]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - contrib/llvm/lib/Transforms/IPO/GlobalOpt.cpp
Merge clang 7.0.1 and several follow-up changes
[FreeBSD/FreeBSD.git] / contrib / llvm / lib / Transforms / IPO / GlobalOpt.cpp
1 //===- GlobalOpt.cpp - Optimize Global Variables --------------------------===//
2 //
3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
4 //
5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
6 // License. See LICENSE.TXT for details.
7 //
8 //===----------------------------------------------------------------------===//
9 //
10 // This pass transforms simple global variables that never have their address
11 // taken.  If obviously true, it marks read/write globals as constant, deletes
12 // variables only stored to, etc.
13 //
14 //===----------------------------------------------------------------------===//
15
16 #include "llvm/Transforms/IPO/GlobalOpt.h"
17 #include "llvm/ADT/DenseMap.h"
18 #include "llvm/ADT/STLExtras.h"
19 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
20 #include "llvm/ADT/SmallVector.h"
21 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
22 #include "llvm/ADT/Twine.h"
23 #include "llvm/ADT/iterator_range.h"
24 #include "llvm/Analysis/BlockFrequencyInfo.h"
25 #include "llvm/Analysis/ConstantFolding.h"
26 #include "llvm/Analysis/MemoryBuiltins.h"
27 #include "llvm/Analysis/TargetLibraryInfo.h"
28 #include "llvm/Analysis/TargetTransformInfo.h"
29 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
30 #include "llvm/BinaryFormat/Dwarf.h"
31 #include "llvm/IR/Attributes.h"
32 #include "llvm/IR/BasicBlock.h"
33 #include "llvm/IR/CallSite.h"
34 #include "llvm/IR/CallingConv.h"
35 #include "llvm/IR/Constant.h"
36 #include "llvm/IR/Constants.h"
37 #include "llvm/IR/DataLayout.h"
38 #include "llvm/IR/DebugInfoMetadata.h"
39 #include "llvm/IR/DerivedTypes.h"
40 #include "llvm/IR/Dominators.h"
41 #include "llvm/IR/Function.h"
42 #include "llvm/IR/GetElementPtrTypeIterator.h"
43 #include "llvm/IR/GlobalAlias.h"
44 #include "llvm/IR/GlobalValue.h"
45 #include "llvm/IR/GlobalVariable.h"
46 #include "llvm/IR/InstrTypes.h"
47 #include "llvm/IR/Instruction.h"
48 #include "llvm/IR/Instructions.h"
49 #include "llvm/IR/IntrinsicInst.h"
50 #include "llvm/IR/Module.h"
51 #include "llvm/IR/Operator.h"
52 #include "llvm/IR/Type.h"
53 #include "llvm/IR/Use.h"
54 #include "llvm/IR/User.h"
55 #include "llvm/IR/Value.h"
56 #include "llvm/IR/ValueHandle.h"
57 #include "llvm/Pass.h"
58 #include "llvm/Support/AtomicOrdering.h"
59 #include "llvm/Support/Casting.h"
60 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
61 #include "llvm/Support/Debug.h"
62 #include "llvm/Support/ErrorHandling.h"
63 #include "llvm/Support/MathExtras.h"
64 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
65 #include "llvm/Transforms/IPO.h"
66 #include "llvm/Transforms/Utils/CtorUtils.h"
67 #include "llvm/Transforms/Utils/Evaluator.h"
68 #include "llvm/Transforms/Utils/GlobalStatus.h"
69 #include <cassert>
70 #include <cstdint>
71 #include <utility>
72 #include <vector>
73
74 using namespace llvm;
75
76 #define DEBUG_TYPE "globalopt"
77
78 STATISTIC(NumMarked    , "Number of globals marked constant");
79 STATISTIC(NumUnnamed   , "Number of globals marked unnamed_addr");
80 STATISTIC(NumSRA       , "Number of aggregate globals broken into scalars");
81 STATISTIC(NumHeapSRA   , "Number of heap objects SRA'd");
82 STATISTIC(NumSubstitute,"Number of globals with initializers stored into them");
83 STATISTIC(NumDeleted   , "Number of globals deleted");
84 STATISTIC(NumGlobUses  , "Number of global uses devirtualized");
85 STATISTIC(NumLocalized , "Number of globals localized");
86 STATISTIC(NumShrunkToBool  , "Number of global vars shrunk to booleans");
87 STATISTIC(NumFastCallFns   , "Number of functions converted to fastcc");
88 STATISTIC(NumCtorsEvaluated, "Number of static ctors evaluated");
89 STATISTIC(NumNestRemoved   , "Number of nest attributes removed");
90 STATISTIC(NumAliasesResolved, "Number of global aliases resolved");
91 STATISTIC(NumAliasesRemoved, "Number of global aliases eliminated");
92 STATISTIC(NumCXXDtorsRemoved, "Number of global C++ destructors removed");
93 STATISTIC(NumInternalFunc, "Number of internal functions");
94 STATISTIC(NumColdCC, "Number of functions marked coldcc");
95
96 static cl::opt<bool>
97     EnableColdCCStressTest("enable-coldcc-stress-test",
98                            cl::desc("Enable stress test of coldcc by adding "
99                                     "calling conv to all internal functions."),
100                            cl::init(false), cl::Hidden);
101
102 static cl::opt<int> ColdCCRelFreq(
103     "coldcc-rel-freq", cl::Hidden, cl::init(2), cl::ZeroOrMore,
104     cl::desc(
105         "Maximum block frequency, expressed as a percentage of caller's "
106         "entry frequency, for a call site to be considered cold for enabling"
107         "coldcc"));
108
109 /// Is this global variable possibly used by a leak checker as a root?  If so,
110 /// we might not really want to eliminate the stores to it.
111 static bool isLeakCheckerRoot(GlobalVariable *GV) {
112   // A global variable is a root if it is a pointer, or could plausibly contain
113   // a pointer.  There are two challenges; one is that we could have a struct
114   // the has an inner member which is a pointer.  We recurse through the type to
115   // detect these (up to a point).  The other is that we may actually be a union
116   // of a pointer and another type, and so our LLVM type is an integer which
117   // gets converted into a pointer, or our type is an [i8 x #] with a pointer
118   // potentially contained here.
119
120   if (GV->hasPrivateLinkage())
121     return false;
122
123   SmallVector<Type *, 4> Types;
124   Types.push_back(GV->getValueType());
125
126   unsigned Limit = 20;
127   do {
128     Type *Ty = Types.pop_back_val();
129     switch (Ty->getTypeID()) {
130       default: break;
131       case Type::PointerTyID: return true;
132       case Type::ArrayTyID:
133       case Type::VectorTyID: {
134         SequentialType *STy = cast<SequentialType>(Ty);
135         Types.push_back(STy->getElementType());
136         break;
137       }
138       case Type::StructTyID: {
139         StructType *STy = cast<StructType>(Ty);
140         if (STy->isOpaque()) return true;
141         for (StructType::element_iterator I = STy->element_begin(),
142                  E = STy->element_end(); I != E; ++I) {
143           Type *InnerTy = *I;
144           if (isa<PointerType>(InnerTy)) return true;
145           if (isa<CompositeType>(InnerTy))
146             Types.push_back(InnerTy);
147         }
148         break;
149       }
150     }
151     if (--Limit == 0) return true;
152   } while (!Types.empty());
153   return false;
154 }
155
156 /// Given a value that is stored to a global but never read, determine whether
157 /// it's safe to remove the store and the chain of computation that feeds the
158 /// store.
159 static bool IsSafeComputationToRemove(Value *V, const TargetLibraryInfo *TLI) {
160   do {
161     if (isa<Constant>(V))
162       return true;
163     if (!V->hasOneUse())
164       return false;
165     if (isa<LoadInst>(V) || isa<InvokeInst>(V) || isa<Argument>(V) ||
166         isa<GlobalValue>(V))
167       return false;
168     if (isAllocationFn(V, TLI))
169       return true;
170
171     Instruction *I = cast<Instruction>(V);
172     if (I->mayHaveSideEffects())
173       return false;
174     if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(I)) {
175       if (!GEP->hasAllConstantIndices())
176         return false;
177     } else if (I->getNumOperands() != 1) {
178       return false;
179     }
180
181     V = I->getOperand(0);
182   } while (true);
183 }
184
185 /// This GV is a pointer root.  Loop over all users of the global and clean up
186 /// any that obviously don't assign the global a value that isn't dynamically
187 /// allocated.
188 static bool CleanupPointerRootUsers(GlobalVariable *GV,
189                                     const TargetLibraryInfo *TLI) {
190   // A brief explanation of leak checkers.  The goal is to find bugs where
191   // pointers are forgotten, causing an accumulating growth in memory
192   // usage over time.  The common strategy for leak checkers is to whitelist the
193   // memory pointed to by globals at exit.  This is popular because it also
194   // solves another problem where the main thread of a C++ program may shut down
195   // before other threads that are still expecting to use those globals.  To
196   // handle that case, we expect the program may create a singleton and never
197   // destroy it.
198
199   bool Changed = false;
200
201   // If Dead[n].first is the only use of a malloc result, we can delete its
202   // chain of computation and the store to the global in Dead[n].second.
203   SmallVector<std::pair<Instruction *, Instruction *>, 32> Dead;
204
205   // Constants can't be pointers to dynamically allocated memory.
206   for (Value::user_iterator UI = GV->user_begin(), E = GV->user_end();
207        UI != E;) {
208     User *U = *UI++;
209     if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(U)) {
210       Value *V = SI->getValueOperand();
211       if (isa<Constant>(V)) {
212         Changed = true;
213         SI->eraseFromParent();
214       } else if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V)) {
215         if (I->hasOneUse())
216           Dead.push_back(std::make_pair(I, SI));
217       }
218     } else if (MemSetInst *MSI = dyn_cast<MemSetInst>(U)) {
219       if (isa<Constant>(MSI->getValue())) {
220         Changed = true;
221         MSI->eraseFromParent();
222       } else if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(MSI->getValue())) {
223         if (I->hasOneUse())
224           Dead.push_back(std::make_pair(I, MSI));
225       }
226     } else if (MemTransferInst *MTI = dyn_cast<MemTransferInst>(U)) {
227       GlobalVariable *MemSrc = dyn_cast<GlobalVariable>(MTI->getSource());
228       if (MemSrc && MemSrc->isConstant()) {
229         Changed = true;
230         MTI->eraseFromParent();
231       } else if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(MemSrc)) {
232         if (I->hasOneUse())
233           Dead.push_back(std::make_pair(I, MTI));
234       }
235     } else if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(U)) {
236       if (CE->use_empty()) {
237         CE->destroyConstant();
238         Changed = true;
239       }
240     } else if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(U)) {
241       if (isSafeToDestroyConstant(C)) {
242         C->destroyConstant();
243         // This could have invalidated UI, start over from scratch.
244         Dead.clear();
245         CleanupPointerRootUsers(GV, TLI);
246         return true;
247       }
248     }
249   }
250
251   for (int i = 0, e = Dead.size(); i != e; ++i) {
252     if (IsSafeComputationToRemove(Dead[i].first, TLI)) {
253       Dead[i].second->eraseFromParent();
254       Instruction *I = Dead[i].first;
255       do {
256         if (isAllocationFn(I, TLI))
257           break;
258         Instruction *J = dyn_cast<Instruction>(I->getOperand(0));
259         if (!J)
260           break;
261         I->eraseFromParent();
262         I = J;
263       } while (true);
264       I->eraseFromParent();
265     }
266   }
267
268   return Changed;
269 }
270
271 /// We just marked GV constant.  Loop over all users of the global, cleaning up
272 /// the obvious ones.  This is largely just a quick scan over the use list to
273 /// clean up the easy and obvious cruft.  This returns true if it made a change.
274 static bool CleanupConstantGlobalUsers(Value *V, Constant *Init,
275                                        const DataLayout &DL,
276                                        TargetLibraryInfo *TLI) {
277   bool Changed = false;
278   // Note that we need to use a weak value handle for the worklist items. When
279   // we delete a constant array, we may also be holding pointer to one of its
280   // elements (or an element of one of its elements if we're dealing with an
281   // array of arrays) in the worklist.
282   SmallVector<WeakTrackingVH, 8> WorkList(V->user_begin(), V->user_end());
283   while (!WorkList.empty()) {
284     Value *UV = WorkList.pop_back_val();
285     if (!UV)
286       continue;
287
288     User *U = cast<User>(UV);
289
290     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(U)) {
291       if (Init) {
292         // Replace the load with the initializer.
293         LI->replaceAllUsesWith(Init);
294         LI->eraseFromParent();
295         Changed = true;
296       }
297     } else if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(U)) {
298       // Store must be unreachable or storing Init into the global.
299       SI->eraseFromParent();
300       Changed = true;
301     } else if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(U)) {
302       if (CE->getOpcode() == Instruction::GetElementPtr) {
303         Constant *SubInit = nullptr;
304         if (Init)
305           SubInit = ConstantFoldLoadThroughGEPConstantExpr(Init, CE);
306         Changed |= CleanupConstantGlobalUsers(CE, SubInit, DL, TLI);
307       } else if ((CE->getOpcode() == Instruction::BitCast &&
308                   CE->getType()->isPointerTy()) ||
309                  CE->getOpcode() == Instruction::AddrSpaceCast) {
310         // Pointer cast, delete any stores and memsets to the global.
311         Changed |= CleanupConstantGlobalUsers(CE, nullptr, DL, TLI);
312       }
313
314       if (CE->use_empty()) {
315         CE->destroyConstant();
316         Changed = true;
317       }
318     } else if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(U)) {
319       // Do not transform "gepinst (gep constexpr (GV))" here, because forming
320       // "gepconstexpr (gep constexpr (GV))" will cause the two gep's to fold
321       // and will invalidate our notion of what Init is.
322       Constant *SubInit = nullptr;
323       if (!isa<ConstantExpr>(GEP->getOperand(0))) {
324         ConstantExpr *CE = dyn_cast_or_null<ConstantExpr>(
325             ConstantFoldInstruction(GEP, DL, TLI));
326         if (Init && CE && CE->getOpcode() == Instruction::GetElementPtr)
327           SubInit = ConstantFoldLoadThroughGEPConstantExpr(Init, CE);
328
329         // If the initializer is an all-null value and we have an inbounds GEP,
330         // we already know what the result of any load from that GEP is.
331         // TODO: Handle splats.
332         if (Init && isa<ConstantAggregateZero>(Init) && GEP->isInBounds())
333           SubInit = Constant::getNullValue(GEP->getResultElementType());
334       }
335       Changed |= CleanupConstantGlobalUsers(GEP, SubInit, DL, TLI);
336
337       if (GEP->use_empty()) {
338         GEP->eraseFromParent();
339         Changed = true;
340       }
341     } else if (MemIntrinsic *MI = dyn_cast<MemIntrinsic>(U)) { // memset/cpy/mv
342       if (MI->getRawDest() == V) {
343         MI->eraseFromParent();
344         Changed = true;
345       }
346
347     } else if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(U)) {
348       // If we have a chain of dead constantexprs or other things dangling from
349       // us, and if they are all dead, nuke them without remorse.
350       if (isSafeToDestroyConstant(C)) {
351         C->destroyConstant();
352         CleanupConstantGlobalUsers(V, Init, DL, TLI);
353         return true;
354       }
355     }
356   }
357   return Changed;
358 }
359
360 static bool isSafeSROAElementUse(Value *V);
361
362 /// Return true if the specified GEP is a safe user of a derived
363 /// expression from a global that we want to SROA.
364 static bool isSafeSROAGEP(User *U) {
365   // Check to see if this ConstantExpr GEP is SRA'able.  In particular, we
366   // don't like < 3 operand CE's, and we don't like non-constant integer
367   // indices.  This enforces that all uses are 'gep GV, 0, C, ...' for some
368   // value of C.
369   if (U->getNumOperands() < 3 || !isa<Constant>(U->getOperand(1)) ||
370       !cast<Constant>(U->getOperand(1))->isNullValue())
371     return false;
372
373   gep_type_iterator GEPI = gep_type_begin(U), E = gep_type_end(U);
374   ++GEPI; // Skip over the pointer index.
375
376   // For all other level we require that the indices are constant and inrange.
377   // In particular, consider: A[0][i].  We cannot know that the user isn't doing
378   // invalid things like allowing i to index an out-of-range subscript that
379   // accesses A[1]. This can also happen between different members of a struct
380   // in llvm IR.
381   for (; GEPI != E; ++GEPI) {
382     if (GEPI.isStruct())
383       continue;
384
385     ConstantInt *IdxVal = dyn_cast<ConstantInt>(GEPI.getOperand());
386     if (!IdxVal || (GEPI.isBoundedSequential() &&
387                     IdxVal->getZExtValue() >= GEPI.getSequentialNumElements()))
388       return false;
389   }
390
391   return llvm::all_of(U->users(),
392                       [](User *UU) { return isSafeSROAElementUse(UU); });
393 }
394
395 /// Return true if the specified instruction is a safe user of a derived
396 /// expression from a global that we want to SROA.
397 static bool isSafeSROAElementUse(Value *V) {
398   // We might have a dead and dangling constant hanging off of here.
399   if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(V))
400     return isSafeToDestroyConstant(C);
401
402   Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V);
403   if (!I) return false;
404
405   // Loads are ok.
406   if (isa<LoadInst>(I)) return true;
407
408   // Stores *to* the pointer are ok.
409   if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(I))
410     return SI->getOperand(0) != V;
411
412   // Otherwise, it must be a GEP. Check it and its users are safe to SRA.
413   return isa<GetElementPtrInst>(I) && isSafeSROAGEP(I);
414 }
415
416 /// Look at all uses of the global and decide whether it is safe for us to
417 /// perform this transformation.
418 static bool GlobalUsersSafeToSRA(GlobalValue *GV) {
419   for (User *U : GV->users()) {
420     // The user of the global must be a GEP Inst or a ConstantExpr GEP.
421     if (!isa<GetElementPtrInst>(U) &&
422         (!isa<ConstantExpr>(U) ||
423         cast<ConstantExpr>(U)->getOpcode() != Instruction::GetElementPtr))
424       return false;
425
426     // Check the gep and it's users are safe to SRA
427     if (!isSafeSROAGEP(U))
428       return false;
429   }
430
431   return true;
432 }
433
434 /// Copy over the debug info for a variable to its SRA replacements.
435 static void transferSRADebugInfo(GlobalVariable *GV, GlobalVariable *NGV,
436                                  uint64_t FragmentOffsetInBits,
437                                  uint64_t FragmentSizeInBits,
438                                  unsigned NumElements) {
439   SmallVector<DIGlobalVariableExpression *, 1> GVs;
440   GV->getDebugInfo(GVs);
441   for (auto *GVE : GVs) {
442     DIVariable *Var = GVE->getVariable();
443     DIExpression *Expr = GVE->getExpression();
444     if (NumElements > 1) {
445       if (auto E = DIExpression::createFragmentExpression(
446               Expr, FragmentOffsetInBits, FragmentSizeInBits))
447         Expr = *E;
448       else
449         return;
450     }
451     auto *NGVE = DIGlobalVariableExpression::get(GVE->getContext(), Var, Expr);
452     NGV->addDebugInfo(NGVE);
453   }
454 }
455
456 /// Perform scalar replacement of aggregates on the specified global variable.
457 /// This opens the door for other optimizations by exposing the behavior of the
458 /// program in a more fine-grained way.  We have determined that this
459 /// transformation is safe already.  We return the first global variable we
460 /// insert so that the caller can reprocess it.
461 static GlobalVariable *SRAGlobal(GlobalVariable *GV, const DataLayout &DL) {
462   // Make sure this global only has simple uses that we can SRA.
463   if (!GlobalUsersSafeToSRA(GV))
464     return nullptr;
465
466   assert(GV->hasLocalLinkage());
467   Constant *Init = GV->getInitializer();
468   Type *Ty = Init->getType();
469
470   std::vector<GlobalVariable *> NewGlobals;
471   Module::GlobalListType &Globals = GV->getParent()->getGlobalList();
472
473   // Get the alignment of the global, either explicit or target-specific.
474   unsigned StartAlignment = GV->getAlignment();
475   if (StartAlignment == 0)
476     StartAlignment = DL.getABITypeAlignment(GV->getType());
477
478   if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(Ty)) {
479     unsigned NumElements = STy->getNumElements();
480     NewGlobals.reserve(NumElements);
481     const StructLayout &Layout = *DL.getStructLayout(STy);
482     for (unsigned i = 0, e = NumElements; i != e; ++i) {
483       Constant *In = Init->getAggregateElement(i);
484       assert(In && "Couldn't get element of initializer?");
485       GlobalVariable *NGV = new GlobalVariable(STy->getElementType(i), false,
486                                                GlobalVariable::InternalLinkage,
487                                                In, GV->getName()+"."+Twine(i),
488                                                GV->getThreadLocalMode(),
489                                               GV->getType()->getAddressSpace());
490       NGV->setExternallyInitialized(GV->isExternallyInitialized());
491       NGV->copyAttributesFrom(GV);
492       Globals.push_back(NGV);
493       NewGlobals.push_back(NGV);
494
495       // Calculate the known alignment of the field.  If the original aggregate
496       // had 256 byte alignment for example, something might depend on that:
497       // propagate info to each field.
498       uint64_t FieldOffset = Layout.getElementOffset(i);
499       unsigned NewAlign = (unsigned)MinAlign(StartAlignment, FieldOffset);
500       if (NewAlign > DL.getABITypeAlignment(STy->getElementType(i)))
501         NGV->setAlignment(NewAlign);
502
503       // Copy over the debug info for the variable.
504       uint64_t Size = DL.getTypeAllocSizeInBits(NGV->getValueType());
505       uint64_t FragmentOffsetInBits = Layout.getElementOffsetInBits(i);
506       transferSRADebugInfo(GV, NGV, FragmentOffsetInBits, Size, NumElements);
507     }
508   } else if (SequentialType *STy = dyn_cast<SequentialType>(Ty)) {
509     unsigned NumElements = STy->getNumElements();
510     if (NumElements > 16 && GV->hasNUsesOrMore(16))
511       return nullptr; // It's not worth it.
512     NewGlobals.reserve(NumElements);
513     auto ElTy = STy->getElementType();
514     uint64_t EltSize = DL.getTypeAllocSize(ElTy);
515     unsigned EltAlign = DL.getABITypeAlignment(ElTy);
516     uint64_t FragmentSizeInBits = DL.getTypeAllocSizeInBits(ElTy);
517     for (unsigned i = 0, e = NumElements; i != e; ++i) {
518       Constant *In = Init->getAggregateElement(i);
519       assert(In && "Couldn't get element of initializer?");
520
521       GlobalVariable *NGV = new GlobalVariable(STy->getElementType(), false,
522                                                GlobalVariable::InternalLinkage,
523                                                In, GV->getName()+"."+Twine(i),
524                                                GV->getThreadLocalMode(),
525                                               GV->getType()->getAddressSpace());
526       NGV->setExternallyInitialized(GV->isExternallyInitialized());
527       NGV->copyAttributesFrom(GV);
528       Globals.push_back(NGV);
529       NewGlobals.push_back(NGV);
530
531       // Calculate the known alignment of the field.  If the original aggregate
532       // had 256 byte alignment for example, something might depend on that:
533       // propagate info to each field.
534       unsigned NewAlign = (unsigned)MinAlign(StartAlignment, EltSize*i);
535       if (NewAlign > EltAlign)
536         NGV->setAlignment(NewAlign);
537       transferSRADebugInfo(GV, NGV, FragmentSizeInBits * i, FragmentSizeInBits,
538                            NumElements);
539     }
540   }
541
542   if (NewGlobals.empty())
543     return nullptr;
544
545   LLVM_DEBUG(dbgs() << "PERFORMING GLOBAL SRA ON: " << *GV << "\n");
546
547   Constant *NullInt =Constant::getNullValue(Type::getInt32Ty(GV->getContext()));
548
549   // Loop over all of the uses of the global, replacing the constantexpr geps,
550   // with smaller constantexpr geps or direct references.
551   while (!GV->use_empty()) {
552     User *GEP = GV->user_back();
553     assert(((isa<ConstantExpr>(GEP) &&
554              cast<ConstantExpr>(GEP)->getOpcode()==Instruction::GetElementPtr)||
555             isa<GetElementPtrInst>(GEP)) && "NonGEP CE's are not SRAable!");
556
557     // Ignore the 1th operand, which has to be zero or else the program is quite
558     // broken (undefined).  Get the 2nd operand, which is the structure or array
559     // index.
560     unsigned Val = cast<ConstantInt>(GEP->getOperand(2))->getZExtValue();
561     if (Val >= NewGlobals.size()) Val = 0; // Out of bound array access.
562
563     Value *NewPtr = NewGlobals[Val];
564     Type *NewTy = NewGlobals[Val]->getValueType();
565
566     // Form a shorter GEP if needed.
567     if (GEP->getNumOperands() > 3) {
568       if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(GEP)) {
569         SmallVector<Constant*, 8> Idxs;
570         Idxs.push_back(NullInt);
571         for (unsigned i = 3, e = CE->getNumOperands(); i != e; ++i)
572           Idxs.push_back(CE->getOperand(i));
573         NewPtr =
574             ConstantExpr::getGetElementPtr(NewTy, cast<Constant>(NewPtr), Idxs);
575       } else {
576         GetElementPtrInst *GEPI = cast<GetElementPtrInst>(GEP);
577         SmallVector<Value*, 8> Idxs;
578         Idxs.push_back(NullInt);
579         for (unsigned i = 3, e = GEPI->getNumOperands(); i != e; ++i)
580           Idxs.push_back(GEPI->getOperand(i));
581         NewPtr = GetElementPtrInst::Create(
582             NewTy, NewPtr, Idxs, GEPI->getName() + "." + Twine(Val), GEPI);
583       }
584     }
585     GEP->replaceAllUsesWith(NewPtr);
586
587     if (GetElementPtrInst *GEPI = dyn_cast<GetElementPtrInst>(GEP))
588       GEPI->eraseFromParent();
589     else
590       cast<ConstantExpr>(GEP)->destroyConstant();
591   }
592
593   // Delete the old global, now that it is dead.
594   Globals.erase(GV);
595   ++NumSRA;
596
597   // Loop over the new globals array deleting any globals that are obviously
598   // dead.  This can arise due to scalarization of a structure or an array that
599   // has elements that are dead.
600   unsigned FirstGlobal = 0;
601   for (unsigned i = 0, e = NewGlobals.size(); i != e; ++i)
602     if (NewGlobals[i]->use_empty()) {
603       Globals.erase(NewGlobals[i]);
604       if (FirstGlobal == i) ++FirstGlobal;
605     }
606
607   return FirstGlobal != NewGlobals.size() ? NewGlobals[FirstGlobal] : nullptr;
608 }
609
610 /// Return true if all users of the specified value will trap if the value is
611 /// dynamically null.  PHIs keeps track of any phi nodes we've seen to avoid
612 /// reprocessing them.
613 static bool AllUsesOfValueWillTrapIfNull(const Value *V,
614                                         SmallPtrSetImpl<const PHINode*> &PHIs) {
615   for (const User *U : V->users()) {
616     if (const Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(U)) {
617       // If null pointer is considered valid, then all uses are non-trapping.
618       // Non address-space 0 globals have already been pruned by the caller.
619       if (NullPointerIsDefined(I->getFunction()))
620         return false;
621     }
622     if (isa<LoadInst>(U)) {
623       // Will trap.
624     } else if (const StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(U)) {
625       if (SI->getOperand(0) == V) {
626         //cerr << "NONTRAPPING USE: " << *U;
627         return false;  // Storing the value.
628       }
629     } else if (const CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(U)) {
630       if (CI->getCalledValue() != V) {
631         //cerr << "NONTRAPPING USE: " << *U;
632         return false;  // Not calling the ptr
633       }
634     } else if (const InvokeInst *II = dyn_cast<InvokeInst>(U)) {
635       if (II->getCalledValue() != V) {
636         //cerr << "NONTRAPPING USE: " << *U;
637         return false;  // Not calling the ptr
638       }
639     } else if (const BitCastInst *CI = dyn_cast<BitCastInst>(U)) {
640       if (!AllUsesOfValueWillTrapIfNull(CI, PHIs)) return false;
641     } else if (const GetElementPtrInst *GEPI = dyn_cast<GetElementPtrInst>(U)) {
642       if (!AllUsesOfValueWillTrapIfNull(GEPI, PHIs)) return false;
643     } else if (const PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(U)) {
644       // If we've already seen this phi node, ignore it, it has already been
645       // checked.
646       if (PHIs.insert(PN).second && !AllUsesOfValueWillTrapIfNull(PN, PHIs))
647         return false;
648     } else if (isa<ICmpInst>(U) &&
649                isa<ConstantPointerNull>(U->getOperand(1))) {
650       // Ignore icmp X, null
651     } else {
652       //cerr << "NONTRAPPING USE: " << *U;
653       return false;
654     }
655   }
656   return true;
657 }
658
659 /// Return true if all uses of any loads from GV will trap if the loaded value
660 /// is null.  Note that this also permits comparisons of the loaded value
661 /// against null, as a special case.
662 static bool AllUsesOfLoadedValueWillTrapIfNull(const GlobalVariable *GV) {
663   for (const User *U : GV->users())
664     if (const LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(U)) {
665       SmallPtrSet<const PHINode*, 8> PHIs;
666       if (!AllUsesOfValueWillTrapIfNull(LI, PHIs))
667         return false;
668     } else if (isa<StoreInst>(U)) {
669       // Ignore stores to the global.
670     } else {
671       // We don't know or understand this user, bail out.
672       //cerr << "UNKNOWN USER OF GLOBAL!: " << *U;
673       return false;
674     }
675   return true;
676 }
677
678 static bool OptimizeAwayTrappingUsesOfValue(Value *V, Constant *NewV) {
679   bool Changed = false;
680   for (auto UI = V->user_begin(), E = V->user_end(); UI != E; ) {
681     Instruction *I = cast<Instruction>(*UI++);
682     // Uses are non-trapping if null pointer is considered valid.
683     // Non address-space 0 globals are already pruned by the caller.
684     if (NullPointerIsDefined(I->getFunction()))
685       return false;
686     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I)) {
687       LI->setOperand(0, NewV);
688       Changed = true;
689     } else if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(I)) {
690       if (SI->getOperand(1) == V) {
691         SI->setOperand(1, NewV);
692         Changed = true;
693       }
694     } else if (isa<CallInst>(I) || isa<InvokeInst>(I)) {
695       CallSite CS(I);
696       if (CS.getCalledValue() == V) {
697         // Calling through the pointer!  Turn into a direct call, but be careful
698         // that the pointer is not also being passed as an argument.
699         CS.setCalledFunction(NewV);
700         Changed = true;
701         bool PassedAsArg = false;
702         for (unsigned i = 0, e = CS.arg_size(); i != e; ++i)
703           if (CS.getArgument(i) == V) {
704             PassedAsArg = true;
705             CS.setArgument(i, NewV);
706           }
707
708         if (PassedAsArg) {
709           // Being passed as an argument also.  Be careful to not invalidate UI!
710           UI = V->user_begin();
711         }
712       }
713     } else if (CastInst *CI = dyn_cast<CastInst>(I)) {
714       Changed |= OptimizeAwayTrappingUsesOfValue(CI,
715                                 ConstantExpr::getCast(CI->getOpcode(),
716                                                       NewV, CI->getType()));
717       if (CI->use_empty()) {
718         Changed = true;
719         CI->eraseFromParent();
720       }
721     } else if (GetElementPtrInst *GEPI = dyn_cast<GetElementPtrInst>(I)) {
722       // Should handle GEP here.
723       SmallVector<Constant*, 8> Idxs;
724       Idxs.reserve(GEPI->getNumOperands()-1);
725       for (User::op_iterator i = GEPI->op_begin() + 1, e = GEPI->op_end();
726            i != e; ++i)
727         if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(*i))
728           Idxs.push_back(C);
729         else
730           break;
731       if (Idxs.size() == GEPI->getNumOperands()-1)
732         Changed |= OptimizeAwayTrappingUsesOfValue(
733             GEPI, ConstantExpr::getGetElementPtr(nullptr, NewV, Idxs));
734       if (GEPI->use_empty()) {
735         Changed = true;
736         GEPI->eraseFromParent();
737       }
738     }
739   }
740
741   return Changed;
742 }
743
744 /// The specified global has only one non-null value stored into it.  If there
745 /// are uses of the loaded value that would trap if the loaded value is
746 /// dynamically null, then we know that they cannot be reachable with a null
747 /// optimize away the load.
748 static bool OptimizeAwayTrappingUsesOfLoads(GlobalVariable *GV, Constant *LV,
749                                             const DataLayout &DL,
750                                             TargetLibraryInfo *TLI) {
751   bool Changed = false;
752
753   // Keep track of whether we are able to remove all the uses of the global
754   // other than the store that defines it.
755   bool AllNonStoreUsesGone = true;
756
757   // Replace all uses of loads with uses of uses of the stored value.
758   for (Value::user_iterator GUI = GV->user_begin(), E = GV->user_end(); GUI != E;){
759     User *GlobalUser = *GUI++;
760     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(GlobalUser)) {
761       Changed |= OptimizeAwayTrappingUsesOfValue(LI, LV);
762       // If we were able to delete all uses of the loads
763       if (LI->use_empty()) {
764         LI->eraseFromParent();
765         Changed = true;
766       } else {
767         AllNonStoreUsesGone = false;
768       }
769     } else if (isa<StoreInst>(GlobalUser)) {
770       // Ignore the store that stores "LV" to the global.
771       assert(GlobalUser->getOperand(1) == GV &&
772              "Must be storing *to* the global");
773     } else {
774       AllNonStoreUsesGone = false;
775
776       // If we get here we could have other crazy uses that are transitively
777       // loaded.
778       assert((isa<PHINode>(GlobalUser) || isa<SelectInst>(GlobalUser) ||
779               isa<ConstantExpr>(GlobalUser) || isa<CmpInst>(GlobalUser) ||
780               isa<BitCastInst>(GlobalUser) ||
781               isa<GetElementPtrInst>(GlobalUser)) &&
782              "Only expect load and stores!");
783     }
784   }
785
786   if (Changed) {
787     LLVM_DEBUG(dbgs() << "OPTIMIZED LOADS FROM STORED ONCE POINTER: " << *GV
788                       << "\n");
789     ++NumGlobUses;
790   }
791
792   // If we nuked all of the loads, then none of the stores are needed either,
793   // nor is the global.
794   if (AllNonStoreUsesGone) {
795     if (isLeakCheckerRoot(GV)) {
796       Changed |= CleanupPointerRootUsers(GV, TLI);
797     } else {
798       Changed = true;
799       CleanupConstantGlobalUsers(GV, nullptr, DL, TLI);
800     }
801     if (GV->use_empty()) {
802       LLVM_DEBUG(dbgs() << "  *** GLOBAL NOW DEAD!\n");
803       Changed = true;
804       GV->eraseFromParent();
805       ++NumDeleted;
806     }
807   }
808   return Changed;
809 }
810
811 /// Walk the use list of V, constant folding all of the instructions that are
812 /// foldable.
813 static void ConstantPropUsersOf(Value *V, const DataLayout &DL,
814                                 TargetLibraryInfo *TLI) {
815   for (Value::user_iterator UI = V->user_begin(), E = V->user_end(); UI != E; )
816     if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(*UI++))
817       if (Constant *NewC = ConstantFoldInstruction(I, DL, TLI)) {
818         I->replaceAllUsesWith(NewC);
819
820         // Advance UI to the next non-I use to avoid invalidating it!
821         // Instructions could multiply use V.
822         while (UI != E && *UI == I)
823           ++UI;
824         if (isInstructionTriviallyDead(I, TLI))
825           I->eraseFromParent();
826       }
827 }
828
829 /// This function takes the specified global variable, and transforms the
830 /// program as if it always contained the result of the specified malloc.
831 /// Because it is always the result of the specified malloc, there is no reason
832 /// to actually DO the malloc.  Instead, turn the malloc into a global, and any
833 /// loads of GV as uses of the new global.
834 static GlobalVariable *
835 OptimizeGlobalAddressOfMalloc(GlobalVariable *GV, CallInst *CI, Type *AllocTy,
836                               ConstantInt *NElements, const DataLayout &DL,
837                               TargetLibraryInfo *TLI) {
838   LLVM_DEBUG(errs() << "PROMOTING GLOBAL: " << *GV << "  CALL = " << *CI
839                     << '\n');
840
841   Type *GlobalType;
842   if (NElements->getZExtValue() == 1)
843     GlobalType = AllocTy;
844   else
845     // If we have an array allocation, the global variable is of an array.
846     GlobalType = ArrayType::get(AllocTy, NElements->getZExtValue());
847
848   // Create the new global variable.  The contents of the malloc'd memory is
849   // undefined, so initialize with an undef value.
850   GlobalVariable *NewGV = new GlobalVariable(
851       *GV->getParent(), GlobalType, false, GlobalValue::InternalLinkage,
852       UndefValue::get(GlobalType), GV->getName() + ".body", nullptr,
853       GV->getThreadLocalMode());
854
855   // If there are bitcast users of the malloc (which is typical, usually we have
856   // a malloc + bitcast) then replace them with uses of the new global.  Update
857   // other users to use the global as well.
858   BitCastInst *TheBC = nullptr;
859   while (!CI->use_empty()) {
860     Instruction *User = cast<Instruction>(CI->user_back());
861     if (BitCastInst *BCI = dyn_cast<BitCastInst>(User)) {
862       if (BCI->getType() == NewGV->getType()) {
863         BCI->replaceAllUsesWith(NewGV);
864         BCI->eraseFromParent();
865       } else {
866         BCI->setOperand(0, NewGV);
867       }
868     } else {
869       if (!TheBC)
870         TheBC = new BitCastInst(NewGV, CI->getType(), "newgv", CI);
871       User->replaceUsesOfWith(CI, TheBC);
872     }
873   }
874
875   Constant *RepValue = NewGV;
876   if (NewGV->getType() != GV->getValueType())
877     RepValue = ConstantExpr::getBitCast(RepValue, GV->getValueType());
878
879   // If there is a comparison against null, we will insert a global bool to
880   // keep track of whether the global was initialized yet or not.
881   GlobalVariable *InitBool =
882     new GlobalVariable(Type::getInt1Ty(GV->getContext()), false,
883                        GlobalValue::InternalLinkage,
884                        ConstantInt::getFalse(GV->getContext()),
885                        GV->getName()+".init", GV->getThreadLocalMode());
886   bool InitBoolUsed = false;
887
888   // Loop over all uses of GV, processing them in turn.
889   while (!GV->use_empty()) {
890     if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(GV->user_back())) {
891       // The global is initialized when the store to it occurs.
892       new StoreInst(ConstantInt::getTrue(GV->getContext()), InitBool, false, 0,
893                     SI->getOrdering(), SI->getSyncScopeID(), SI);
894       SI->eraseFromParent();
895       continue;
896     }
897
898     LoadInst *LI = cast<LoadInst>(GV->user_back());
899     while (!LI->use_empty()) {
900       Use &LoadUse = *LI->use_begin();
901       ICmpInst *ICI = dyn_cast<ICmpInst>(LoadUse.getUser());
902       if (!ICI) {
903         LoadUse = RepValue;
904         continue;
905       }
906
907       // Replace the cmp X, 0 with a use of the bool value.
908       // Sink the load to where the compare was, if atomic rules allow us to.
909       Value *LV = new LoadInst(InitBool, InitBool->getName()+".val", false, 0,
910                                LI->getOrdering(), LI->getSyncScopeID(),
911                                LI->isUnordered() ? (Instruction*)ICI : LI);
912       InitBoolUsed = true;
913       switch (ICI->getPredicate()) {
914       default: llvm_unreachable("Unknown ICmp Predicate!");
915       case ICmpInst::ICMP_ULT:
916       case ICmpInst::ICMP_SLT:   // X < null -> always false
917         LV = ConstantInt::getFalse(GV->getContext());
918         break;
919       case ICmpInst::ICMP_ULE:
920       case ICmpInst::ICMP_SLE:
921       case ICmpInst::ICMP_EQ:
922         LV = BinaryOperator::CreateNot(LV, "notinit", ICI);
923         break;
924       case ICmpInst::ICMP_NE:
925       case ICmpInst::ICMP_UGE:
926       case ICmpInst::ICMP_SGE:
927       case ICmpInst::ICMP_UGT:
928       case ICmpInst::ICMP_SGT:
929         break;  // no change.
930       }
931       ICI->replaceAllUsesWith(LV);
932       ICI->eraseFromParent();
933     }
934     LI->eraseFromParent();
935   }
936
937   // If the initialization boolean was used, insert it, otherwise delete it.
938   if (!InitBoolUsed) {
939     while (!InitBool->use_empty())  // Delete initializations
940       cast<StoreInst>(InitBool->user_back())->eraseFromParent();
941     delete InitBool;
942   } else
943     GV->getParent()->getGlobalList().insert(GV->getIterator(), InitBool);
944
945   // Now the GV is dead, nuke it and the malloc..
946   GV->eraseFromParent();
947   CI->eraseFromParent();
948
949   // To further other optimizations, loop over all users of NewGV and try to
950   // constant prop them.  This will promote GEP instructions with constant
951   // indices into GEP constant-exprs, which will allow global-opt to hack on it.
952   ConstantPropUsersOf(NewGV, DL, TLI);
953   if (RepValue != NewGV)
954     ConstantPropUsersOf(RepValue, DL, TLI);
955
956   return NewGV;
957 }
958
959 /// Scan the use-list of V checking to make sure that there are no complex uses
960 /// of V.  We permit simple things like dereferencing the pointer, but not
961 /// storing through the address, unless it is to the specified global.
962 static bool ValueIsOnlyUsedLocallyOrStoredToOneGlobal(const Instruction *V,
963                                                       const GlobalVariable *GV,
964                                         SmallPtrSetImpl<const PHINode*> &PHIs) {
965   for (const User *U : V->users()) {
966     const Instruction *Inst = cast<Instruction>(U);
967
968     if (isa<LoadInst>(Inst) || isa<CmpInst>(Inst)) {
969       continue; // Fine, ignore.
970     }
971
972     if (const StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Inst)) {
973       if (SI->getOperand(0) == V && SI->getOperand(1) != GV)
974         return false;  // Storing the pointer itself... bad.
975       continue; // Otherwise, storing through it, or storing into GV... fine.
976     }
977
978     // Must index into the array and into the struct.
979     if (isa<GetElementPtrInst>(Inst) && Inst->getNumOperands() >= 3) {
980       if (!ValueIsOnlyUsedLocallyOrStoredToOneGlobal(Inst, GV, PHIs))
981         return false;
982       continue;
983     }
984
985     if (const PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(Inst)) {
986       // PHIs are ok if all uses are ok.  Don't infinitely recurse through PHI
987       // cycles.
988       if (PHIs.insert(PN).second)
989         if (!ValueIsOnlyUsedLocallyOrStoredToOneGlobal(PN, GV, PHIs))
990           return false;
991       continue;
992     }
993
994     if (const BitCastInst *BCI = dyn_cast<BitCastInst>(Inst)) {
995       if (!ValueIsOnlyUsedLocallyOrStoredToOneGlobal(BCI, GV, PHIs))
996         return false;
997       continue;
998     }
999
1000     return false;
1001   }
1002   return true;
1003 }
1004
1005 /// The Alloc pointer is stored into GV somewhere.  Transform all uses of the
1006 /// allocation into loads from the global and uses of the resultant pointer.
1007 /// Further, delete the store into GV.  This assumes that these value pass the
1008 /// 'ValueIsOnlyUsedLocallyOrStoredToOneGlobal' predicate.
1009 static void ReplaceUsesOfMallocWithGlobal(Instruction *Alloc,
1010                                           GlobalVariable *GV) {
1011   while (!Alloc->use_empty()) {
1012     Instruction *U = cast<Instruction>(*Alloc->user_begin());
1013     Instruction *InsertPt = U;
1014     if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(U)) {
1015       // If this is the store of the allocation into the global, remove it.
1016       if (SI->getOperand(1) == GV) {
1017         SI->eraseFromParent();
1018         continue;
1019       }
1020     } else if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(U)) {
1021       // Insert the load in the corresponding predecessor, not right before the
1022       // PHI.
1023       InsertPt = PN->getIncomingBlock(*Alloc->use_begin())->getTerminator();
1024     } else if (isa<BitCastInst>(U)) {
1025       // Must be bitcast between the malloc and store to initialize the global.
1026       ReplaceUsesOfMallocWithGlobal(U, GV);
1027       U->eraseFromParent();
1028       continue;
1029     } else if (GetElementPtrInst *GEPI = dyn_cast<GetElementPtrInst>(U)) {
1030       // If this is a "GEP bitcast" and the user is a store to the global, then
1031       // just process it as a bitcast.
1032       if (GEPI->hasAllZeroIndices() && GEPI->hasOneUse())
1033         if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(GEPI->user_back()))
1034           if (SI->getOperand(1) == GV) {
1035             // Must be bitcast GEP between the malloc and store to initialize
1036             // the global.
1037             ReplaceUsesOfMallocWithGlobal(GEPI, GV);
1038             GEPI->eraseFromParent();
1039             continue;
1040           }
1041     }
1042
1043     // Insert a load from the global, and use it instead of the malloc.
1044     Value *NL = new LoadInst(GV, GV->getName()+".val", InsertPt);
1045     U->replaceUsesOfWith(Alloc, NL);
1046   }
1047 }
1048
1049 /// Verify that all uses of V (a load, or a phi of a load) are simple enough to
1050 /// perform heap SRA on.  This permits GEP's that index through the array and
1051 /// struct field, icmps of null, and PHIs.
1052 static bool LoadUsesSimpleEnoughForHeapSRA(const Value *V,
1053                         SmallPtrSetImpl<const PHINode*> &LoadUsingPHIs,
1054                         SmallPtrSetImpl<const PHINode*> &LoadUsingPHIsPerLoad) {
1055   // We permit two users of the load: setcc comparing against the null
1056   // pointer, and a getelementptr of a specific form.
1057   for (const User *U : V->users()) {
1058     const Instruction *UI = cast<Instruction>(U);
1059
1060     // Comparison against null is ok.
1061     if (const ICmpInst *ICI = dyn_cast<ICmpInst>(UI)) {
1062       if (!isa<ConstantPointerNull>(ICI->getOperand(1)))
1063         return false;
1064       continue;
1065     }
1066
1067     // getelementptr is also ok, but only a simple form.
1068     if (const GetElementPtrInst *GEPI = dyn_cast<GetElementPtrInst>(UI)) {
1069       // Must index into the array and into the struct.
1070       if (GEPI->getNumOperands() < 3)
1071         return false;
1072
1073       // Otherwise the GEP is ok.
1074       continue;
1075     }
1076
1077     if (const PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(UI)) {
1078       if (!LoadUsingPHIsPerLoad.insert(PN).second)
1079         // This means some phi nodes are dependent on each other.
1080         // Avoid infinite looping!
1081         return false;
1082       if (!LoadUsingPHIs.insert(PN).second)
1083         // If we have already analyzed this PHI, then it is safe.
1084         continue;
1085
1086       // Make sure all uses of the PHI are simple enough to transform.
1087       if (!LoadUsesSimpleEnoughForHeapSRA(PN,
1088                                           LoadUsingPHIs, LoadUsingPHIsPerLoad))
1089         return false;
1090
1091       continue;
1092     }
1093
1094     // Otherwise we don't know what this is, not ok.
1095     return false;
1096   }
1097
1098   return true;
1099 }
1100
1101 /// If all users of values loaded from GV are simple enough to perform HeapSRA,
1102 /// return true.
1103 static bool AllGlobalLoadUsesSimpleEnoughForHeapSRA(const GlobalVariable *GV,
1104                                                     Instruction *StoredVal) {
1105   SmallPtrSet<const PHINode*, 32> LoadUsingPHIs;
1106   SmallPtrSet<const PHINode*, 32> LoadUsingPHIsPerLoad;
1107   for (const User *U : GV->users())
1108     if (const LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(U)) {
1109       if (!LoadUsesSimpleEnoughForHeapSRA(LI, LoadUsingPHIs,
1110                                           LoadUsingPHIsPerLoad))
1111         return false;
1112       LoadUsingPHIsPerLoad.clear();
1113     }
1114
1115   // If we reach here, we know that all uses of the loads and transitive uses
1116   // (through PHI nodes) are simple enough to transform.  However, we don't know
1117   // that all inputs the to the PHI nodes are in the same equivalence sets.
1118   // Check to verify that all operands of the PHIs are either PHIS that can be
1119   // transformed, loads from GV, or MI itself.
1120   for (const PHINode *PN : LoadUsingPHIs) {
1121     for (unsigned op = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); op != e; ++op) {
1122       Value *InVal = PN->getIncomingValue(op);
1123
1124       // PHI of the stored value itself is ok.
1125       if (InVal == StoredVal) continue;
1126
1127       if (const PHINode *InPN = dyn_cast<PHINode>(InVal)) {
1128         // One of the PHIs in our set is (optimistically) ok.
1129         if (LoadUsingPHIs.count(InPN))
1130           continue;
1131         return false;
1132       }
1133
1134       // Load from GV is ok.
1135       if (const LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(InVal))
1136         if (LI->getOperand(0) == GV)
1137           continue;
1138
1139       // UNDEF? NULL?
1140
1141       // Anything else is rejected.
1142       return false;
1143     }
1144   }
1145
1146   return true;
1147 }
1148
1149 static Value *GetHeapSROAValue(Value *V, unsigned FieldNo,
1150               DenseMap<Value *, std::vector<Value *>> &InsertedScalarizedValues,
1151                    std::vector<std::pair<PHINode *, unsigned>> &PHIsToRewrite) {
1152   std::vector<Value *> &FieldVals = InsertedScalarizedValues[V];
1153
1154   if (FieldNo >= FieldVals.size())
1155     FieldVals.resize(FieldNo+1);
1156
1157   // If we already have this value, just reuse the previously scalarized
1158   // version.
1159   if (Value *FieldVal = FieldVals[FieldNo])
1160     return FieldVal;
1161
1162   // Depending on what instruction this is, we have several cases.
1163   Value *Result;
1164   if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(V)) {
1165     // This is a scalarized version of the load from the global.  Just create
1166     // a new Load of the scalarized global.
1167     Result = new LoadInst(GetHeapSROAValue(LI->getOperand(0), FieldNo,
1168                                            InsertedScalarizedValues,
1169                                            PHIsToRewrite),
1170                           LI->getName()+".f"+Twine(FieldNo), LI);
1171   } else {
1172     PHINode *PN = cast<PHINode>(V);
1173     // PN's type is pointer to struct.  Make a new PHI of pointer to struct
1174     // field.
1175
1176     PointerType *PTy = cast<PointerType>(PN->getType());
1177     StructType *ST = cast<StructType>(PTy->getElementType());
1178
1179     unsigned AS = PTy->getAddressSpace();
1180     PHINode *NewPN =
1181       PHINode::Create(PointerType::get(ST->getElementType(FieldNo), AS),
1182                      PN->getNumIncomingValues(),
1183                      PN->getName()+".f"+Twine(FieldNo), PN);
1184     Result = NewPN;
1185     PHIsToRewrite.push_back(std::make_pair(PN, FieldNo));
1186   }
1187
1188   return FieldVals[FieldNo] = Result;
1189 }
1190
1191 /// Given a load instruction and a value derived from the load, rewrite the
1192 /// derived value to use the HeapSRoA'd load.
1193 static void RewriteHeapSROALoadUser(Instruction *LoadUser,
1194               DenseMap<Value *, std::vector<Value *>> &InsertedScalarizedValues,
1195                    std::vector<std::pair<PHINode *, unsigned>> &PHIsToRewrite) {
1196   // If this is a comparison against null, handle it.
1197   if (ICmpInst *SCI = dyn_cast<ICmpInst>(LoadUser)) {
1198     assert(isa<ConstantPointerNull>(SCI->getOperand(1)));
1199     // If we have a setcc of the loaded pointer, we can use a setcc of any
1200     // field.
1201     Value *NPtr = GetHeapSROAValue(SCI->getOperand(0), 0,
1202                                    InsertedScalarizedValues, PHIsToRewrite);
1203
1204     Value *New = new ICmpInst(SCI, SCI->getPredicate(), NPtr,
1205                               Constant::getNullValue(NPtr->getType()),
1206                               SCI->getName());
1207     SCI->replaceAllUsesWith(New);
1208     SCI->eraseFromParent();
1209     return;
1210   }
1211
1212   // Handle 'getelementptr Ptr, Idx, i32 FieldNo ...'
1213   if (GetElementPtrInst *GEPI = dyn_cast<GetElementPtrInst>(LoadUser)) {
1214     assert(GEPI->getNumOperands() >= 3 && isa<ConstantInt>(GEPI->getOperand(2))
1215            && "Unexpected GEPI!");
1216
1217     // Load the pointer for this field.
1218     unsigned FieldNo = cast<ConstantInt>(GEPI->getOperand(2))->getZExtValue();
1219     Value *NewPtr = GetHeapSROAValue(GEPI->getOperand(0), FieldNo,
1220                                      InsertedScalarizedValues, PHIsToRewrite);
1221
1222     // Create the new GEP idx vector.
1223     SmallVector<Value*, 8> GEPIdx;
1224     GEPIdx.push_back(GEPI->getOperand(1));
1225     GEPIdx.append(GEPI->op_begin()+3, GEPI->op_end());
1226
1227     Value *NGEPI = GetElementPtrInst::Create(GEPI->getResultElementType(), NewPtr, GEPIdx,
1228                                              GEPI->getName(), GEPI);
1229     GEPI->replaceAllUsesWith(NGEPI);
1230     GEPI->eraseFromParent();
1231     return;
1232   }
1233
1234   // Recursively transform the users of PHI nodes.  This will lazily create the
1235   // PHIs that are needed for individual elements.  Keep track of what PHIs we
1236   // see in InsertedScalarizedValues so that we don't get infinite loops (very
1237   // antisocial).  If the PHI is already in InsertedScalarizedValues, it has
1238   // already been seen first by another load, so its uses have already been
1239   // processed.
1240   PHINode *PN = cast<PHINode>(LoadUser);
1241   if (!InsertedScalarizedValues.insert(std::make_pair(PN,
1242                                               std::vector<Value *>())).second)
1243     return;
1244
1245   // If this is the first time we've seen this PHI, recursively process all
1246   // users.
1247   for (auto UI = PN->user_begin(), E = PN->user_end(); UI != E;) {
1248     Instruction *User = cast<Instruction>(*UI++);
1249     RewriteHeapSROALoadUser(User, InsertedScalarizedValues, PHIsToRewrite);
1250   }
1251 }
1252
1253 /// We are performing Heap SRoA on a global.  Ptr is a value loaded from the
1254 /// global.  Eliminate all uses of Ptr, making them use FieldGlobals instead.
1255 /// All uses of loaded values satisfy AllGlobalLoadUsesSimpleEnoughForHeapSRA.
1256 static void RewriteUsesOfLoadForHeapSRoA(LoadInst *Load,
1257               DenseMap<Value *, std::vector<Value *>> &InsertedScalarizedValues,
1258                   std::vector<std::pair<PHINode *, unsigned> > &PHIsToRewrite) {
1259   for (auto UI = Load->user_begin(), E = Load->user_end(); UI != E;) {
1260     Instruction *User = cast<Instruction>(*UI++);
1261     RewriteHeapSROALoadUser(User, InsertedScalarizedValues, PHIsToRewrite);
1262   }
1263
1264   if (Load->use_empty()) {
1265     Load->eraseFromParent();
1266     InsertedScalarizedValues.erase(Load);
1267   }
1268 }
1269
1270 /// CI is an allocation of an array of structures.  Break it up into multiple
1271 /// allocations of arrays of the fields.
1272 static GlobalVariable *PerformHeapAllocSRoA(GlobalVariable *GV, CallInst *CI,
1273                                             Value *NElems, const DataLayout &DL,
1274                                             const TargetLibraryInfo *TLI) {
1275   LLVM_DEBUG(dbgs() << "SROA HEAP ALLOC: " << *GV << "  MALLOC = " << *CI
1276                     << '\n');
1277   Type *MAT = getMallocAllocatedType(CI, TLI);
1278   StructType *STy = cast<StructType>(MAT);
1279
1280   // There is guaranteed to be at least one use of the malloc (storing
1281   // it into GV).  If there are other uses, change them to be uses of
1282   // the global to simplify later code.  This also deletes the store
1283   // into GV.
1284   ReplaceUsesOfMallocWithGlobal(CI, GV);
1285
1286   // Okay, at this point, there are no users of the malloc.  Insert N
1287   // new mallocs at the same place as CI, and N globals.
1288   std::vector<Value *> FieldGlobals;
1289   std::vector<Value *> FieldMallocs;
1290
1291   SmallVector<OperandBundleDef, 1> OpBundles;
1292   CI->getOperandBundlesAsDefs(OpBundles);
1293
1294   unsigned AS = GV->getType()->getPointerAddressSpace();
1295   for (unsigned FieldNo = 0, e = STy->getNumElements(); FieldNo != e;++FieldNo){
1296     Type *FieldTy = STy->getElementType(FieldNo);
1297     PointerType *PFieldTy = PointerType::get(FieldTy, AS);
1298
1299     GlobalVariable *NGV = new GlobalVariable(
1300         *GV->getParent(), PFieldTy, false, GlobalValue::InternalLinkage,
1301         Constant::getNullValue(PFieldTy), GV->getName() + ".f" + Twine(FieldNo),
1302         nullptr, GV->getThreadLocalMode());
1303     NGV->copyAttributesFrom(GV);
1304     FieldGlobals.push_back(NGV);
1305
1306     unsigned TypeSize = DL.getTypeAllocSize(FieldTy);
1307     if (StructType *ST = dyn_cast<StructType>(FieldTy))
1308       TypeSize = DL.getStructLayout(ST)->getSizeInBytes();
1309     Type *IntPtrTy = DL.getIntPtrType(CI->getType());
1310     Value *NMI = CallInst::CreateMalloc(CI, IntPtrTy, FieldTy,
1311                                         ConstantInt::get(IntPtrTy, TypeSize),
1312                                         NElems, OpBundles, nullptr,
1313                                         CI->getName() + ".f" + Twine(FieldNo));
1314     FieldMallocs.push_back(NMI);
1315     new StoreInst(NMI, NGV, CI);
1316   }
1317
1318   // The tricky aspect of this transformation is handling the case when malloc
1319   // fails.  In the original code, malloc failing would set the result pointer
1320   // of malloc to null.  In this case, some mallocs could succeed and others
1321   // could fail.  As such, we emit code that looks like this:
1322   //    F0 = malloc(field0)
1323   //    F1 = malloc(field1)
1324   //    F2 = malloc(field2)
1325   //    if (F0 == 0 || F1 == 0 || F2 == 0) {
1326   //      if (F0) { free(F0); F0 = 0; }
1327   //      if (F1) { free(F1); F1 = 0; }
1328   //      if (F2) { free(F2); F2 = 0; }
1329   //    }
1330   // The malloc can also fail if its argument is too large.
1331   Constant *ConstantZero = ConstantInt::get(CI->getArgOperand(0)->getType(), 0);
1332   Value *RunningOr = new ICmpInst(CI, ICmpInst::ICMP_SLT, CI->getArgOperand(0),
1333                                   ConstantZero, "isneg");
1334   for (unsigned i = 0, e = FieldMallocs.size(); i != e; ++i) {
1335     Value *Cond = new ICmpInst(CI, ICmpInst::ICMP_EQ, FieldMallocs[i],
1336                              Constant::getNullValue(FieldMallocs[i]->getType()),
1337                                "isnull");
1338     RunningOr = BinaryOperator::CreateOr(RunningOr, Cond, "tmp", CI);
1339   }
1340
1341   // Split the basic block at the old malloc.
1342   BasicBlock *OrigBB = CI->getParent();
1343   BasicBlock *ContBB =
1344       OrigBB->splitBasicBlock(CI->getIterator(), "malloc_cont");
1345
1346   // Create the block to check the first condition.  Put all these blocks at the
1347   // end of the function as they are unlikely to be executed.
1348   BasicBlock *NullPtrBlock = BasicBlock::Create(OrigBB->getContext(),
1349                                                 "malloc_ret_null",
1350                                                 OrigBB->getParent());
1351
1352   // Remove the uncond branch from OrigBB to ContBB, turning it into a cond
1353   // branch on RunningOr.
1354   OrigBB->getTerminator()->eraseFromParent();
1355   BranchInst::Create(NullPtrBlock, ContBB, RunningOr, OrigBB);
1356
1357   // Within the NullPtrBlock, we need to emit a comparison and branch for each
1358   // pointer, because some may be null while others are not.
1359   for (unsigned i = 0, e = FieldGlobals.size(); i != e; ++i) {
1360     Value *GVVal = new LoadInst(FieldGlobals[i], "tmp", NullPtrBlock);
1361     Value *Cmp = new ICmpInst(*NullPtrBlock, ICmpInst::ICMP_NE, GVVal,
1362                               Constant::getNullValue(GVVal->getType()));
1363     BasicBlock *FreeBlock = BasicBlock::Create(Cmp->getContext(), "free_it",
1364                                                OrigBB->getParent());
1365     BasicBlock *NextBlock = BasicBlock::Create(Cmp->getContext(), "next",
1366                                                OrigBB->getParent());
1367     Instruction *BI = BranchInst::Create(FreeBlock, NextBlock,
1368                                          Cmp, NullPtrBlock);
1369
1370     // Fill in FreeBlock.
1371     CallInst::CreateFree(GVVal, OpBundles, BI);
1372     new StoreInst(Constant::getNullValue(GVVal->getType()), FieldGlobals[i],
1373                   FreeBlock);
1374     BranchInst::Create(NextBlock, FreeBlock);
1375
1376     NullPtrBlock = NextBlock;
1377   }
1378
1379   BranchInst::Create(ContBB, NullPtrBlock);
1380
1381   // CI is no longer needed, remove it.
1382   CI->eraseFromParent();
1383
1384   /// As we process loads, if we can't immediately update all uses of the load,
1385   /// keep track of what scalarized loads are inserted for a given load.
1386   DenseMap<Value *, std::vector<Value *>> InsertedScalarizedValues;
1387   InsertedScalarizedValues[GV] = FieldGlobals;
1388
1389   std::vector<std::pair<PHINode *, unsigned>> PHIsToRewrite;
1390
1391   // Okay, the malloc site is completely handled.  All of the uses of GV are now
1392   // loads, and all uses of those loads are simple.  Rewrite them to use loads
1393   // of the per-field globals instead.
1394   for (auto UI = GV->user_begin(), E = GV->user_end(); UI != E;) {
1395     Instruction *User = cast<Instruction>(*UI++);
1396
1397     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(User)) {
1398       RewriteUsesOfLoadForHeapSRoA(LI, InsertedScalarizedValues, PHIsToRewrite);
1399       continue;
1400     }
1401
1402     // Must be a store of null.
1403     StoreInst *SI = cast<StoreInst>(User);
1404     assert(isa<ConstantPointerNull>(SI->getOperand(0)) &&
1405            "Unexpected heap-sra user!");
1406
1407     // Insert a store of null into each global.
1408     for (unsigned i = 0, e = FieldGlobals.size(); i != e; ++i) {
1409       Type *ValTy = cast<GlobalValue>(FieldGlobals[i])->getValueType();
1410       Constant *Null = Constant::getNullValue(ValTy);
1411       new StoreInst(Null, FieldGlobals[i], SI);
1412     }
1413     // Erase the original store.
1414     SI->eraseFromParent();
1415   }
1416
1417   // While we have PHIs that are interesting to rewrite, do it.
1418   while (!PHIsToRewrite.empty()) {
1419     PHINode *PN = PHIsToRewrite.back().first;
1420     unsigned FieldNo = PHIsToRewrite.back().second;
1421     PHIsToRewrite.pop_back();
1422     PHINode *FieldPN = cast<PHINode>(InsertedScalarizedValues[PN][FieldNo]);
1423     assert(FieldPN->getNumIncomingValues() == 0 &&"Already processed this phi");
1424
1425     // Add all the incoming values.  This can materialize more phis.
1426     for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
1427       Value *InVal = PN->getIncomingValue(i);
1428       InVal = GetHeapSROAValue(InVal, FieldNo, InsertedScalarizedValues,
1429                                PHIsToRewrite);
1430       FieldPN->addIncoming(InVal, PN->getIncomingBlock(i));
1431     }
1432   }
1433
1434   // Drop all inter-phi links and any loads that made it this far.
1435   for (DenseMap<Value *, std::vector<Value *>>::iterator
1436        I = InsertedScalarizedValues.begin(), E = InsertedScalarizedValues.end();
1437        I != E; ++I) {
1438     if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I->first))
1439       PN->dropAllReferences();
1440     else if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I->first))
1441       LI->dropAllReferences();
1442   }
1443
1444   // Delete all the phis and loads now that inter-references are dead.
1445   for (DenseMap<Value *, std::vector<Value *>>::iterator
1446        I = InsertedScalarizedValues.begin(), E = InsertedScalarizedValues.end();
1447        I != E; ++I) {
1448     if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I->first))
1449       PN->eraseFromParent();
1450     else if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I->first))
1451       LI->eraseFromParent();
1452   }
1453
1454   // The old global is now dead, remove it.
1455   GV->eraseFromParent();
1456
1457   ++NumHeapSRA;
1458   return cast<GlobalVariable>(FieldGlobals[0]);
1459 }
1460
1461 /// This function is called when we see a pointer global variable with a single
1462 /// value stored it that is a malloc or cast of malloc.
1463 static bool tryToOptimizeStoreOfMallocToGlobal(GlobalVariable *GV, CallInst *CI,
1464                                                Type *AllocTy,
1465                                                AtomicOrdering Ordering,
1466                                                const DataLayout &DL,
1467                                                TargetLibraryInfo *TLI) {
1468   // If this is a malloc of an abstract type, don't touch it.
1469   if (!AllocTy->isSized())
1470     return false;
1471
1472   // We can't optimize this global unless all uses of it are *known* to be
1473   // of the malloc value, not of the null initializer value (consider a use
1474   // that compares the global's value against zero to see if the malloc has
1475   // been reached).  To do this, we check to see if all uses of the global
1476   // would trap if the global were null: this proves that they must all
1477   // happen after the malloc.
1478   if (!AllUsesOfLoadedValueWillTrapIfNull(GV))
1479     return false;
1480
1481   // We can't optimize this if the malloc itself is used in a complex way,
1482   // for example, being stored into multiple globals.  This allows the
1483   // malloc to be stored into the specified global, loaded icmp'd, and
1484   // GEP'd.  These are all things we could transform to using the global
1485   // for.
1486   SmallPtrSet<const PHINode*, 8> PHIs;
1487   if (!ValueIsOnlyUsedLocallyOrStoredToOneGlobal(CI, GV, PHIs))
1488     return false;
1489
1490   // If we have a global that is only initialized with a fixed size malloc,
1491   // transform the program to use global memory instead of malloc'd memory.
1492   // This eliminates dynamic allocation, avoids an indirection accessing the
1493   // data, and exposes the resultant global to further GlobalOpt.
1494   // We cannot optimize the malloc if we cannot determine malloc array size.
1495   Value *NElems = getMallocArraySize(CI, DL, TLI, true);
1496   if (!NElems)
1497     return false;
1498
1499   if (ConstantInt *NElements = dyn_cast<ConstantInt>(NElems))
1500     // Restrict this transformation to only working on small allocations
1501     // (2048 bytes currently), as we don't want to introduce a 16M global or
1502     // something.
1503     if (NElements->getZExtValue() * DL.getTypeAllocSize(AllocTy) < 2048) {
1504       OptimizeGlobalAddressOfMalloc(GV, CI, AllocTy, NElements, DL, TLI);
1505       return true;
1506     }
1507
1508   // If the allocation is an array of structures, consider transforming this
1509   // into multiple malloc'd arrays, one for each field.  This is basically
1510   // SRoA for malloc'd memory.
1511
1512   if (Ordering != AtomicOrdering::NotAtomic)
1513     return false;
1514
1515   // If this is an allocation of a fixed size array of structs, analyze as a
1516   // variable size array.  malloc [100 x struct],1 -> malloc struct, 100
1517   if (NElems == ConstantInt::get(CI->getArgOperand(0)->getType(), 1))
1518     if (ArrayType *AT = dyn_cast<ArrayType>(AllocTy))
1519       AllocTy = AT->getElementType();
1520
1521   StructType *AllocSTy = dyn_cast<StructType>(AllocTy);
1522   if (!AllocSTy)
1523     return false;
1524
1525   // This the structure has an unreasonable number of fields, leave it
1526   // alone.
1527   if (AllocSTy->getNumElements() <= 16 && AllocSTy->getNumElements() != 0 &&
1528       AllGlobalLoadUsesSimpleEnoughForHeapSRA(GV, CI)) {
1529
1530     // If this is a fixed size array, transform the Malloc to be an alloc of
1531     // structs.  malloc [100 x struct],1 -> malloc struct, 100
1532     if (ArrayType *AT = dyn_cast<ArrayType>(getMallocAllocatedType(CI, TLI))) {
1533       Type *IntPtrTy = DL.getIntPtrType(CI->getType());
1534       unsigned TypeSize = DL.getStructLayout(AllocSTy)->getSizeInBytes();
1535       Value *AllocSize = ConstantInt::get(IntPtrTy, TypeSize);
1536       Value *NumElements = ConstantInt::get(IntPtrTy, AT->getNumElements());
1537       SmallVector<OperandBundleDef, 1> OpBundles;
1538       CI->getOperandBundlesAsDefs(OpBundles);
1539       Instruction *Malloc =
1540           CallInst::CreateMalloc(CI, IntPtrTy, AllocSTy, AllocSize, NumElements,
1541                                  OpBundles, nullptr, CI->getName());
1542       Instruction *Cast = new BitCastInst(Malloc, CI->getType(), "tmp", CI);
1543       CI->replaceAllUsesWith(Cast);
1544       CI->eraseFromParent();
1545       if (BitCastInst *BCI = dyn_cast<BitCastInst>(Malloc))
1546         CI = cast<CallInst>(BCI->getOperand(0));
1547       else
1548         CI = cast<CallInst>(Malloc);
1549     }
1550
1551     PerformHeapAllocSRoA(GV, CI, getMallocArraySize(CI, DL, TLI, true), DL,
1552                          TLI);
1553     return true;
1554   }
1555
1556   return false;
1557 }
1558
1559 // Try to optimize globals based on the knowledge that only one value (besides
1560 // its initializer) is ever stored to the global.
1561 static bool optimizeOnceStoredGlobal(GlobalVariable *GV, Value *StoredOnceVal,
1562                                      AtomicOrdering Ordering,
1563                                      const DataLayout &DL,
1564                                      TargetLibraryInfo *TLI) {
1565   // Ignore no-op GEPs and bitcasts.
1566   StoredOnceVal = StoredOnceVal->stripPointerCasts();
1567
1568   // If we are dealing with a pointer global that is initialized to null and
1569   // only has one (non-null) value stored into it, then we can optimize any
1570   // users of the loaded value (often calls and loads) that would trap if the
1571   // value was null.
1572   if (GV->getInitializer()->getType()->isPointerTy() &&
1573       GV->getInitializer()->isNullValue() &&
1574       !NullPointerIsDefined(
1575           nullptr /* F */,
1576           GV->getInitializer()->getType()->getPointerAddressSpace())) {
1577     if (Constant *SOVC = dyn_cast<Constant>(StoredOnceVal)) {
1578       if (GV->getInitializer()->getType() != SOVC->getType())
1579         SOVC = ConstantExpr::getBitCast(SOVC, GV->getInitializer()->getType());
1580
1581       // Optimize away any trapping uses of the loaded value.
1582       if (OptimizeAwayTrappingUsesOfLoads(GV, SOVC, DL, TLI))
1583         return true;
1584     } else if (CallInst *CI = extractMallocCall(StoredOnceVal, TLI)) {
1585       Type *MallocType = getMallocAllocatedType(CI, TLI);
1586       if (MallocType && tryToOptimizeStoreOfMallocToGlobal(GV, CI, MallocType,
1587                                                            Ordering, DL, TLI))
1588         return true;
1589     }
1590   }
1591
1592   return false;
1593 }
1594
1595 /// At this point, we have learned that the only two values ever stored into GV
1596 /// are its initializer and OtherVal.  See if we can shrink the global into a
1597 /// boolean and select between the two values whenever it is used.  This exposes
1598 /// the values to other scalar optimizations.
1599 static bool TryToShrinkGlobalToBoolean(GlobalVariable *GV, Constant *OtherVal) {
1600   Type *GVElType = GV->getValueType();
1601
1602   // If GVElType is already i1, it is already shrunk.  If the type of the GV is
1603   // an FP value, pointer or vector, don't do this optimization because a select
1604   // between them is very expensive and unlikely to lead to later
1605   // simplification.  In these cases, we typically end up with "cond ? v1 : v2"
1606   // where v1 and v2 both require constant pool loads, a big loss.
1607   if (GVElType == Type::getInt1Ty(GV->getContext()) ||
1608       GVElType->isFloatingPointTy() ||
1609       GVElType->isPointerTy() || GVElType->isVectorTy())
1610     return false;
1611
1612   // Walk the use list of the global seeing if all the uses are load or store.
1613   // If there is anything else, bail out.
1614   for (User *U : GV->users())
1615     if (!isa<LoadInst>(U) && !isa<StoreInst>(U))
1616       return false;
1617
1618   LLVM_DEBUG(dbgs() << "   *** SHRINKING TO BOOL: " << *GV << "\n");
1619
1620   // Create the new global, initializing it to false.
1621   GlobalVariable *NewGV = new GlobalVariable(Type::getInt1Ty(GV->getContext()),
1622                                              false,
1623                                              GlobalValue::InternalLinkage,
1624                                         ConstantInt::getFalse(GV->getContext()),
1625                                              GV->getName()+".b",
1626                                              GV->getThreadLocalMode(),
1627                                              GV->getType()->getAddressSpace());
1628   NewGV->copyAttributesFrom(GV);
1629   GV->getParent()->getGlobalList().insert(GV->getIterator(), NewGV);
1630
1631   Constant *InitVal = GV->getInitializer();
1632   assert(InitVal->getType() != Type::getInt1Ty(GV->getContext()) &&
1633          "No reason to shrink to bool!");
1634
1635   SmallVector<DIGlobalVariableExpression *, 1> GVs;
1636   GV->getDebugInfo(GVs);
1637
1638   // If initialized to zero and storing one into the global, we can use a cast
1639   // instead of a select to synthesize the desired value.
1640   bool IsOneZero = false;
1641   bool EmitOneOrZero = true;
1642   if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(OtherVal)){
1643     IsOneZero = InitVal->isNullValue() && CI->isOne();
1644
1645     if (ConstantInt *CIInit = dyn_cast<ConstantInt>(GV->getInitializer())){
1646       uint64_t ValInit = CIInit->getZExtValue();
1647       uint64_t ValOther = CI->getZExtValue();
1648       uint64_t ValMinus = ValOther - ValInit;
1649
1650       for(auto *GVe : GVs){
1651         DIGlobalVariable *DGV = GVe->getVariable();
1652         DIExpression *E = GVe->getExpression();
1653
1654         // It is expected that the address of global optimized variable is on
1655         // top of the stack. After optimization, value of that variable will
1656         // be ether 0 for initial value or 1 for other value. The following
1657         // expression should return constant integer value depending on the
1658         // value at global object address:
1659         // val * (ValOther - ValInit) + ValInit:
1660         // DW_OP_deref DW_OP_constu <ValMinus>
1661         // DW_OP_mul DW_OP_constu <ValInit> DW_OP_plus DW_OP_stack_value
1662         SmallVector<uint64_t, 12> Ops = {
1663             dwarf::DW_OP_deref, dwarf::DW_OP_constu, ValMinus,
1664             dwarf::DW_OP_mul,   dwarf::DW_OP_constu, ValInit,
1665             dwarf::DW_OP_plus};
1666         E = DIExpression::prependOpcodes(E, Ops, DIExpression::WithStackValue);
1667         DIGlobalVariableExpression *DGVE =
1668           DIGlobalVariableExpression::get(NewGV->getContext(), DGV, E);
1669         NewGV->addDebugInfo(DGVE);
1670      }
1671      EmitOneOrZero = false;
1672     }
1673   }
1674
1675   if (EmitOneOrZero) {
1676      // FIXME: This will only emit address for debugger on which will
1677      // be written only 0 or 1.
1678      for(auto *GV : GVs)
1679        NewGV->addDebugInfo(GV);
1680    }
1681
1682   while (!GV->use_empty()) {
1683     Instruction *UI = cast<Instruction>(GV->user_back());
1684     if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(UI)) {
1685       // Change the store into a boolean store.
1686       bool StoringOther = SI->getOperand(0) == OtherVal;
1687       // Only do this if we weren't storing a loaded value.
1688       Value *StoreVal;
1689       if (StoringOther || SI->getOperand(0) == InitVal) {
1690         StoreVal = ConstantInt::get(Type::getInt1Ty(GV->getContext()),
1691                                     StoringOther);
1692       } else {
1693         // Otherwise, we are storing a previously loaded copy.  To do this,
1694         // change the copy from copying the original value to just copying the
1695         // bool.
1696         Instruction *StoredVal = cast<Instruction>(SI->getOperand(0));
1697
1698         // If we've already replaced the input, StoredVal will be a cast or
1699         // select instruction.  If not, it will be a load of the original
1700         // global.
1701         if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(StoredVal)) {
1702           assert(LI->getOperand(0) == GV && "Not a copy!");
1703           // Insert a new load, to preserve the saved value.
1704           StoreVal = new LoadInst(NewGV, LI->getName()+".b", false, 0,
1705                                   LI->getOrdering(), LI->getSyncScopeID(), LI);
1706         } else {
1707           assert((isa<CastInst>(StoredVal) || isa<SelectInst>(StoredVal)) &&
1708                  "This is not a form that we understand!");
1709           StoreVal = StoredVal->getOperand(0);
1710           assert(isa<LoadInst>(StoreVal) && "Not a load of NewGV!");
1711         }
1712       }
1713       new StoreInst(StoreVal, NewGV, false, 0,
1714                     SI->getOrdering(), SI->getSyncScopeID(), SI);
1715     } else {
1716       // Change the load into a load of bool then a select.
1717       LoadInst *LI = cast<LoadInst>(UI);
1718       LoadInst *NLI = new LoadInst(NewGV, LI->getName()+".b", false, 0,
1719                                    LI->getOrdering(), LI->getSyncScopeID(), LI);
1720       Value *NSI;
1721       if (IsOneZero)
1722         NSI = new ZExtInst(NLI, LI->getType(), "", LI);
1723       else
1724         NSI = SelectInst::Create(NLI, OtherVal, InitVal, "", LI);
1725       NSI->takeName(LI);
1726       LI->replaceAllUsesWith(NSI);
1727     }
1728     UI->eraseFromParent();
1729   }
1730
1731   // Retain the name of the old global variable. People who are debugging their
1732   // programs may expect these variables to be named the same.
1733   NewGV->takeName(GV);
1734   GV->eraseFromParent();
1735   return true;
1736 }
1737
1738 static bool deleteIfDead(
1739     GlobalValue &GV, SmallPtrSetImpl<const Comdat *> &NotDiscardableComdats) {
1740   GV.removeDeadConstantUsers();
1741
1742   if (!GV.isDiscardableIfUnused() && !GV.isDeclaration())
1743     return false;
1744
1745   if (const Comdat *C = GV.getComdat())
1746     if (!GV.hasLocalLinkage() && NotDiscardableComdats.count(C))
1747       return false;
1748
1749   bool Dead;
1750   if (auto *F = dyn_cast<Function>(&GV))
1751     Dead = (F->isDeclaration() && F->use_empty()) || F->isDefTriviallyDead();
1752   else
1753     Dead = GV.use_empty();
1754   if (!Dead)
1755     return false;
1756
1757   LLVM_DEBUG(dbgs() << "GLOBAL DEAD: " << GV << "\n");
1758   GV.eraseFromParent();
1759   ++NumDeleted;
1760   return true;
1761 }
1762
1763 static bool isPointerValueDeadOnEntryToFunction(
1764     const Function *F, GlobalValue *GV,
1765     function_ref<DominatorTree &(Function &)> LookupDomTree) {
1766   // Find all uses of GV. We expect them all to be in F, and if we can't
1767   // identify any of the uses we bail out.
1768   //
1769   // On each of these uses, identify if the memory that GV points to is
1770   // used/required/live at the start of the function. If it is not, for example
1771   // if the first thing the function does is store to the GV, the GV can
1772   // possibly be demoted.
1773   //
1774   // We don't do an exhaustive search for memory operations - simply look
1775   // through bitcasts as they're quite common and benign.
1776   const DataLayout &DL = GV->getParent()->getDataLayout();
1777   SmallVector<LoadInst *, 4> Loads;
1778   SmallVector<StoreInst *, 4> Stores;
1779   for (auto *U : GV->users()) {
1780     if (Operator::getOpcode(U) == Instruction::BitCast) {
1781       for (auto *UU : U->users()) {
1782         if (auto *LI = dyn_cast<LoadInst>(UU))
1783           Loads.push_back(LI);
1784         else if (auto *SI = dyn_cast<StoreInst>(UU))
1785           Stores.push_back(SI);
1786         else
1787           return false;
1788       }
1789       continue;
1790     }
1791
1792     Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(U);
1793     if (!I)
1794       return false;
1795     assert(I->getParent()->getParent() == F);
1796
1797     if (auto *LI = dyn_cast<LoadInst>(I))
1798       Loads.push_back(LI);
1799     else if (auto *SI = dyn_cast<StoreInst>(I))
1800       Stores.push_back(SI);
1801     else
1802       return false;
1803   }
1804
1805   // We have identified all uses of GV into loads and stores. Now check if all
1806   // of them are known not to depend on the value of the global at the function
1807   // entry point. We do this by ensuring that every load is dominated by at
1808   // least one store.
1809   auto &DT = LookupDomTree(*const_cast<Function *>(F));
1810
1811   // The below check is quadratic. Check we're not going to do too many tests.
1812   // FIXME: Even though this will always have worst-case quadratic time, we
1813   // could put effort into minimizing the average time by putting stores that
1814   // have been shown to dominate at least one load at the beginning of the
1815   // Stores array, making subsequent dominance checks more likely to succeed
1816   // early.
1817   //
1818   // The threshold here is fairly large because global->local demotion is a
1819   // very powerful optimization should it fire.
1820   const unsigned Threshold = 100;
1821   if (Loads.size() * Stores.size() > Threshold)
1822     return false;
1823
1824   for (auto *L : Loads) {
1825     auto *LTy = L->getType();
1826     if (none_of(Stores, [&](const StoreInst *S) {
1827           auto *STy = S->getValueOperand()->getType();
1828           // The load is only dominated by the store if DomTree says so
1829           // and the number of bits loaded in L is less than or equal to
1830           // the number of bits stored in S.
1831           return DT.dominates(S, L) &&
1832                  DL.getTypeStoreSize(LTy) <= DL.getTypeStoreSize(STy);
1833         }))
1834       return false;
1835   }
1836   // All loads have known dependences inside F, so the global can be localized.
1837   return true;
1838 }
1839
1840 /// C may have non-instruction users. Can all of those users be turned into
1841 /// instructions?
1842 static bool allNonInstructionUsersCanBeMadeInstructions(Constant *C) {
1843   // We don't do this exhaustively. The most common pattern that we really need
1844   // to care about is a constant GEP or constant bitcast - so just looking
1845   // through one single ConstantExpr.
1846   //
1847   // The set of constants that this function returns true for must be able to be
1848   // handled by makeAllConstantUsesInstructions.
1849   for (auto *U : C->users()) {
1850     if (isa<Instruction>(U))
1851       continue;
1852     if (!isa<ConstantExpr>(U))
1853       // Non instruction, non-constantexpr user; cannot convert this.
1854       return false;
1855     for (auto *UU : U->users())
1856       if (!isa<Instruction>(UU))
1857         // A constantexpr used by another constant. We don't try and recurse any
1858         // further but just bail out at this point.
1859         return false;
1860   }
1861
1862   return true;
1863 }
1864
1865 /// C may have non-instruction users, and
1866 /// allNonInstructionUsersCanBeMadeInstructions has returned true. Convert the
1867 /// non-instruction users to instructions.
1868 static void makeAllConstantUsesInstructions(Constant *C) {
1869   SmallVector<ConstantExpr*,4> Users;
1870   for (auto *U : C->users()) {
1871     if (isa<ConstantExpr>(U))
1872       Users.push_back(cast<ConstantExpr>(U));
1873     else
1874       // We should never get here; allNonInstructionUsersCanBeMadeInstructions
1875       // should not have returned true for C.
1876       assert(
1877           isa<Instruction>(U) &&
1878           "Can't transform non-constantexpr non-instruction to instruction!");
1879   }
1880
1881   SmallVector<Value*,4> UUsers;
1882   for (auto *U : Users) {
1883     UUsers.clear();
1884     for (auto *UU : U->users())
1885       UUsers.push_back(UU);
1886     for (auto *UU : UUsers) {
1887       Instruction *UI = cast<Instruction>(UU);
1888       Instruction *NewU = U->getAsInstruction();
1889       NewU->insertBefore(UI);
1890       UI->replaceUsesOfWith(U, NewU);
1891     }
1892     // We've replaced all the uses, so destroy the constant. (destroyConstant
1893     // will update value handles and metadata.)
1894     U->destroyConstant();
1895   }
1896 }
1897
1898 /// Analyze the specified global variable and optimize
1899 /// it if possible.  If we make a change, return true.
1900 static bool processInternalGlobal(
1901     GlobalVariable *GV, const GlobalStatus &GS, TargetLibraryInfo *TLI,
1902     function_ref<DominatorTree &(Function &)> LookupDomTree) {
1903   auto &DL = GV->getParent()->getDataLayout();
1904   // If this is a first class global and has only one accessing function and
1905   // this function is non-recursive, we replace the global with a local alloca
1906   // in this function.
1907   //
1908   // NOTE: It doesn't make sense to promote non-single-value types since we
1909   // are just replacing static memory to stack memory.
1910   //
1911   // If the global is in different address space, don't bring it to stack.
1912   if (!GS.HasMultipleAccessingFunctions &&
1913       GS.AccessingFunction &&
1914       GV->getValueType()->isSingleValueType() &&
1915       GV->getType()->getAddressSpace() == 0 &&
1916       !GV->isExternallyInitialized() &&
1917       allNonInstructionUsersCanBeMadeInstructions(GV) &&
1918       GS.AccessingFunction->doesNotRecurse() &&
1919       isPointerValueDeadOnEntryToFunction(GS.AccessingFunction, GV,
1920                                           LookupDomTree)) {
1921     const DataLayout &DL = GV->getParent()->getDataLayout();
1922
1923     LLVM_DEBUG(dbgs() << "LOCALIZING GLOBAL: " << *GV << "\n");
1924     Instruction &FirstI = const_cast<Instruction&>(*GS.AccessingFunction
1925                                                    ->getEntryBlock().begin());
1926     Type *ElemTy = GV->getValueType();
1927     // FIXME: Pass Global's alignment when globals have alignment
1928     AllocaInst *Alloca = new AllocaInst(ElemTy, DL.getAllocaAddrSpace(), nullptr,
1929                                         GV->getName(), &FirstI);
1930     if (!isa<UndefValue>(GV->getInitializer()))
1931       new StoreInst(GV->getInitializer(), Alloca, &FirstI);
1932
1933     makeAllConstantUsesInstructions(GV);
1934
1935     GV->replaceAllUsesWith(Alloca);
1936     GV->eraseFromParent();
1937     ++NumLocalized;
1938     return true;
1939   }
1940
1941   // If the global is never loaded (but may be stored to), it is dead.
1942   // Delete it now.
1943   if (!GS.IsLoaded) {
1944     LLVM_DEBUG(dbgs() << "GLOBAL NEVER LOADED: " << *GV << "\n");
1945
1946     bool Changed;
1947     if (isLeakCheckerRoot(GV)) {
1948       // Delete any constant stores to the global.
1949       Changed = CleanupPointerRootUsers(GV, TLI);
1950     } else {
1951       // Delete any stores we can find to the global.  We may not be able to
1952       // make it completely dead though.
1953       Changed = CleanupConstantGlobalUsers(GV, GV->getInitializer(), DL, TLI);
1954     }
1955
1956     // If the global is dead now, delete it.
1957     if (GV->use_empty()) {
1958       GV->eraseFromParent();
1959       ++NumDeleted;
1960       Changed = true;
1961     }
1962     return Changed;
1963
1964   }
1965   if (GS.StoredType <= GlobalStatus::InitializerStored) {
1966     LLVM_DEBUG(dbgs() << "MARKING CONSTANT: " << *GV << "\n");
1967     GV->setConstant(true);
1968
1969     // Clean up any obviously simplifiable users now.
1970     CleanupConstantGlobalUsers(GV, GV->getInitializer(), DL, TLI);
1971
1972     // If the global is dead now, just nuke it.
1973     if (GV->use_empty()) {
1974       LLVM_DEBUG(dbgs() << "   *** Marking constant allowed us to simplify "
1975                         << "all users and delete global!\n");
1976       GV->eraseFromParent();
1977       ++NumDeleted;
1978       return true;
1979     }
1980
1981     // Fall through to the next check; see if we can optimize further.
1982     ++NumMarked;
1983   }
1984   if (!GV->getInitializer()->getType()->isSingleValueType()) {
1985     const DataLayout &DL = GV->getParent()->getDataLayout();
1986     if (SRAGlobal(GV, DL))
1987       return true;
1988   }
1989   if (GS.StoredType == GlobalStatus::StoredOnce && GS.StoredOnceValue) {
1990     // If the initial value for the global was an undef value, and if only
1991     // one other value was stored into it, we can just change the
1992     // initializer to be the stored value, then delete all stores to the
1993     // global.  This allows us to mark it constant.
1994     if (Constant *SOVConstant = dyn_cast<Constant>(GS.StoredOnceValue))
1995       if (isa<UndefValue>(GV->getInitializer())) {
1996         // Change the initial value here.
1997         GV->setInitializer(SOVConstant);
1998
1999         // Clean up any obviously simplifiable users now.
2000         CleanupConstantGlobalUsers(GV, GV->getInitializer(), DL, TLI);
2001
2002         if (GV->use_empty()) {
2003           LLVM_DEBUG(dbgs() << "   *** Substituting initializer allowed us to "
2004                             << "simplify all users and delete global!\n");
2005           GV->eraseFromParent();
2006           ++NumDeleted;
2007         }
2008         ++NumSubstitute;
2009         return true;
2010       }
2011
2012     // Try to optimize globals based on the knowledge that only one value
2013     // (besides its initializer) is ever stored to the global.
2014     if (optimizeOnceStoredGlobal(GV, GS.StoredOnceValue, GS.Ordering, DL, TLI))
2015       return true;
2016
2017     // Otherwise, if the global was not a boolean, we can shrink it to be a
2018     // boolean.
2019     if (Constant *SOVConstant = dyn_cast<Constant>(GS.StoredOnceValue)) {
2020       if (GS.Ordering == AtomicOrdering::NotAtomic) {
2021         if (TryToShrinkGlobalToBoolean(GV, SOVConstant)) {
2022           ++NumShrunkToBool;
2023           return true;
2024         }
2025       }
2026     }
2027   }
2028
2029   return false;
2030 }
2031
2032 /// Analyze the specified global variable and optimize it if possible.  If we
2033 /// make a change, return true.
2034 static bool
2035 processGlobal(GlobalValue &GV, TargetLibraryInfo *TLI,
2036               function_ref<DominatorTree &(Function &)> LookupDomTree) {
2037   if (GV.getName().startswith("llvm."))
2038     return false;
2039
2040   GlobalStatus GS;
2041
2042   if (GlobalStatus::analyzeGlobal(&GV, GS))
2043     return false;
2044
2045   bool Changed = false;
2046   if (!GS.IsCompared && !GV.hasGlobalUnnamedAddr()) {
2047     auto NewUnnamedAddr = GV.hasLocalLinkage() ? GlobalValue::UnnamedAddr::Global
2048                                                : GlobalValue::UnnamedAddr::Local;
2049     if (NewUnnamedAddr != GV.getUnnamedAddr()) {
2050       GV.setUnnamedAddr(NewUnnamedAddr);
2051       NumUnnamed++;
2052       Changed = true;
2053     }
2054   }
2055
2056   // Do more involved optimizations if the global is internal.
2057   if (!GV.hasLocalLinkage())
2058     return Changed;
2059
2060   auto *GVar = dyn_cast<GlobalVariable>(&GV);
2061   if (!GVar)
2062     return Changed;
2063
2064   if (GVar->isConstant() || !GVar->hasInitializer())
2065     return Changed;
2066
2067   return processInternalGlobal(GVar, GS, TLI, LookupDomTree) || Changed;
2068 }
2069
2070 /// Walk all of the direct calls of the specified function, changing them to
2071 /// FastCC.
2072 static void ChangeCalleesToFastCall(Function *F) {
2073   for (User *U : F->users()) {
2074     if (isa<BlockAddress>(U))
2075       continue;
2076     CallSite CS(cast<Instruction>(U));
2077     CS.setCallingConv(CallingConv::Fast);
2078   }
2079 }
2080
2081 static AttributeList StripNest(LLVMContext &C, AttributeList Attrs) {
2082   // There can be at most one attribute set with a nest attribute.
2083   unsigned NestIndex;
2084   if (Attrs.hasAttrSomewhere(Attribute::Nest, &NestIndex))
2085     return Attrs.removeAttribute(C, NestIndex, Attribute::Nest);
2086   return Attrs;
2087 }
2088
2089 static void RemoveNestAttribute(Function *F) {
2090   F->setAttributes(StripNest(F->getContext(), F->getAttributes()));
2091   for (User *U : F->users()) {
2092     if (isa<BlockAddress>(U))
2093       continue;
2094     CallSite CS(cast<Instruction>(U));
2095     CS.setAttributes(StripNest(F->getContext(), CS.getAttributes()));
2096   }
2097 }
2098
2099 /// Return true if this is a calling convention that we'd like to change.  The
2100 /// idea here is that we don't want to mess with the convention if the user
2101 /// explicitly requested something with performance implications like coldcc,
2102 /// GHC, or anyregcc.
2103 static bool hasChangeableCC(Function *F) {
2104   CallingConv::ID CC = F->getCallingConv();
2105
2106   // FIXME: Is it worth transforming x86_stdcallcc and x86_fastcallcc?
2107   if (CC != CallingConv::C && CC != CallingConv::X86_ThisCall)
2108     return false;
2109
2110   // FIXME: Change CC for the whole chain of musttail calls when possible.
2111   //
2112   // Can't change CC of the function that either has musttail calls, or is a
2113   // musttail callee itself
2114   for (User *U : F->users()) {
2115     if (isa<BlockAddress>(U))
2116       continue;
2117     CallInst* CI = dyn_cast<CallInst>(U);
2118     if (!CI)
2119       continue;
2120
2121     if (CI->isMustTailCall())
2122       return false;
2123   }
2124
2125   for (BasicBlock &BB : *F)
2126     if (BB.getTerminatingMustTailCall())
2127       return false;
2128
2129   return true;
2130 }
2131
2132 /// Return true if the block containing the call site has a BlockFrequency of
2133 /// less than ColdCCRelFreq% of the entry block.
2134 static bool isColdCallSite(CallSite CS, BlockFrequencyInfo &CallerBFI) {
2135   const BranchProbability ColdProb(ColdCCRelFreq, 100);
2136   auto CallSiteBB = CS.getInstruction()->getParent();
2137   auto CallSiteFreq = CallerBFI.getBlockFreq(CallSiteBB);
2138   auto CallerEntryFreq =
2139       CallerBFI.getBlockFreq(&(CS.getCaller()->getEntryBlock()));
2140   return CallSiteFreq < CallerEntryFreq * ColdProb;
2141 }
2142
2143 // This function checks if the input function F is cold at all call sites. It
2144 // also looks each call site's containing function, returning false if the
2145 // caller function contains other non cold calls. The input vector AllCallsCold
2146 // contains a list of functions that only have call sites in cold blocks.
2147 static bool
2148 isValidCandidateForColdCC(Function &F,
2149                           function_ref<BlockFrequencyInfo &(Function &)> GetBFI,
2150                           const std::vector<Function *> &AllCallsCold) {
2151
2152   if (F.user_empty())
2153     return false;
2154
2155   for (User *U : F.users()) {
2156     if (isa<BlockAddress>(U))
2157       continue;
2158
2159     CallSite CS(cast<Instruction>(U));
2160     Function *CallerFunc = CS.getInstruction()->getParent()->getParent();
2161     BlockFrequencyInfo &CallerBFI = GetBFI(*CallerFunc);
2162     if (!isColdCallSite(CS, CallerBFI))
2163       return false;
2164     auto It = std::find(AllCallsCold.begin(), AllCallsCold.end(), CallerFunc);
2165     if (It == AllCallsCold.end())
2166       return false;
2167   }
2168   return true;
2169 }
2170
2171 static void changeCallSitesToColdCC(Function *F) {
2172   for (User *U : F->users()) {
2173     if (isa<BlockAddress>(U))
2174       continue;
2175     CallSite CS(cast<Instruction>(U));
2176     CS.setCallingConv(CallingConv::Cold);
2177   }
2178 }
2179
2180 // This function iterates over all the call instructions in the input Function
2181 // and checks that all call sites are in cold blocks and are allowed to use the
2182 // coldcc calling convention.
2183 static bool
2184 hasOnlyColdCalls(Function &F,
2185                  function_ref<BlockFrequencyInfo &(Function &)> GetBFI) {
2186   for (BasicBlock &BB : F) {
2187     for (Instruction &I : BB) {
2188       if (CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(&I)) {
2189         CallSite CS(cast<Instruction>(CI));
2190         // Skip over isline asm instructions since they aren't function calls.
2191         if (CI->isInlineAsm())
2192           continue;
2193         Function *CalledFn = CI->getCalledFunction();
2194         if (!CalledFn)
2195           return false;
2196         if (!CalledFn->hasLocalLinkage())
2197           return false;
2198         // Skip over instrinsics since they won't remain as function calls.
2199         if (CalledFn->getIntrinsicID() != Intrinsic::not_intrinsic)
2200           continue;
2201         // Check if it's valid to use coldcc calling convention.
2202         if (!hasChangeableCC(CalledFn) || CalledFn->isVarArg() ||
2203             CalledFn->hasAddressTaken())
2204           return false;
2205         BlockFrequencyInfo &CallerBFI = GetBFI(F);
2206         if (!isColdCallSite(CS, CallerBFI))
2207           return false;
2208       }
2209     }
2210   }
2211   return true;
2212 }
2213
2214 static bool
2215 OptimizeFunctions(Module &M, TargetLibraryInfo *TLI,
2216                   function_ref<TargetTransformInfo &(Function &)> GetTTI,
2217                   function_ref<BlockFrequencyInfo &(Function &)> GetBFI,
2218                   function_ref<DominatorTree &(Function &)> LookupDomTree,
2219                   SmallPtrSetImpl<const Comdat *> &NotDiscardableComdats) {
2220
2221   bool Changed = false;
2222
2223   std::vector<Function *> AllCallsCold;
2224   for (Module::iterator FI = M.begin(), E = M.end(); FI != E;) {
2225     Function *F = &*FI++;
2226     if (hasOnlyColdCalls(*F, GetBFI))
2227       AllCallsCold.push_back(F);
2228   }
2229
2230   // Optimize functions.
2231   for (Module::iterator FI = M.begin(), E = M.end(); FI != E; ) {
2232     Function *F = &*FI++;
2233
2234     // Don't perform global opt pass on naked functions; we don't want fast
2235     // calling conventions for naked functions.
2236     if (F->hasFnAttribute(Attribute::Naked))
2237       continue;
2238
2239     // Functions without names cannot be referenced outside this module.
2240     if (!F->hasName() && !F->isDeclaration() && !F->hasLocalLinkage())
2241       F->setLinkage(GlobalValue::InternalLinkage);
2242
2243     if (deleteIfDead(*F, NotDiscardableComdats)) {
2244       Changed = true;
2245       continue;
2246     }
2247
2248     // LLVM's definition of dominance allows instructions that are cyclic
2249     // in unreachable blocks, e.g.:
2250     // %pat = select i1 %condition, @global, i16* %pat
2251     // because any instruction dominates an instruction in a block that's
2252     // not reachable from entry.
2253     // So, remove unreachable blocks from the function, because a) there's
2254     // no point in analyzing them and b) GlobalOpt should otherwise grow
2255     // some more complicated logic to break these cycles.
2256     // Removing unreachable blocks might invalidate the dominator so we
2257     // recalculate it.
2258     if (!F->isDeclaration()) {
2259       if (removeUnreachableBlocks(*F)) {
2260         auto &DT = LookupDomTree(*F);
2261         DT.recalculate(*F);
2262         Changed = true;
2263       }
2264     }
2265
2266     Changed |= processGlobal(*F, TLI, LookupDomTree);
2267
2268     if (!F->hasLocalLinkage())
2269       continue;
2270
2271     if (hasChangeableCC(F) && !F->isVarArg() && !F->hasAddressTaken()) {
2272       NumInternalFunc++;
2273       TargetTransformInfo &TTI = GetTTI(*F);
2274       // Change the calling convention to coldcc if either stress testing is
2275       // enabled or the target would like to use coldcc on functions which are
2276       // cold at all call sites and the callers contain no other non coldcc
2277       // calls.
2278       if (EnableColdCCStressTest ||
2279           (isValidCandidateForColdCC(*F, GetBFI, AllCallsCold) &&
2280            TTI.useColdCCForColdCall(*F))) {
2281         F->setCallingConv(CallingConv::Cold);
2282         changeCallSitesToColdCC(F);
2283         Changed = true;
2284         NumColdCC++;
2285       }
2286     }
2287
2288     if (hasChangeableCC(F) && !F->isVarArg() &&
2289         !F->hasAddressTaken()) {
2290       // If this function has a calling convention worth changing, is not a
2291       // varargs function, and is only called directly, promote it to use the
2292       // Fast calling convention.
2293       F->setCallingConv(CallingConv::Fast);
2294       ChangeCalleesToFastCall(F);
2295       ++NumFastCallFns;
2296       Changed = true;
2297     }
2298
2299     if (F->getAttributes().hasAttrSomewhere(Attribute::Nest) &&
2300         !F->hasAddressTaken()) {
2301       // The function is not used by a trampoline intrinsic, so it is safe
2302       // to remove the 'nest' attribute.
2303       RemoveNestAttribute(F);
2304       ++NumNestRemoved;
2305       Changed = true;
2306     }
2307   }
2308   return Changed;
2309 }
2310
2311 static bool
2312 OptimizeGlobalVars(Module &M, TargetLibraryInfo *TLI,
2313                    function_ref<DominatorTree &(Function &)> LookupDomTree,
2314                    SmallPtrSetImpl<const Comdat *> &NotDiscardableComdats) {
2315   bool Changed = false;
2316
2317   for (Module::global_iterator GVI = M.global_begin(), E = M.global_end();
2318        GVI != E; ) {
2319     GlobalVariable *GV = &*GVI++;
2320     // Global variables without names cannot be referenced outside this module.
2321     if (!GV->hasName() && !GV->isDeclaration() && !GV->hasLocalLinkage())
2322       GV->setLinkage(GlobalValue::InternalLinkage);
2323     // Simplify the initializer.
2324     if (GV->hasInitializer())
2325       if (auto *C = dyn_cast<Constant>(GV->getInitializer())) {
2326         auto &DL = M.getDataLayout();
2327         Constant *New = ConstantFoldConstant(C, DL, TLI);
2328         if (New && New != C)
2329           GV->setInitializer(New);
2330       }
2331
2332     if (deleteIfDead(*GV, NotDiscardableComdats)) {
2333       Changed = true;
2334       continue;
2335     }
2336
2337     Changed |= processGlobal(*GV, TLI, LookupDomTree);
2338   }
2339   return Changed;
2340 }
2341
2342 /// Evaluate a piece of a constantexpr store into a global initializer.  This
2343 /// returns 'Init' modified to reflect 'Val' stored into it.  At this point, the
2344 /// GEP operands of Addr [0, OpNo) have been stepped into.
2345 static Constant *EvaluateStoreInto(Constant *Init, Constant *Val,
2346                                    ConstantExpr *Addr, unsigned OpNo) {
2347   // Base case of the recursion.
2348   if (OpNo == Addr->getNumOperands()) {
2349     assert(Val->getType() == Init->getType() && "Type mismatch!");
2350     return Val;
2351   }
2352
2353   SmallVector<Constant*, 32> Elts;
2354   if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(Init->getType())) {
2355     // Break up the constant into its elements.
2356     for (unsigned i = 0, e = STy->getNumElements(); i != e; ++i)
2357       Elts.push_back(Init->getAggregateElement(i));
2358
2359     // Replace the element that we are supposed to.
2360     ConstantInt *CU = cast<ConstantInt>(Addr->getOperand(OpNo));
2361     unsigned Idx = CU->getZExtValue();
2362     assert(Idx < STy->getNumElements() && "Struct index out of range!");
2363     Elts[Idx] = EvaluateStoreInto(Elts[Idx], Val, Addr, OpNo+1);
2364
2365     // Return the modified struct.
2366     return ConstantStruct::get(STy, Elts);
2367   }
2368
2369   ConstantInt *CI = cast<ConstantInt>(Addr->getOperand(OpNo));
2370   SequentialType *InitTy = cast<SequentialType>(Init->getType());
2371   uint64_t NumElts = InitTy->getNumElements();
2372
2373   // Break up the array into elements.
2374   for (uint64_t i = 0, e = NumElts; i != e; ++i)
2375     Elts.push_back(Init->getAggregateElement(i));
2376
2377   assert(CI->getZExtValue() < NumElts);
2378   Elts[CI->getZExtValue()] =
2379     EvaluateStoreInto(Elts[CI->getZExtValue()], Val, Addr, OpNo+1);
2380
2381   if (Init->getType()->isArrayTy())
2382     return ConstantArray::get(cast<ArrayType>(InitTy), Elts);
2383   return ConstantVector::get(Elts);
2384 }
2385
2386 /// We have decided that Addr (which satisfies the predicate
2387 /// isSimpleEnoughPointerToCommit) should get Val as its value.  Make it happen.
2388 static void CommitValueTo(Constant *Val, Constant *Addr) {
2389   if (GlobalVariable *GV = dyn_cast<GlobalVariable>(Addr)) {
2390     assert(GV->hasInitializer());
2391     GV->setInitializer(Val);
2392     return;
2393   }
2394
2395   ConstantExpr *CE = cast<ConstantExpr>(Addr);
2396   GlobalVariable *GV = cast<GlobalVariable>(CE->getOperand(0));
2397   GV->setInitializer(EvaluateStoreInto(GV->getInitializer(), Val, CE, 2));
2398 }
2399
2400 /// Given a map of address -> value, where addresses are expected to be some form
2401 /// of either a global or a constant GEP, set the initializer for the address to
2402 /// be the value. This performs mostly the same function as CommitValueTo()
2403 /// and EvaluateStoreInto() but is optimized to be more efficient for the common
2404 /// case where the set of addresses are GEPs sharing the same underlying global,
2405 /// processing the GEPs in batches rather than individually.
2406 ///
2407 /// To give an example, consider the following C++ code adapted from the clang
2408 /// regression tests:
2409 /// struct S {
2410 ///  int n = 10;
2411 ///  int m = 2 * n;
2412 ///  S(int a) : n(a) {}
2413 /// };
2414 ///
2415 /// template<typename T>
2416 /// struct U {
2417 ///  T *r = &q;
2418 ///  T q = 42;
2419 ///  U *p = this;
2420 /// };
2421 ///
2422 /// U<S> e;
2423 ///
2424 /// The global static constructor for 'e' will need to initialize 'r' and 'p' of
2425 /// the outer struct, while also initializing the inner 'q' structs 'n' and 'm'
2426 /// members. This batch algorithm will simply use general CommitValueTo() method
2427 /// to handle the complex nested S struct initialization of 'q', before
2428 /// processing the outermost members in a single batch. Using CommitValueTo() to
2429 /// handle member in the outer struct is inefficient when the struct/array is
2430 /// very large as we end up creating and destroy constant arrays for each
2431 /// initialization.
2432 /// For the above case, we expect the following IR to be generated:
2433 ///
2434 /// %struct.U = type { %struct.S*, %struct.S, %struct.U* }
2435 /// %struct.S = type { i32, i32 }
2436 /// @e = global %struct.U { %struct.S* gep inbounds (%struct.U, %struct.U* @e,
2437 ///                                                  i64 0, i32 1),
2438 ///                         %struct.S { i32 42, i32 84 }, %struct.U* @e }
2439 /// The %struct.S { i32 42, i32 84 } inner initializer is treated as a complex
2440 /// constant expression, while the other two elements of @e are "simple".
2441 static void BatchCommitValueTo(const DenseMap<Constant*, Constant*> &Mem) {
2442   SmallVector<std::pair<GlobalVariable*, Constant*>, 32> GVs;
2443   SmallVector<std::pair<ConstantExpr*, Constant*>, 32> ComplexCEs;
2444   SmallVector<std::pair<ConstantExpr*, Constant*>, 32> SimpleCEs;
2445   SimpleCEs.reserve(Mem.size());
2446
2447   for (const auto &I : Mem) {
2448     if (auto *GV = dyn_cast<GlobalVariable>(I.first)) {
2449       GVs.push_back(std::make_pair(GV, I.second));
2450     } else {
2451       ConstantExpr *GEP = cast<ConstantExpr>(I.first);
2452       // We don't handle the deeply recursive case using the batch method.
2453       if (GEP->getNumOperands() > 3)
2454         ComplexCEs.push_back(std::make_pair(GEP, I.second));
2455       else
2456         SimpleCEs.push_back(std::make_pair(GEP, I.second));
2457     }
2458   }
2459
2460   // The algorithm below doesn't handle cases like nested structs, so use the
2461   // slower fully general method if we have to.
2462   for (auto ComplexCE : ComplexCEs)
2463     CommitValueTo(ComplexCE.second, ComplexCE.first);
2464
2465   for (auto GVPair : GVs) {
2466     assert(GVPair.first->hasInitializer());
2467     GVPair.first->setInitializer(GVPair.second);
2468   }
2469
2470   if (SimpleCEs.empty())
2471     return;
2472
2473   // We cache a single global's initializer elements in the case where the
2474   // subsequent address/val pair uses the same one. This avoids throwing away and
2475   // rebuilding the constant struct/vector/array just because one element is
2476   // modified at a time.
2477   SmallVector<Constant *, 32> Elts;
2478   Elts.reserve(SimpleCEs.size());
2479   GlobalVariable *CurrentGV = nullptr;
2480
2481   auto commitAndSetupCache = [&](GlobalVariable *GV, bool Update) {
2482     Constant *Init = GV->getInitializer();
2483     Type *Ty = Init->getType();
2484     if (Update) {
2485       if (CurrentGV) {
2486         assert(CurrentGV && "Expected a GV to commit to!");
2487         Type *CurrentInitTy = CurrentGV->getInitializer()->getType();
2488         // We have a valid cache that needs to be committed.
2489         if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(CurrentInitTy))
2490           CurrentGV->setInitializer(ConstantStruct::get(STy, Elts));
2491         else if (ArrayType *ArrTy = dyn_cast<ArrayType>(CurrentInitTy))
2492           CurrentGV->setInitializer(ConstantArray::get(ArrTy, Elts));
2493         else
2494           CurrentGV->setInitializer(ConstantVector::get(Elts));
2495       }
2496       if (CurrentGV == GV)
2497         return;
2498       // Need to clear and set up cache for new initializer.
2499       CurrentGV = GV;
2500       Elts.clear();
2501       unsigned NumElts;
2502       if (auto *STy = dyn_cast<StructType>(Ty))
2503         NumElts = STy->getNumElements();
2504       else
2505         NumElts = cast<SequentialType>(Ty)->getNumElements();
2506       for (unsigned i = 0, e = NumElts; i != e; ++i)
2507         Elts.push_back(Init->getAggregateElement(i));
2508     }
2509   };
2510
2511   for (auto CEPair : SimpleCEs) {
2512     ConstantExpr *GEP = CEPair.first;
2513     Constant *Val = CEPair.second;
2514
2515     GlobalVariable *GV = cast<GlobalVariable>(GEP->getOperand(0));
2516     commitAndSetupCache(GV, GV != CurrentGV);
2517     ConstantInt *CI = cast<ConstantInt>(GEP->getOperand(2));
2518     Elts[CI->getZExtValue()] = Val;
2519   }
2520   // The last initializer in the list needs to be committed, others
2521   // will be committed on a new initializer being processed.
2522   commitAndSetupCache(CurrentGV, true);
2523 }
2524
2525 /// Evaluate static constructors in the function, if we can.  Return true if we
2526 /// can, false otherwise.
2527 static bool EvaluateStaticConstructor(Function *F, const DataLayout &DL,
2528                                       TargetLibraryInfo *TLI) {
2529   // Call the function.
2530   Evaluator Eval(DL, TLI);
2531   Constant *RetValDummy;
2532   bool EvalSuccess = Eval.EvaluateFunction(F, RetValDummy,
2533                                            SmallVector<Constant*, 0>());
2534
2535   if (EvalSuccess) {
2536     ++NumCtorsEvaluated;
2537
2538     // We succeeded at evaluation: commit the result.
2539     LLVM_DEBUG(dbgs() << "FULLY EVALUATED GLOBAL CTOR FUNCTION '"
2540                       << F->getName() << "' to "
2541                       << Eval.getMutatedMemory().size() << " stores.\n");
2542     BatchCommitValueTo(Eval.getMutatedMemory());
2543     for (GlobalVariable *GV : Eval.getInvariants())
2544       GV->setConstant(true);
2545   }
2546
2547   return EvalSuccess;
2548 }
2549
2550 static int compareNames(Constant *const *A, Constant *const *B) {
2551   Value *AStripped = (*A)->stripPointerCastsNoFollowAliases();
2552   Value *BStripped = (*B)->stripPointerCastsNoFollowAliases();
2553   return AStripped->getName().compare(BStripped->getName());
2554 }
2555
2556 static void setUsedInitializer(GlobalVariable &V,
2557                                const SmallPtrSetImpl<GlobalValue *> &Init) {
2558   if (Init.empty()) {
2559     V.eraseFromParent();
2560     return;
2561   }
2562
2563   // Type of pointer to the array of pointers.
2564   PointerType *Int8PtrTy = Type::getInt8PtrTy(V.getContext(), 0);
2565
2566   SmallVector<Constant *, 8> UsedArray;
2567   for (GlobalValue *GV : Init) {
2568     Constant *Cast
2569       = ConstantExpr::getPointerBitCastOrAddrSpaceCast(GV, Int8PtrTy);
2570     UsedArray.push_back(Cast);
2571   }
2572   // Sort to get deterministic order.
2573   array_pod_sort(UsedArray.begin(), UsedArray.end(), compareNames);
2574   ArrayType *ATy = ArrayType::get(Int8PtrTy, UsedArray.size());
2575
2576   Module *M = V.getParent();
2577   V.removeFromParent();
2578   GlobalVariable *NV =
2579       new GlobalVariable(*M, ATy, false, GlobalValue::AppendingLinkage,
2580                          ConstantArray::get(ATy, UsedArray), "");
2581   NV->takeName(&V);
2582   NV->setSection("llvm.metadata");
2583   delete &V;
2584 }
2585
2586 namespace {
2587
2588 /// An easy to access representation of llvm.used and llvm.compiler.used.
2589 class LLVMUsed {
2590   SmallPtrSet<GlobalValue *, 8> Used;
2591   SmallPtrSet<GlobalValue *, 8> CompilerUsed;
2592   GlobalVariable *UsedV;
2593   GlobalVariable *CompilerUsedV;
2594
2595 public:
2596   LLVMUsed(Module &M) {
2597     UsedV = collectUsedGlobalVariables(M, Used, false);
2598     CompilerUsedV = collectUsedGlobalVariables(M, CompilerUsed, true);
2599   }
2600
2601   using iterator = SmallPtrSet<GlobalValue *, 8>::iterator;
2602   using used_iterator_range = iterator_range<iterator>;
2603
2604   iterator usedBegin() { return Used.begin(); }
2605   iterator usedEnd() { return Used.end(); }
2606
2607   used_iterator_range used() {
2608     return used_iterator_range(usedBegin(), usedEnd());
2609   }
2610
2611   iterator compilerUsedBegin() { return CompilerUsed.begin(); }
2612   iterator compilerUsedEnd() { return CompilerUsed.end(); }
2613
2614   used_iterator_range compilerUsed() {
2615     return used_iterator_range(compilerUsedBegin(), compilerUsedEnd());
2616   }
2617
2618   bool usedCount(GlobalValue *GV) const { return Used.count(GV); }
2619
2620   bool compilerUsedCount(GlobalValue *GV) const {
2621     return CompilerUsed.count(GV);
2622   }
2623
2624   bool usedErase(GlobalValue *GV) { return Used.erase(GV); }
2625   bool compilerUsedErase(GlobalValue *GV) { return CompilerUsed.erase(GV); }
2626   bool usedInsert(GlobalValue *GV) { return Used.insert(GV).second; }
2627
2628   bool compilerUsedInsert(GlobalValue *GV) {
2629     return CompilerUsed.insert(GV).second;
2630   }
2631
2632   void syncVariablesAndSets() {
2633     if (UsedV)
2634       setUsedInitializer(*UsedV, Used);
2635     if (CompilerUsedV)
2636       setUsedInitializer(*CompilerUsedV, CompilerUsed);
2637   }
2638 };
2639
2640 } // end anonymous namespace
2641
2642 static bool hasUseOtherThanLLVMUsed(GlobalAlias &GA, const LLVMUsed &U) {
2643   if (GA.use_empty()) // No use at all.
2644     return false;
2645
2646   assert((!U.usedCount(&GA) || !U.compilerUsedCount(&GA)) &&
2647          "We should have removed the duplicated "
2648          "element from llvm.compiler.used");
2649   if (!GA.hasOneUse())
2650     // Strictly more than one use. So at least one is not in llvm.used and
2651     // llvm.compiler.used.
2652     return true;
2653
2654   // Exactly one use. Check if it is in llvm.used or llvm.compiler.used.
2655   return !U.usedCount(&GA) && !U.compilerUsedCount(&GA);
2656 }
2657
2658 static bool hasMoreThanOneUseOtherThanLLVMUsed(GlobalValue &V,
2659                                                const LLVMUsed &U) {
2660   unsigned N = 2;
2661   assert((!U.usedCount(&V) || !U.compilerUsedCount(&V)) &&
2662          "We should have removed the duplicated "
2663          "element from llvm.compiler.used");
2664   if (U.usedCount(&V) || U.compilerUsedCount(&V))
2665     ++N;
2666   return V.hasNUsesOrMore(N);
2667 }
2668
2669 static bool mayHaveOtherReferences(GlobalAlias &GA, const LLVMUsed &U) {
2670   if (!GA.hasLocalLinkage())
2671     return true;
2672
2673   return U.usedCount(&GA) || U.compilerUsedCount(&GA);
2674 }
2675
2676 static bool hasUsesToReplace(GlobalAlias &GA, const LLVMUsed &U,
2677                              bool &RenameTarget) {
2678   RenameTarget = false;
2679   bool Ret = false;
2680   if (hasUseOtherThanLLVMUsed(GA, U))
2681     Ret = true;
2682
2683   // If the alias is externally visible, we may still be able to simplify it.
2684   if (!mayHaveOtherReferences(GA, U))
2685     return Ret;
2686
2687   // If the aliasee has internal linkage, give it the name and linkage
2688   // of the alias, and delete the alias.  This turns:
2689   //   define internal ... @f(...)
2690   //   @a = alias ... @f
2691   // into:
2692   //   define ... @a(...)
2693   Constant *Aliasee = GA.getAliasee();
2694   GlobalValue *Target = cast<GlobalValue>(Aliasee->stripPointerCasts());
2695   if (!Target->hasLocalLinkage())
2696     return Ret;
2697
2698   // Do not perform the transform if multiple aliases potentially target the
2699   // aliasee. This check also ensures that it is safe to replace the section
2700   // and other attributes of the aliasee with those of the alias.
2701   if (hasMoreThanOneUseOtherThanLLVMUsed(*Target, U))
2702     return Ret;
2703
2704   RenameTarget = true;
2705   return true;
2706 }
2707
2708 static bool
2709 OptimizeGlobalAliases(Module &M,
2710                       SmallPtrSetImpl<const Comdat *> &NotDiscardableComdats) {
2711   bool Changed = false;
2712   LLVMUsed Used(M);
2713
2714   for (GlobalValue *GV : Used.used())
2715     Used.compilerUsedErase(GV);
2716
2717   for (Module::alias_iterator I = M.alias_begin(), E = M.alias_end();
2718        I != E;) {
2719     GlobalAlias *J = &*I++;
2720
2721     // Aliases without names cannot be referenced outside this module.
2722     if (!J->hasName() && !J->isDeclaration() && !J->hasLocalLinkage())
2723       J->setLinkage(GlobalValue::InternalLinkage);
2724
2725     if (deleteIfDead(*J, NotDiscardableComdats)) {
2726       Changed = true;
2727       continue;
2728     }
2729
2730     // If the alias can change at link time, nothing can be done - bail out.
2731     if (J->isInterposable())
2732       continue;
2733
2734     Constant *Aliasee = J->getAliasee();
2735     GlobalValue *Target = dyn_cast<GlobalValue>(Aliasee->stripPointerCasts());
2736     // We can't trivially replace the alias with the aliasee if the aliasee is
2737     // non-trivial in some way.
2738     // TODO: Try to handle non-zero GEPs of local aliasees.
2739     if (!Target)
2740       continue;
2741     Target->removeDeadConstantUsers();
2742
2743     // Make all users of the alias use the aliasee instead.
2744     bool RenameTarget;
2745     if (!hasUsesToReplace(*J, Used, RenameTarget))
2746       continue;
2747
2748     J->replaceAllUsesWith(ConstantExpr::getBitCast(Aliasee, J->getType()));
2749     ++NumAliasesResolved;
2750     Changed = true;
2751
2752     if (RenameTarget) {
2753       // Give the aliasee the name, linkage and other attributes of the alias.
2754       Target->takeName(&*J);
2755       Target->setLinkage(J->getLinkage());
2756       Target->setDSOLocal(J->isDSOLocal());
2757       Target->setVisibility(J->getVisibility());
2758       Target->setDLLStorageClass(J->getDLLStorageClass());
2759
2760       if (Used.usedErase(&*J))
2761         Used.usedInsert(Target);
2762
2763       if (Used.compilerUsedErase(&*J))
2764         Used.compilerUsedInsert(Target);
2765     } else if (mayHaveOtherReferences(*J, Used))
2766       continue;
2767
2768     // Delete the alias.
2769     M.getAliasList().erase(J);
2770     ++NumAliasesRemoved;
2771     Changed = true;
2772   }
2773
2774   Used.syncVariablesAndSets();
2775
2776   return Changed;
2777 }
2778
2779 static Function *FindCXAAtExit(Module &M, TargetLibraryInfo *TLI) {
2780   LibFunc F = LibFunc_cxa_atexit;
2781   if (!TLI->has(F))
2782     return nullptr;
2783
2784   Function *Fn = M.getFunction(TLI->getName(F));
2785   if (!Fn)
2786     return nullptr;
2787
2788   // Make sure that the function has the correct prototype.
2789   if (!TLI->getLibFunc(*Fn, F) || F != LibFunc_cxa_atexit)
2790     return nullptr;
2791
2792   return Fn;
2793 }
2794
2795 /// Returns whether the given function is an empty C++ destructor and can
2796 /// therefore be eliminated.
2797 /// Note that we assume that other optimization passes have already simplified
2798 /// the code so we only look for a function with a single basic block, where
2799 /// the only allowed instructions are 'ret', 'call' to an empty C++ dtor and
2800 /// other side-effect free instructions.
2801 static bool cxxDtorIsEmpty(const Function &Fn,
2802                            SmallPtrSet<const Function *, 8> &CalledFunctions) {
2803   // FIXME: We could eliminate C++ destructors if they're readonly/readnone and
2804   // nounwind, but that doesn't seem worth doing.
2805   if (Fn.isDeclaration())
2806     return false;
2807
2808   if (++Fn.begin() != Fn.end())
2809     return false;
2810
2811   const BasicBlock &EntryBlock = Fn.getEntryBlock();
2812   for (BasicBlock::const_iterator I = EntryBlock.begin(), E = EntryBlock.end();
2813        I != E; ++I) {
2814     if (const CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(I)) {
2815       // Ignore debug intrinsics.
2816       if (isa<DbgInfoIntrinsic>(CI))
2817         continue;
2818
2819       const Function *CalledFn = CI->getCalledFunction();
2820
2821       if (!CalledFn)
2822         return false;
2823
2824       SmallPtrSet<const Function *, 8> NewCalledFunctions(CalledFunctions);
2825
2826       // Don't treat recursive functions as empty.
2827       if (!NewCalledFunctions.insert(CalledFn).second)
2828         return false;
2829
2830       if (!cxxDtorIsEmpty(*CalledFn, NewCalledFunctions))
2831         return false;
2832     } else if (isa<ReturnInst>(*I))
2833       return true; // We're done.
2834     else if (I->mayHaveSideEffects())
2835       return false; // Destructor with side effects, bail.
2836   }
2837
2838   return false;
2839 }
2840
2841 static bool OptimizeEmptyGlobalCXXDtors(Function *CXAAtExitFn) {
2842   /// Itanium C++ ABI p3.3.5:
2843   ///
2844   ///   After constructing a global (or local static) object, that will require
2845   ///   destruction on exit, a termination function is registered as follows:
2846   ///
2847   ///   extern "C" int __cxa_atexit ( void (*f)(void *), void *p, void *d );
2848   ///
2849   ///   This registration, e.g. __cxa_atexit(f,p,d), is intended to cause the
2850   ///   call f(p) when DSO d is unloaded, before all such termination calls
2851   ///   registered before this one. It returns zero if registration is
2852   ///   successful, nonzero on failure.
2853
2854   // This pass will look for calls to __cxa_atexit where the function is trivial
2855   // and remove them.
2856   bool Changed = false;
2857
2858   for (auto I = CXAAtExitFn->user_begin(), E = CXAAtExitFn->user_end();
2859        I != E;) {
2860     // We're only interested in calls. Theoretically, we could handle invoke
2861     // instructions as well, but neither llvm-gcc nor clang generate invokes
2862     // to __cxa_atexit.
2863     CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(*I++);
2864     if (!CI)
2865       continue;
2866
2867     Function *DtorFn =
2868       dyn_cast<Function>(CI->getArgOperand(0)->stripPointerCasts());
2869     if (!DtorFn)
2870       continue;
2871
2872     SmallPtrSet<const Function *, 8> CalledFunctions;
2873     if (!cxxDtorIsEmpty(*DtorFn, CalledFunctions))
2874       continue;
2875
2876     // Just remove the call.
2877     CI->replaceAllUsesWith(Constant::getNullValue(CI->getType()));
2878     CI->eraseFromParent();
2879
2880     ++NumCXXDtorsRemoved;
2881
2882     Changed |= true;
2883   }
2884
2885   return Changed;
2886 }
2887
2888 static bool optimizeGlobalsInModule(
2889     Module &M, const DataLayout &DL, TargetLibraryInfo *TLI,
2890     function_ref<TargetTransformInfo &(Function &)> GetTTI,
2891     function_ref<BlockFrequencyInfo &(Function &)> GetBFI,
2892     function_ref<DominatorTree &(Function &)> LookupDomTree) {
2893   SmallPtrSet<const Comdat *, 8> NotDiscardableComdats;
2894   bool Changed = false;
2895   bool LocalChange = true;
2896   while (LocalChange) {
2897     LocalChange = false;
2898
2899     NotDiscardableComdats.clear();
2900     for (const GlobalVariable &GV : M.globals())
2901       if (const Comdat *C = GV.getComdat())
2902         if (!GV.isDiscardableIfUnused() || !GV.use_empty())
2903           NotDiscardableComdats.insert(C);
2904     for (Function &F : M)
2905       if (const Comdat *C = F.getComdat())
2906         if (!F.isDefTriviallyDead())
2907           NotDiscardableComdats.insert(C);
2908     for (GlobalAlias &GA : M.aliases())
2909       if (const Comdat *C = GA.getComdat())
2910         if (!GA.isDiscardableIfUnused() || !GA.use_empty())
2911           NotDiscardableComdats.insert(C);
2912
2913     // Delete functions that are trivially dead, ccc -> fastcc
2914     LocalChange |= OptimizeFunctions(M, TLI, GetTTI, GetBFI, LookupDomTree,
2915                                      NotDiscardableComdats);
2916
2917     // Optimize global_ctors list.
2918     LocalChange |= optimizeGlobalCtorsList(M, [&](Function *F) {
2919       return EvaluateStaticConstructor(F, DL, TLI);
2920     });
2921
2922     // Optimize non-address-taken globals.
2923     LocalChange |= OptimizeGlobalVars(M, TLI, LookupDomTree,
2924                                       NotDiscardableComdats);
2925
2926     // Resolve aliases, when possible.
2927     LocalChange |= OptimizeGlobalAliases(M, NotDiscardableComdats);
2928
2929     // Try to remove trivial global destructors if they are not removed
2930     // already.
2931     Function *CXAAtExitFn = FindCXAAtExit(M, TLI);
2932     if (CXAAtExitFn)
2933       LocalChange |= OptimizeEmptyGlobalCXXDtors(CXAAtExitFn);
2934
2935     Changed |= LocalChange;
2936   }
2937
2938   // TODO: Move all global ctors functions to the end of the module for code
2939   // layout.
2940
2941   return Changed;
2942 }
2943
2944 PreservedAnalyses GlobalOptPass::run(Module &M, ModuleAnalysisManager &AM) {
2945     auto &DL = M.getDataLayout();
2946     auto &TLI = AM.getResult<TargetLibraryAnalysis>(M);
2947     auto &FAM =
2948         AM.getResult<FunctionAnalysisManagerModuleProxy>(M).getManager();
2949     auto LookupDomTree = [&FAM](Function &F) -> DominatorTree &{
2950       return FAM.getResult<DominatorTreeAnalysis>(F);
2951     };
2952     auto GetTTI = [&FAM](Function &F) -> TargetTransformInfo & {
2953       return FAM.getResult<TargetIRAnalysis>(F);
2954     };
2955
2956     auto GetBFI = [&FAM](Function &F) -> BlockFrequencyInfo & {
2957       return FAM.getResult<BlockFrequencyAnalysis>(F);
2958     };
2959
2960     if (!optimizeGlobalsInModule(M, DL, &TLI, GetTTI, GetBFI, LookupDomTree))
2961       return PreservedAnalyses::all();
2962     return PreservedAnalyses::none();
2963 }
2964
2965 namespace {
2966
2967 struct GlobalOptLegacyPass : public ModulePass {
2968   static char ID; // Pass identification, replacement for typeid
2969
2970   GlobalOptLegacyPass() : ModulePass(ID) {
2971     initializeGlobalOptLegacyPassPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
2972   }
2973
2974   bool runOnModule(Module &M) override {
2975     if (skipModule(M))
2976       return false;
2977
2978     auto &DL = M.getDataLayout();
2979     auto *TLI = &getAnalysis<TargetLibraryInfoWrapperPass>().getTLI();
2980     auto LookupDomTree = [this](Function &F) -> DominatorTree & {
2981       return this->getAnalysis<DominatorTreeWrapperPass>(F).getDomTree();
2982     };
2983     auto GetTTI = [this](Function &F) -> TargetTransformInfo & {
2984       return this->getAnalysis<TargetTransformInfoWrapperPass>().getTTI(F);
2985     };
2986
2987     auto GetBFI = [this](Function &F) -> BlockFrequencyInfo & {
2988       return this->getAnalysis<BlockFrequencyInfoWrapperPass>(F).getBFI();
2989     };
2990
2991     return optimizeGlobalsInModule(M, DL, TLI, GetTTI, GetBFI, LookupDomTree);
2992   }
2993
2994   void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const override {
2995     AU.addRequired<TargetLibraryInfoWrapperPass>();
2996     AU.addRequired<TargetTransformInfoWrapperPass>();
2997     AU.addRequired<DominatorTreeWrapperPass>();
2998     AU.addRequired<BlockFrequencyInfoWrapperPass>();
2999   }
3000 };
3001
3002 } // end anonymous namespace
3003
3004 char GlobalOptLegacyPass::ID = 0;
3005
3006 INITIALIZE_PASS_BEGIN(GlobalOptLegacyPass, "globalopt",
3007                       "Global Variable Optimizer", false, false)
3008 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(TargetLibraryInfoWrapperPass)
3009 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(TargetTransformInfoWrapperPass)
3010 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(BlockFrequencyInfoWrapperPass)
3011 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(DominatorTreeWrapperPass)
3012 INITIALIZE_PASS_END(GlobalOptLegacyPass, "globalopt",
3013                     "Global Variable Optimizer", false, false)
3014
3015 ModulePass *llvm::createGlobalOptimizerPass() {
3016   return new GlobalOptLegacyPass();
3017 }