
797 :doc:`this <MergeFunctions>`
798 article for more details.
800 ``mergereturn``: Unify function exit nodes
801 ------------------------------------------
803 Ensure that functions have at most one ``ret`` instruction in them.
804 Additionally, it keeps track of which node is the new exit node of the CFG.
806 ``partial-inliner``: Partial Inliner
807 ------------------------------------
809 This pass performs partial inlining, typically by inlining an ``if`` statement
810 that surrounds the body of the function.
812 ``reassociate``: Reassociate expressions
813 ----------------------------------------
815 This pass reassociates commutative expressions in an order that is designed to
816 promote better constant propagation, GCSE, :ref:`LICM <passes-licm>`, PRE, etc.
818 For example: 4 + (x + 5) â‡’ x + (4 + 5)
820 In the implementation of this algorithm, constants are assigned rank = 0,
821 function arguments are rank = 1, and other values are assigned ranks
822 corresponding to the reverse post order traversal of current function (starting
823 at 2), which effectively gives values in deep loops higher rank than values not
824 in loops.
826 ``rel-lookup-table-converter``: Relative lookup table converter
827 ---------------------------------------------------------------
829 This pass converts lookup tables to PIC-friendly relative lookup tables.
831 ``reg2mem``: Demote all values to stack slots
832 ---------------------------------------------
834 This file demotes all registers to memory references.  It is intended to be the
835 inverse of :ref:`mem2reg <passes-mem2reg>`.  By converting to ``load``
836 instructions, the only values live across basic blocks are ``alloca``
837 instructions and ``load`` instructions before ``phi`` nodes.  It is intended
838 that this should make CFG hacking much easier.  To make later hacking easier,
839 the entry block is split into two, such that all introduced ``alloca``
840 instructions (and nothing else) are in the entry block.
842 ``sroa``: Scalar Replacement of Aggregates
843 ------------------------------------------
845 The well-known scalar replacement of aggregates transformation.  This transform
846 breaks up ``alloca`` instructions of aggregate type (structure or array) into
847 individual ``alloca`` instructions for each member if possible.  Then, if
848 possible, it transforms the individual ``alloca`` instructions into nice clean
849 scalar SSA form.
851 .. _passes-sccp:
853 ``sccp``: Sparse Conditional Constant Propagation
854 -------------------------------------------------
856 Sparse conditional constant propagation and merging, which can be summarized
859 * Assumes values are constant unless proven otherwise
860 * Assumes BasicBlocks are dead unless proven otherwise
861 * Proves values to be constant, and replaces them with constants
862 * Proves conditional branches to be unconditional
864 Note that this pass has a habit of making definitions be dead.  It is a good
865 idea to run a :ref:`DCE <passes-dce>` pass sometime after running this pass.
867 .. _passes-simplifycfg:
869 ``simplifycfg``: Simplify the CFG
870 ---------------------------------
872 Performs dead code elimination and basic block merging.  Specifically:
874 * Removes basic blocks with no predecessors.
875 * Merges a basic block into its predecessor if there is only one and the
876   predecessor only has one successor.
877 * Eliminates PHI nodes for basic blocks with a single predecessor.
878 * Eliminates a basic block that only contains an unconditional branch.
880 ``sink``: Code sinking
881 ----------------------
883 This pass moves instructions into successor blocks, when possible, so that they
884 aren't executed on paths where their results aren't needed.
886 .. _passes-simple-loop-unswitch:
888 ``simple-loop-unswitch``: Unswitch loops
889 ----------------------------------------
891 This pass transforms loops that contain branches on loop-invariant conditions
892 to have multiple loops.  For example, it turns the left into the right code:
894 .. code-block:: c++
896   for (...)                  if (lic)
897       A                          for (...)
898       if (lic)                       A; B; C
899           B                  else
900       C                          for (...)
901                                      A; C
903 This can increase the size of the code exponentially (doubling it every time a
904 loop is unswitched) so we only unswitch if the resultant code will be smaller
905 than a threshold.
907 This pass expects :ref:`LICM <passes-licm>` to be run before it to hoist
908 invariant conditions out of the loop, to make the unswitching opportunity
909 obvious.
911 ``strip``: Strip all symbols from a module
912 ------------------------------------------
914 Performs code stripping.  This transformation can delete:
916 * names for virtual registers
917 * symbols for internal globals and functions
918 * debug information
920 Note that this transformation makes code much less readable, so it should only
921 be used in situations where the strip utility would be used, such as reducing
922 code size or making it harder to reverse engineer code.
924 ``strip-dead-debug-info``: Strip debug info for unused symbols
925 --------------------------------------------------------------
927 .. FIXME: this description is the same as for -strip
929 performs code stripping. this transformation can delete:
931 * names for virtual registers
932 * symbols for internal globals and functions
933 * debug information
935 note that this transformation makes code much less readable, so it should only
936 be used in situations where the strip utility would be used, such as reducing
937 code size or making it harder to reverse engineer code.
939 ``strip-dead-prototypes``: Strip Unused Function Prototypes
940 -----------------------------------------------------------
942 This pass loops over all of the functions in the input module, looking for dead
943 declarations and removes them.  Dead declarations are declarations of functions
944 for which no implementation is available (i.e., declarations for unused library
945 functions).
947 ``strip-debug-declare``: Strip all ``llvm.dbg.declare`` intrinsics
948 ------------------------------------------------------------------
950 .. FIXME: this description is the same as for -strip
952 This pass implements code stripping.  Specifically, it can delete:
954 #. names for virtual registers
955 #. symbols for internal globals and functions
956 #. debug information
958 Note that this transformation makes code much less readable, so it should only
959 be used in situations where the 'strip' utility would be used, such as reducing
960 code size or making it harder to reverse engineer code.
962 ``strip-nondebug``: Strip all symbols, except dbg symbols, from a module
963 ------------------------------------------------------------------------
965 .. FIXME: this description is the same as for -strip
967 This pass implements code stripping.  Specifically, it can delete:
969 #. names for virtual registers
970 #. symbols for internal globals and functions
971 #. debug information
973 Note that this transformation makes code much less readable, so it should only
974 be used in situations where the 'strip' utility would be used, such as reducing
975 code size or making it harder to reverse engineer code.
977 ``tailcallelim``: Tail Call Elimination
978 ---------------------------------------
980 This file transforms calls of the current function (self recursion) followed by
981 a return instruction with a branch to the entry of the function, creating a
982 loop.  This pass also implements the following extensions to the basic
983 algorithm:
985 #. Trivial instructions between the call and return do not prevent the
986    transformation from taking place, though currently the analysis cannot
987    support moving any really useful instructions (only dead ones).
988 #. This pass transforms functions that are prevented from being tail recursive
989    by an associative expression to use an accumulator variable, thus compiling
990    the typical naive factorial or fib implementation into efficient code.
991 #. TRE is performed if the function returns void, if the return returns the
992    result returned by the call, or if the function returns a run-time constant
993    on all exits from the function.  It is possible, though unlikely, that the
994    return returns something else (like constant 0), and can still be TRE'd.  It
995    can be TRE'd if *all other* return instructions in the function return the
996    exact same value.
997 #. If it can prove that callees do not access their caller stack frame, they
998    are marked as eligible for tail call elimination (by the code generator).
1000 Utility Passes
1001 ==============
1003 This section describes the LLVM Utility Passes.
1005 ``deadarghaX0r``: Dead Argument Hacking (BUGPOINT USE ONLY; DO NOT USE)
1006 -----------------------------------------------------------------------
1008 Same as dead argument elimination, but deletes arguments to functions which are
1009 external.  This is only for use by :doc:`bugpoint <Bugpoint>`.
1011 ``extract-blocks``: Extract Basic Blocks From Module (for bugpoint use)
1012 -----------------------------------------------------------------------
1014 This pass is used by bugpoint to extract all blocks from the module into their
1015 own functions.
1017 ``instnamer``: Assign names to anonymous instructions
1018 -----------------------------------------------------
1020 This is a little utility pass that gives instructions names, this is mostly
1021 useful when diffing the effect of an optimization because deleting an unnamed
1022 instruction can change all other instruction numbering, making the diff very
1023 noisy.
1025 .. _passes-verify:
1027 ``verify``: Module Verifier
1028 ---------------------------
1030 Verifies an LLVM IR code.  This is useful to run after an optimization which is
1031 undergoing testing.  Note that llvm-as verifies its input before emitting
1032 bitcode, and also that malformed bitcode is likely to make LLVM crash.  All
1033 language front-ends are therefore encouraged to verify their output before
1034 performing optimizing transformations.
1036 #. Both of a binary operator's parameters are of the same type.
1037 #. Verify that the indices of mem access instructions match other operands.
1038 #. Verify that arithmetic and other things are only performed on first-class
1039    types.  Verify that shifts and logicals only happen on integrals f.e.
1040 #. All of the constants in a switch statement are of the correct type.
1041 #. The code is in valid SSA form.
1042 #. It is illegal to put a label into any other type (like a structure) or to
1043    return one.
1044 #. Only phi nodes can be self referential: ``%x = add i32 %x``, ``%x`` is
1045    invalid.
1046 #. PHI nodes must have an entry for each predecessor, with no extras.
1047 #. PHI nodes must be the first thing in a basic block, all grouped together.
1048 #. PHI nodes must have at least one entry.
1049 #. All basic blocks should only end with terminator insts, not contain them.
1050 #. The entry node to a function must not have predecessors.
1051 #. All Instructions must be embedded into a basic block.
1052 #. Functions cannot take a void-typed parameter.
1053 #. Verify that a function's argument list agrees with its declared type.
1054 #. It is illegal to specify a name for a void value.
1055 #. It is illegal to have an internal global value with no initializer.
1056 #. It is illegal to have a ``ret`` instruction that returns a value that does
1057    not agree with the function return value type.
1058 #. Function call argument types match the function prototype.
1059 #. All other things that are tested by asserts spread about the code.
1061 Note that this does not provide full security verification (like Java), but
1062 instead just tries to ensure that code is well-formed.
1064 .. _passes-view-cfg:
1066 ``view-cfg``: View CFG of function
1067 ----------------------------------
1069 Displays the control flow graph using the GraphViz tool.
1070 Additionally the ``-cfg-func-name=<substring>`` option can be used to filter the
1071 functions that are displayed. All functions that contain the specified substring
1072 will be displayed.
1074 ``view-cfg-only``: View CFG of function (with no function bodies)
1075 -----------------------------------------------------------------
1077 Displays the control flow graph using the GraphViz tool, but omitting function
1078 bodies.
1079 Additionally the ``-cfg-func-name=<substring>`` option can be used to filter the
1080 functions that are displayed. All functions that contain the specified substring
1081 will be displayed.
1083 ``view-dom``: View dominance tree of function
1084 ---------------------------------------------
1086 Displays the dominator tree using the GraphViz tool.
1088 ``view-dom-only``: View dominance tree of function (with no function bodies)
1089 ----------------------------------------------------------------------------
1091 Displays the dominator tree using the GraphViz tool, but omitting function
1092 bodies.
1094 ``view-post-dom``: View postdominance tree of function
1095 ------------------------------------------------------
1097 Displays the post dominator tree using the GraphViz tool.
1099 ``view-post-dom-only``: View postdominance tree of function (with no function bodies)
1100 -------------------------------------------------------------------------------------
1102 Displays the post dominator tree using the GraphViz tool, but omitting function
1103 bodies.
1105 ``transform-warning``: Report missed forced transformations
1106 -----------------------------------------------------------
1108 Emits warnings about not yet applied forced transformations (e.g. from
1109 ``#pragma omp simd``).