]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - contrib/llvm/lib/Transforms/InstCombine/InstCombineLoadStoreAlloca.cpp
Merge llvm, clang, compiler-rt, libc++, libunwind, lld, lldb and openmp
[FreeBSD/FreeBSD.git] / contrib / llvm / lib / Transforms / InstCombine / InstCombineLoadStoreAlloca.cpp
1 //===- InstCombineLoadStoreAlloca.cpp -------------------------------------===//
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 file implements the visit functions for load, store and alloca.
11 //
12 //===----------------------------------------------------------------------===//
13
14 #include "InstCombineInternal.h"
15 #include "llvm/ADT/MapVector.h"
16 #include "llvm/ADT/SmallString.h"
17 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
18 #include "llvm/Analysis/Loads.h"
19 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
20 #include "llvm/IR/ConstantRange.h"
21 #include "llvm/IR/DataLayout.h"
22 #include "llvm/IR/DebugInfoMetadata.h"
23 #include "llvm/IR/IntrinsicInst.h"
24 #include "llvm/IR/LLVMContext.h"
25 #include "llvm/IR/MDBuilder.h"
26 #include "llvm/IR/PatternMatch.h"
27 #include "llvm/Transforms/Utils/BasicBlockUtils.h"
28 using namespace llvm;
29 using namespace PatternMatch;
30
31 #define DEBUG_TYPE "instcombine"
32
33 STATISTIC(NumDeadStore,    "Number of dead stores eliminated");
34 STATISTIC(NumGlobalCopies, "Number of allocas copied from constant global");
35
36 /// pointsToConstantGlobal - Return true if V (possibly indirectly) points to
37 /// some part of a constant global variable.  This intentionally only accepts
38 /// constant expressions because we can't rewrite arbitrary instructions.
39 static bool pointsToConstantGlobal(Value *V) {
40   if (GlobalVariable *GV = dyn_cast<GlobalVariable>(V))
41     return GV->isConstant();
42
43   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(V)) {
44     if (CE->getOpcode() == Instruction::BitCast ||
45         CE->getOpcode() == Instruction::AddrSpaceCast ||
46         CE->getOpcode() == Instruction::GetElementPtr)
47       return pointsToConstantGlobal(CE->getOperand(0));
48   }
49   return false;
50 }
51
52 /// isOnlyCopiedFromConstantGlobal - Recursively walk the uses of a (derived)
53 /// pointer to an alloca.  Ignore any reads of the pointer, return false if we
54 /// see any stores or other unknown uses.  If we see pointer arithmetic, keep
55 /// track of whether it moves the pointer (with IsOffset) but otherwise traverse
56 /// the uses.  If we see a memcpy/memmove that targets an unoffseted pointer to
57 /// the alloca, and if the source pointer is a pointer to a constant global, we
58 /// can optimize this.
59 static bool
60 isOnlyCopiedFromConstantGlobal(Value *V, MemTransferInst *&TheCopy,
61                                SmallVectorImpl<Instruction *> &ToDelete) {
62   // We track lifetime intrinsics as we encounter them.  If we decide to go
63   // ahead and replace the value with the global, this lets the caller quickly
64   // eliminate the markers.
65
66   SmallVector<std::pair<Value *, bool>, 35> ValuesToInspect;
67   ValuesToInspect.emplace_back(V, false);
68   while (!ValuesToInspect.empty()) {
69     auto ValuePair = ValuesToInspect.pop_back_val();
70     const bool IsOffset = ValuePair.second;
71     for (auto &U : ValuePair.first->uses()) {
72       auto *I = cast<Instruction>(U.getUser());
73
74       if (auto *LI = dyn_cast<LoadInst>(I)) {
75         // Ignore non-volatile loads, they are always ok.
76         if (!LI->isSimple()) return false;
77         continue;
78       }
79
80       if (isa<BitCastInst>(I) || isa<AddrSpaceCastInst>(I)) {
81         // If uses of the bitcast are ok, we are ok.
82         ValuesToInspect.emplace_back(I, IsOffset);
83         continue;
84       }
85       if (auto *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(I)) {
86         // If the GEP has all zero indices, it doesn't offset the pointer. If it
87         // doesn't, it does.
88         ValuesToInspect.emplace_back(I, IsOffset || !GEP->hasAllZeroIndices());
89         continue;
90       }
91
92       if (auto CS = CallSite(I)) {
93         // If this is the function being called then we treat it like a load and
94         // ignore it.
95         if (CS.isCallee(&U))
96           continue;
97
98         unsigned DataOpNo = CS.getDataOperandNo(&U);
99         bool IsArgOperand = CS.isArgOperand(&U);
100
101         // Inalloca arguments are clobbered by the call.
102         if (IsArgOperand && CS.isInAllocaArgument(DataOpNo))
103           return false;
104
105         // If this is a readonly/readnone call site, then we know it is just a
106         // load (but one that potentially returns the value itself), so we can
107         // ignore it if we know that the value isn't captured.
108         if (CS.onlyReadsMemory() &&
109             (CS.getInstruction()->use_empty() || CS.doesNotCapture(DataOpNo)))
110           continue;
111
112         // If this is being passed as a byval argument, the caller is making a
113         // copy, so it is only a read of the alloca.
114         if (IsArgOperand && CS.isByValArgument(DataOpNo))
115           continue;
116       }
117
118       // Lifetime intrinsics can be handled by the caller.
119       if (I->isLifetimeStartOrEnd()) {
120         assert(I->use_empty() && "Lifetime markers have no result to use!");
121         ToDelete.push_back(I);
122         continue;
123       }
124
125       // If this is isn't our memcpy/memmove, reject it as something we can't
126       // handle.
127       MemTransferInst *MI = dyn_cast<MemTransferInst>(I);
128       if (!MI)
129         return false;
130
131       // If the transfer is using the alloca as a source of the transfer, then
132       // ignore it since it is a load (unless the transfer is volatile).
133       if (U.getOperandNo() == 1) {
134         if (MI->isVolatile()) return false;
135         continue;
136       }
137
138       // If we already have seen a copy, reject the second one.
139       if (TheCopy) return false;
140
141       // If the pointer has been offset from the start of the alloca, we can't
142       // safely handle this.
143       if (IsOffset) return false;
144
145       // If the memintrinsic isn't using the alloca as the dest, reject it.
146       if (U.getOperandNo() != 0) return false;
147
148       // If the source of the memcpy/move is not a constant global, reject it.
149       if (!pointsToConstantGlobal(MI->getSource()))
150         return false;
151
152       // Otherwise, the transform is safe.  Remember the copy instruction.
153       TheCopy = MI;
154     }
155   }
156   return true;
157 }
158
159 /// isOnlyCopiedFromConstantGlobal - Return true if the specified alloca is only
160 /// modified by a copy from a constant global.  If we can prove this, we can
161 /// replace any uses of the alloca with uses of the global directly.
162 static MemTransferInst *
163 isOnlyCopiedFromConstantGlobal(AllocaInst *AI,
164                                SmallVectorImpl<Instruction *> &ToDelete) {
165   MemTransferInst *TheCopy = nullptr;
166   if (isOnlyCopiedFromConstantGlobal(AI, TheCopy, ToDelete))
167     return TheCopy;
168   return nullptr;
169 }
170
171 /// Returns true if V is dereferenceable for size of alloca.
172 static bool isDereferenceableForAllocaSize(const Value *V, const AllocaInst *AI,
173                                            const DataLayout &DL) {
174   if (AI->isArrayAllocation())
175     return false;
176   uint64_t AllocaSize = DL.getTypeStoreSize(AI->getAllocatedType());
177   if (!AllocaSize)
178     return false;
179   return isDereferenceableAndAlignedPointer(V, AI->getAlignment(),
180                                             APInt(64, AllocaSize), DL);
181 }
182
183 static Instruction *simplifyAllocaArraySize(InstCombiner &IC, AllocaInst &AI) {
184   // Check for array size of 1 (scalar allocation).
185   if (!AI.isArrayAllocation()) {
186     // i32 1 is the canonical array size for scalar allocations.
187     if (AI.getArraySize()->getType()->isIntegerTy(32))
188       return nullptr;
189
190     // Canonicalize it.
191     Value *V = IC.Builder.getInt32(1);
192     AI.setOperand(0, V);
193     return &AI;
194   }
195
196   // Convert: alloca Ty, C - where C is a constant != 1 into: alloca [C x Ty], 1
197   if (const ConstantInt *C = dyn_cast<ConstantInt>(AI.getArraySize())) {
198     if (C->getValue().getActiveBits() <= 64) {
199       Type *NewTy = ArrayType::get(AI.getAllocatedType(), C->getZExtValue());
200       AllocaInst *New = IC.Builder.CreateAlloca(NewTy, nullptr, AI.getName());
201       New->setAlignment(AI.getAlignment());
202
203       // Scan to the end of the allocation instructions, to skip over a block of
204       // allocas if possible...also skip interleaved debug info
205       //
206       BasicBlock::iterator It(New);
207       while (isa<AllocaInst>(*It) || isa<DbgInfoIntrinsic>(*It))
208         ++It;
209
210       // Now that I is pointing to the first non-allocation-inst in the block,
211       // insert our getelementptr instruction...
212       //
213       Type *IdxTy = IC.getDataLayout().getIntPtrType(AI.getType());
214       Value *NullIdx = Constant::getNullValue(IdxTy);
215       Value *Idx[2] = {NullIdx, NullIdx};
216       Instruction *GEP =
217           GetElementPtrInst::CreateInBounds(New, Idx, New->getName() + ".sub");
218       IC.InsertNewInstBefore(GEP, *It);
219
220       // Now make everything use the getelementptr instead of the original
221       // allocation.
222       return IC.replaceInstUsesWith(AI, GEP);
223     }
224   }
225
226   if (isa<UndefValue>(AI.getArraySize()))
227     return IC.replaceInstUsesWith(AI, Constant::getNullValue(AI.getType()));
228
229   // Ensure that the alloca array size argument has type intptr_t, so that
230   // any casting is exposed early.
231   Type *IntPtrTy = IC.getDataLayout().getIntPtrType(AI.getType());
232   if (AI.getArraySize()->getType() != IntPtrTy) {
233     Value *V = IC.Builder.CreateIntCast(AI.getArraySize(), IntPtrTy, false);
234     AI.setOperand(0, V);
235     return &AI;
236   }
237
238   return nullptr;
239 }
240
241 namespace {
242 // If I and V are pointers in different address space, it is not allowed to
243 // use replaceAllUsesWith since I and V have different types. A
244 // non-target-specific transformation should not use addrspacecast on V since
245 // the two address space may be disjoint depending on target.
246 //
247 // This class chases down uses of the old pointer until reaching the load
248 // instructions, then replaces the old pointer in the load instructions with
249 // the new pointer. If during the chasing it sees bitcast or GEP, it will
250 // create new bitcast or GEP with the new pointer and use them in the load
251 // instruction.
252 class PointerReplacer {
253 public:
254   PointerReplacer(InstCombiner &IC) : IC(IC) {}
255   void replacePointer(Instruction &I, Value *V);
256
257 private:
258   void findLoadAndReplace(Instruction &I);
259   void replace(Instruction *I);
260   Value *getReplacement(Value *I);
261
262   SmallVector<Instruction *, 4> Path;
263   MapVector<Value *, Value *> WorkMap;
264   InstCombiner &IC;
265 };
266 } // end anonymous namespace
267
268 void PointerReplacer::findLoadAndReplace(Instruction &I) {
269   for (auto U : I.users()) {
270     auto *Inst = dyn_cast<Instruction>(&*U);
271     if (!Inst)
272       return;
273     LLVM_DEBUG(dbgs() << "Found pointer user: " << *U << '\n');
274     if (isa<LoadInst>(Inst)) {
275       for (auto P : Path)
276         replace(P);
277       replace(Inst);
278     } else if (isa<GetElementPtrInst>(Inst) || isa<BitCastInst>(Inst)) {
279       Path.push_back(Inst);
280       findLoadAndReplace(*Inst);
281       Path.pop_back();
282     } else {
283       return;
284     }
285   }
286 }
287
288 Value *PointerReplacer::getReplacement(Value *V) {
289   auto Loc = WorkMap.find(V);
290   if (Loc != WorkMap.end())
291     return Loc->second;
292   return nullptr;
293 }
294
295 void PointerReplacer::replace(Instruction *I) {
296   if (getReplacement(I))
297     return;
298
299   if (auto *LT = dyn_cast<LoadInst>(I)) {
300     auto *V = getReplacement(LT->getPointerOperand());
301     assert(V && "Operand not replaced");
302     auto *NewI = new LoadInst(V);
303     NewI->takeName(LT);
304     IC.InsertNewInstWith(NewI, *LT);
305     IC.replaceInstUsesWith(*LT, NewI);
306     WorkMap[LT] = NewI;
307   } else if (auto *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(I)) {
308     auto *V = getReplacement(GEP->getPointerOperand());
309     assert(V && "Operand not replaced");
310     SmallVector<Value *, 8> Indices;
311     Indices.append(GEP->idx_begin(), GEP->idx_end());
312     auto *NewI = GetElementPtrInst::Create(
313         V->getType()->getPointerElementType(), V, Indices);
314     IC.InsertNewInstWith(NewI, *GEP);
315     NewI->takeName(GEP);
316     WorkMap[GEP] = NewI;
317   } else if (auto *BC = dyn_cast<BitCastInst>(I)) {
318     auto *V = getReplacement(BC->getOperand(0));
319     assert(V && "Operand not replaced");
320     auto *NewT = PointerType::get(BC->getType()->getPointerElementType(),
321                                   V->getType()->getPointerAddressSpace());
322     auto *NewI = new BitCastInst(V, NewT);
323     IC.InsertNewInstWith(NewI, *BC);
324     NewI->takeName(BC);
325     WorkMap[BC] = NewI;
326   } else {
327     llvm_unreachable("should never reach here");
328   }
329 }
330
331 void PointerReplacer::replacePointer(Instruction &I, Value *V) {
332 #ifndef NDEBUG
333   auto *PT = cast<PointerType>(I.getType());
334   auto *NT = cast<PointerType>(V->getType());
335   assert(PT != NT && PT->getElementType() == NT->getElementType() &&
336          "Invalid usage");
337 #endif
338   WorkMap[&I] = V;
339   findLoadAndReplace(I);
340 }
341
342 Instruction *InstCombiner::visitAllocaInst(AllocaInst &AI) {
343   if (auto *I = simplifyAllocaArraySize(*this, AI))
344     return I;
345
346   if (AI.getAllocatedType()->isSized()) {
347     // If the alignment is 0 (unspecified), assign it the preferred alignment.
348     if (AI.getAlignment() == 0)
349       AI.setAlignment(DL.getPrefTypeAlignment(AI.getAllocatedType()));
350
351     // Move all alloca's of zero byte objects to the entry block and merge them
352     // together.  Note that we only do this for alloca's, because malloc should
353     // allocate and return a unique pointer, even for a zero byte allocation.
354     if (DL.getTypeAllocSize(AI.getAllocatedType()) == 0) {
355       // For a zero sized alloca there is no point in doing an array allocation.
356       // This is helpful if the array size is a complicated expression not used
357       // elsewhere.
358       if (AI.isArrayAllocation()) {
359         AI.setOperand(0, ConstantInt::get(AI.getArraySize()->getType(), 1));
360         return &AI;
361       }
362
363       // Get the first instruction in the entry block.
364       BasicBlock &EntryBlock = AI.getParent()->getParent()->getEntryBlock();
365       Instruction *FirstInst = EntryBlock.getFirstNonPHIOrDbg();
366       if (FirstInst != &AI) {
367         // If the entry block doesn't start with a zero-size alloca then move
368         // this one to the start of the entry block.  There is no problem with
369         // dominance as the array size was forced to a constant earlier already.
370         AllocaInst *EntryAI = dyn_cast<AllocaInst>(FirstInst);
371         if (!EntryAI || !EntryAI->getAllocatedType()->isSized() ||
372             DL.getTypeAllocSize(EntryAI->getAllocatedType()) != 0) {
373           AI.moveBefore(FirstInst);
374           return &AI;
375         }
376
377         // If the alignment of the entry block alloca is 0 (unspecified),
378         // assign it the preferred alignment.
379         if (EntryAI->getAlignment() == 0)
380           EntryAI->setAlignment(
381               DL.getPrefTypeAlignment(EntryAI->getAllocatedType()));
382         // Replace this zero-sized alloca with the one at the start of the entry
383         // block after ensuring that the address will be aligned enough for both
384         // types.
385         unsigned MaxAlign = std::max(EntryAI->getAlignment(),
386                                      AI.getAlignment());
387         EntryAI->setAlignment(MaxAlign);
388         if (AI.getType() != EntryAI->getType())
389           return new BitCastInst(EntryAI, AI.getType());
390         return replaceInstUsesWith(AI, EntryAI);
391       }
392     }
393   }
394
395   if (AI.getAlignment()) {
396     // Check to see if this allocation is only modified by a memcpy/memmove from
397     // a constant global whose alignment is equal to or exceeds that of the
398     // allocation.  If this is the case, we can change all users to use
399     // the constant global instead.  This is commonly produced by the CFE by
400     // constructs like "void foo() { int A[] = {1,2,3,4,5,6,7,8,9...}; }" if 'A'
401     // is only subsequently read.
402     SmallVector<Instruction *, 4> ToDelete;
403     if (MemTransferInst *Copy = isOnlyCopiedFromConstantGlobal(&AI, ToDelete)) {
404       unsigned SourceAlign = getOrEnforceKnownAlignment(
405           Copy->getSource(), AI.getAlignment(), DL, &AI, &AC, &DT);
406       if (AI.getAlignment() <= SourceAlign &&
407           isDereferenceableForAllocaSize(Copy->getSource(), &AI, DL)) {
408         LLVM_DEBUG(dbgs() << "Found alloca equal to global: " << AI << '\n');
409         LLVM_DEBUG(dbgs() << "  memcpy = " << *Copy << '\n');
410         for (unsigned i = 0, e = ToDelete.size(); i != e; ++i)
411           eraseInstFromFunction(*ToDelete[i]);
412         Constant *TheSrc = cast<Constant>(Copy->getSource());
413         auto *SrcTy = TheSrc->getType();
414         auto *DestTy = PointerType::get(AI.getType()->getPointerElementType(),
415                                         SrcTy->getPointerAddressSpace());
416         Constant *Cast =
417             ConstantExpr::getPointerBitCastOrAddrSpaceCast(TheSrc, DestTy);
418         if (AI.getType()->getPointerAddressSpace() ==
419             SrcTy->getPointerAddressSpace()) {
420           Instruction *NewI = replaceInstUsesWith(AI, Cast);
421           eraseInstFromFunction(*Copy);
422           ++NumGlobalCopies;
423           return NewI;
424         } else {
425           PointerReplacer PtrReplacer(*this);
426           PtrReplacer.replacePointer(AI, Cast);
427           ++NumGlobalCopies;
428         }
429       }
430     }
431   }
432
433   // At last, use the generic allocation site handler to aggressively remove
434   // unused allocas.
435   return visitAllocSite(AI);
436 }
437
438 // Are we allowed to form a atomic load or store of this type?
439 static bool isSupportedAtomicType(Type *Ty) {
440   return Ty->isIntOrPtrTy() || Ty->isFloatingPointTy();
441 }
442
443 /// Helper to combine a load to a new type.
444 ///
445 /// This just does the work of combining a load to a new type. It handles
446 /// metadata, etc., and returns the new instruction. The \c NewTy should be the
447 /// loaded *value* type. This will convert it to a pointer, cast the operand to
448 /// that pointer type, load it, etc.
449 ///
450 /// Note that this will create all of the instructions with whatever insert
451 /// point the \c InstCombiner currently is using.
452 static LoadInst *combineLoadToNewType(InstCombiner &IC, LoadInst &LI, Type *NewTy,
453                                       const Twine &Suffix = "") {
454   assert((!LI.isAtomic() || isSupportedAtomicType(NewTy)) &&
455          "can't fold an atomic load to requested type");
456
457   Value *Ptr = LI.getPointerOperand();
458   unsigned AS = LI.getPointerAddressSpace();
459   SmallVector<std::pair<unsigned, MDNode *>, 8> MD;
460   LI.getAllMetadata(MD);
461
462   Value *NewPtr = nullptr;
463   if (!(match(Ptr, m_BitCast(m_Value(NewPtr))) &&
464         NewPtr->getType()->getPointerElementType() == NewTy &&
465         NewPtr->getType()->getPointerAddressSpace() == AS))
466     NewPtr = IC.Builder.CreateBitCast(Ptr, NewTy->getPointerTo(AS));
467
468   LoadInst *NewLoad = IC.Builder.CreateAlignedLoad(
469       NewPtr, LI.getAlignment(), LI.isVolatile(), LI.getName() + Suffix);
470   NewLoad->setAtomic(LI.getOrdering(), LI.getSyncScopeID());
471   MDBuilder MDB(NewLoad->getContext());
472   for (const auto &MDPair : MD) {
473     unsigned ID = MDPair.first;
474     MDNode *N = MDPair.second;
475     // Note, essentially every kind of metadata should be preserved here! This
476     // routine is supposed to clone a load instruction changing *only its type*.
477     // The only metadata it makes sense to drop is metadata which is invalidated
478     // when the pointer type changes. This should essentially never be the case
479     // in LLVM, but we explicitly switch over only known metadata to be
480     // conservatively correct. If you are adding metadata to LLVM which pertains
481     // to loads, you almost certainly want to add it here.
482     switch (ID) {
483     case LLVMContext::MD_dbg:
484     case LLVMContext::MD_tbaa:
485     case LLVMContext::MD_prof:
486     case LLVMContext::MD_fpmath:
487     case LLVMContext::MD_tbaa_struct:
488     case LLVMContext::MD_invariant_load:
489     case LLVMContext::MD_alias_scope:
490     case LLVMContext::MD_noalias:
491     case LLVMContext::MD_nontemporal:
492     case LLVMContext::MD_mem_parallel_loop_access:
493     case LLVMContext::MD_access_group:
494       // All of these directly apply.
495       NewLoad->setMetadata(ID, N);
496       break;
497
498     case LLVMContext::MD_nonnull:
499       copyNonnullMetadata(LI, N, *NewLoad);
500       break;
501     case LLVMContext::MD_align:
502     case LLVMContext::MD_dereferenceable:
503     case LLVMContext::MD_dereferenceable_or_null:
504       // These only directly apply if the new type is also a pointer.
505       if (NewTy->isPointerTy())
506         NewLoad->setMetadata(ID, N);
507       break;
508     case LLVMContext::MD_range:
509       copyRangeMetadata(IC.getDataLayout(), LI, N, *NewLoad);
510       break;
511     }
512   }
513   return NewLoad;
514 }
515
516 /// Combine a store to a new type.
517 ///
518 /// Returns the newly created store instruction.
519 static StoreInst *combineStoreToNewValue(InstCombiner &IC, StoreInst &SI, Value *V) {
520   assert((!SI.isAtomic() || isSupportedAtomicType(V->getType())) &&
521          "can't fold an atomic store of requested type");
522
523   Value *Ptr = SI.getPointerOperand();
524   unsigned AS = SI.getPointerAddressSpace();
525   SmallVector<std::pair<unsigned, MDNode *>, 8> MD;
526   SI.getAllMetadata(MD);
527
528   StoreInst *NewStore = IC.Builder.CreateAlignedStore(
529       V, IC.Builder.CreateBitCast(Ptr, V->getType()->getPointerTo(AS)),
530       SI.getAlignment(), SI.isVolatile());
531   NewStore->setAtomic(SI.getOrdering(), SI.getSyncScopeID());
532   for (const auto &MDPair : MD) {
533     unsigned ID = MDPair.first;
534     MDNode *N = MDPair.second;
535     // Note, essentially every kind of metadata should be preserved here! This
536     // routine is supposed to clone a store instruction changing *only its
537     // type*. The only metadata it makes sense to drop is metadata which is
538     // invalidated when the pointer type changes. This should essentially
539     // never be the case in LLVM, but we explicitly switch over only known
540     // metadata to be conservatively correct. If you are adding metadata to
541     // LLVM which pertains to stores, you almost certainly want to add it
542     // here.
543     switch (ID) {
544     case LLVMContext::MD_dbg:
545     case LLVMContext::MD_tbaa:
546     case LLVMContext::MD_prof:
547     case LLVMContext::MD_fpmath:
548     case LLVMContext::MD_tbaa_struct:
549     case LLVMContext::MD_alias_scope:
550     case LLVMContext::MD_noalias:
551     case LLVMContext::MD_nontemporal:
552     case LLVMContext::MD_mem_parallel_loop_access:
553     case LLVMContext::MD_access_group:
554       // All of these directly apply.
555       NewStore->setMetadata(ID, N);
556       break;
557     case LLVMContext::MD_invariant_load:
558     case LLVMContext::MD_nonnull:
559     case LLVMContext::MD_range:
560     case LLVMContext::MD_align:
561     case LLVMContext::MD_dereferenceable:
562     case LLVMContext::MD_dereferenceable_or_null:
563       // These don't apply for stores.
564       break;
565     }
566   }
567
568   return NewStore;
569 }
570
571 /// Returns true if instruction represent minmax pattern like:
572 ///   select ((cmp load V1, load V2), V1, V2).
573 static bool isMinMaxWithLoads(Value *V) {
574   assert(V->getType()->isPointerTy() && "Expected pointer type.");
575   // Ignore possible ty* to ixx* bitcast.
576   V = peekThroughBitcast(V);
577   // Check that select is select ((cmp load V1, load V2), V1, V2) - minmax
578   // pattern.
579   CmpInst::Predicate Pred;
580   Instruction *L1;
581   Instruction *L2;
582   Value *LHS;
583   Value *RHS;
584   if (!match(V, m_Select(m_Cmp(Pred, m_Instruction(L1), m_Instruction(L2)),
585                          m_Value(LHS), m_Value(RHS))))
586     return false;
587   return (match(L1, m_Load(m_Specific(LHS))) &&
588           match(L2, m_Load(m_Specific(RHS)))) ||
589          (match(L1, m_Load(m_Specific(RHS))) &&
590           match(L2, m_Load(m_Specific(LHS))));
591 }
592
593 /// Combine loads to match the type of their uses' value after looking
594 /// through intervening bitcasts.
595 ///
596 /// The core idea here is that if the result of a load is used in an operation,
597 /// we should load the type most conducive to that operation. For example, when
598 /// loading an integer and converting that immediately to a pointer, we should
599 /// instead directly load a pointer.
600 ///
601 /// However, this routine must never change the width of a load or the number of
602 /// loads as that would introduce a semantic change. This combine is expected to
603 /// be a semantic no-op which just allows loads to more closely model the types
604 /// of their consuming operations.
605 ///
606 /// Currently, we also refuse to change the precise type used for an atomic load
607 /// or a volatile load. This is debatable, and might be reasonable to change
608 /// later. However, it is risky in case some backend or other part of LLVM is
609 /// relying on the exact type loaded to select appropriate atomic operations.
610 static Instruction *combineLoadToOperationType(InstCombiner &IC, LoadInst &LI) {
611   // FIXME: We could probably with some care handle both volatile and ordered
612   // atomic loads here but it isn't clear that this is important.
613   if (!LI.isUnordered())
614     return nullptr;
615
616   if (LI.use_empty())
617     return nullptr;
618
619   // swifterror values can't be bitcasted.
620   if (LI.getPointerOperand()->isSwiftError())
621     return nullptr;
622
623   Type *Ty = LI.getType();
624   const DataLayout &DL = IC.getDataLayout();
625
626   // Try to canonicalize loads which are only ever stored to operate over
627   // integers instead of any other type. We only do this when the loaded type
628   // is sized and has a size exactly the same as its store size and the store
629   // size is a legal integer type.
630   // Do not perform canonicalization if minmax pattern is found (to avoid
631   // infinite loop).
632   if (!Ty->isIntegerTy() && Ty->isSized() &&
633       DL.isLegalInteger(DL.getTypeStoreSizeInBits(Ty)) &&
634       DL.getTypeStoreSizeInBits(Ty) == DL.getTypeSizeInBits(Ty) &&
635       !DL.isNonIntegralPointerType(Ty) &&
636       !isMinMaxWithLoads(
637           peekThroughBitcast(LI.getPointerOperand(), /*OneUseOnly=*/true))) {
638     if (all_of(LI.users(), [&LI](User *U) {
639           auto *SI = dyn_cast<StoreInst>(U);
640           return SI && SI->getPointerOperand() != &LI &&
641                  !SI->getPointerOperand()->isSwiftError();
642         })) {
643       LoadInst *NewLoad = combineLoadToNewType(
644           IC, LI,
645           Type::getIntNTy(LI.getContext(), DL.getTypeStoreSizeInBits(Ty)));
646       // Replace all the stores with stores of the newly loaded value.
647       for (auto UI = LI.user_begin(), UE = LI.user_end(); UI != UE;) {
648         auto *SI = cast<StoreInst>(*UI++);
649         IC.Builder.SetInsertPoint(SI);
650         combineStoreToNewValue(IC, *SI, NewLoad);
651         IC.eraseInstFromFunction(*SI);
652       }
653       assert(LI.use_empty() && "Failed to remove all users of the load!");
654       // Return the old load so the combiner can delete it safely.
655       return &LI;
656     }
657   }
658
659   // Fold away bit casts of the loaded value by loading the desired type.
660   // We can do this for BitCastInsts as well as casts from and to pointer types,
661   // as long as those are noops (i.e., the source or dest type have the same
662   // bitwidth as the target's pointers).
663   if (LI.hasOneUse())
664     if (auto* CI = dyn_cast<CastInst>(LI.user_back()))
665       if (CI->isNoopCast(DL))
666         if (!LI.isAtomic() || isSupportedAtomicType(CI->getDestTy())) {
667           LoadInst *NewLoad = combineLoadToNewType(IC, LI, CI->getDestTy());
668           CI->replaceAllUsesWith(NewLoad);
669           IC.eraseInstFromFunction(*CI);
670           return &LI;
671         }
672
673   // FIXME: We should also canonicalize loads of vectors when their elements are
674   // cast to other types.
675   return nullptr;
676 }
677
678 static Instruction *unpackLoadToAggregate(InstCombiner &IC, LoadInst &LI) {
679   // FIXME: We could probably with some care handle both volatile and atomic
680   // stores here but it isn't clear that this is important.
681   if (!LI.isSimple())
682     return nullptr;
683
684   Type *T = LI.getType();
685   if (!T->isAggregateType())
686     return nullptr;
687
688   StringRef Name = LI.getName();
689   assert(LI.getAlignment() && "Alignment must be set at this point");
690
691   if (auto *ST = dyn_cast<StructType>(T)) {
692     // If the struct only have one element, we unpack.
693     auto NumElements = ST->getNumElements();
694     if (NumElements == 1) {
695       LoadInst *NewLoad = combineLoadToNewType(IC, LI, ST->getTypeAtIndex(0U),
696                                                ".unpack");
697       AAMDNodes AAMD;
698       LI.getAAMetadata(AAMD);
699       NewLoad->setAAMetadata(AAMD);
700       return IC.replaceInstUsesWith(LI, IC.Builder.CreateInsertValue(
701         UndefValue::get(T), NewLoad, 0, Name));
702     }
703
704     // We don't want to break loads with padding here as we'd loose
705     // the knowledge that padding exists for the rest of the pipeline.
706     const DataLayout &DL = IC.getDataLayout();
707     auto *SL = DL.getStructLayout(ST);
708     if (SL->hasPadding())
709       return nullptr;
710
711     auto Align = LI.getAlignment();
712     if (!Align)
713       Align = DL.getABITypeAlignment(ST);
714
715     auto *Addr = LI.getPointerOperand();
716     auto *IdxType = Type::getInt32Ty(T->getContext());
717     auto *Zero = ConstantInt::get(IdxType, 0);
718
719     Value *V = UndefValue::get(T);
720     for (unsigned i = 0; i < NumElements; i++) {
721       Value *Indices[2] = {
722         Zero,
723         ConstantInt::get(IdxType, i),
724       };
725       auto *Ptr = IC.Builder.CreateInBoundsGEP(ST, Addr, makeArrayRef(Indices),
726                                                Name + ".elt");
727       auto EltAlign = MinAlign(Align, SL->getElementOffset(i));
728       auto *L = IC.Builder.CreateAlignedLoad(Ptr, EltAlign, Name + ".unpack");
729       // Propagate AA metadata. It'll still be valid on the narrowed load.
730       AAMDNodes AAMD;
731       LI.getAAMetadata(AAMD);
732       L->setAAMetadata(AAMD);
733       V = IC.Builder.CreateInsertValue(V, L, i);
734     }
735
736     V->setName(Name);
737     return IC.replaceInstUsesWith(LI, V);
738   }
739
740   if (auto *AT = dyn_cast<ArrayType>(T)) {
741     auto *ET = AT->getElementType();
742     auto NumElements = AT->getNumElements();
743     if (NumElements == 1) {
744       LoadInst *NewLoad = combineLoadToNewType(IC, LI, ET, ".unpack");
745       AAMDNodes AAMD;
746       LI.getAAMetadata(AAMD);
747       NewLoad->setAAMetadata(AAMD);
748       return IC.replaceInstUsesWith(LI, IC.Builder.CreateInsertValue(
749         UndefValue::get(T), NewLoad, 0, Name));
750     }
751
752     // Bail out if the array is too large. Ideally we would like to optimize
753     // arrays of arbitrary size but this has a terrible impact on compile time.
754     // The threshold here is chosen arbitrarily, maybe needs a little bit of
755     // tuning.
756     if (NumElements > IC.MaxArraySizeForCombine)
757       return nullptr;
758
759     const DataLayout &DL = IC.getDataLayout();
760     auto EltSize = DL.getTypeAllocSize(ET);
761     auto Align = LI.getAlignment();
762     if (!Align)
763       Align = DL.getABITypeAlignment(T);
764
765     auto *Addr = LI.getPointerOperand();
766     auto *IdxType = Type::getInt64Ty(T->getContext());
767     auto *Zero = ConstantInt::get(IdxType, 0);
768
769     Value *V = UndefValue::get(T);
770     uint64_t Offset = 0;
771     for (uint64_t i = 0; i < NumElements; i++) {
772       Value *Indices[2] = {
773         Zero,
774         ConstantInt::get(IdxType, i),
775       };
776       auto *Ptr = IC.Builder.CreateInBoundsGEP(AT, Addr, makeArrayRef(Indices),
777                                                Name + ".elt");
778       auto *L = IC.Builder.CreateAlignedLoad(Ptr, MinAlign(Align, Offset),
779                                              Name + ".unpack");
780       AAMDNodes AAMD;
781       LI.getAAMetadata(AAMD);
782       L->setAAMetadata(AAMD);
783       V = IC.Builder.CreateInsertValue(V, L, i);
784       Offset += EltSize;
785     }
786
787     V->setName(Name);
788     return IC.replaceInstUsesWith(LI, V);
789   }
790
791   return nullptr;
792 }
793
794 // If we can determine that all possible objects pointed to by the provided
795 // pointer value are, not only dereferenceable, but also definitively less than
796 // or equal to the provided maximum size, then return true. Otherwise, return
797 // false (constant global values and allocas fall into this category).
798 //
799 // FIXME: This should probably live in ValueTracking (or similar).
800 static bool isObjectSizeLessThanOrEq(Value *V, uint64_t MaxSize,
801                                      const DataLayout &DL) {
802   SmallPtrSet<Value *, 4> Visited;
803   SmallVector<Value *, 4> Worklist(1, V);
804
805   do {
806     Value *P = Worklist.pop_back_val();
807     P = P->stripPointerCasts();
808
809     if (!Visited.insert(P).second)
810       continue;
811
812     if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(P)) {
813       Worklist.push_back(SI->getTrueValue());
814       Worklist.push_back(SI->getFalseValue());
815       continue;
816     }
817
818     if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(P)) {
819       for (Value *IncValue : PN->incoming_values())
820         Worklist.push_back(IncValue);
821       continue;
822     }
823
824     if (GlobalAlias *GA = dyn_cast<GlobalAlias>(P)) {
825       if (GA->isInterposable())
826         return false;
827       Worklist.push_back(GA->getAliasee());
828       continue;
829     }
830
831     // If we know how big this object is, and it is less than MaxSize, continue
832     // searching. Otherwise, return false.
833     if (AllocaInst *AI = dyn_cast<AllocaInst>(P)) {
834       if (!AI->getAllocatedType()->isSized())
835         return false;
836
837       ConstantInt *CS = dyn_cast<ConstantInt>(AI->getArraySize());
838       if (!CS)
839         return false;
840
841       uint64_t TypeSize = DL.getTypeAllocSize(AI->getAllocatedType());
842       // Make sure that, even if the multiplication below would wrap as an
843       // uint64_t, we still do the right thing.
844       if ((CS->getValue().zextOrSelf(128)*APInt(128, TypeSize)).ugt(MaxSize))
845         return false;
846       continue;
847     }
848
849     if (GlobalVariable *GV = dyn_cast<GlobalVariable>(P)) {
850       if (!GV->hasDefinitiveInitializer() || !GV->isConstant())
851         return false;
852
853       uint64_t InitSize = DL.getTypeAllocSize(GV->getValueType());
854       if (InitSize > MaxSize)
855         return false;
856       continue;
857     }
858
859     return false;
860   } while (!Worklist.empty());
861
862   return true;
863 }
864
865 // If we're indexing into an object of a known size, and the outer index is
866 // not a constant, but having any value but zero would lead to undefined
867 // behavior, replace it with zero.
868 //
869 // For example, if we have:
870 // @f.a = private unnamed_addr constant [1 x i32] [i32 12], align 4
871 // ...
872 // %arrayidx = getelementptr inbounds [1 x i32]* @f.a, i64 0, i64 %x
873 // ... = load i32* %arrayidx, align 4
874 // Then we know that we can replace %x in the GEP with i64 0.
875 //
876 // FIXME: We could fold any GEP index to zero that would cause UB if it were
877 // not zero. Currently, we only handle the first such index. Also, we could
878 // also search through non-zero constant indices if we kept track of the
879 // offsets those indices implied.
880 static bool canReplaceGEPIdxWithZero(InstCombiner &IC, GetElementPtrInst *GEPI,
881                                      Instruction *MemI, unsigned &Idx) {
882   if (GEPI->getNumOperands() < 2)
883     return false;
884
885   // Find the first non-zero index of a GEP. If all indices are zero, return
886   // one past the last index.
887   auto FirstNZIdx = [](const GetElementPtrInst *GEPI) {
888     unsigned I = 1;
889     for (unsigned IE = GEPI->getNumOperands(); I != IE; ++I) {
890       Value *V = GEPI->getOperand(I);
891       if (const ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(V))
892         if (CI->isZero())
893           continue;
894
895       break;
896     }
897
898     return I;
899   };
900
901   // Skip through initial 'zero' indices, and find the corresponding pointer
902   // type. See if the next index is not a constant.
903   Idx = FirstNZIdx(GEPI);
904   if (Idx == GEPI->getNumOperands())
905     return false;
906   if (isa<Constant>(GEPI->getOperand(Idx)))
907     return false;
908
909   SmallVector<Value *, 4> Ops(GEPI->idx_begin(), GEPI->idx_begin() + Idx);
910   Type *AllocTy =
911     GetElementPtrInst::getIndexedType(GEPI->getSourceElementType(), Ops);
912   if (!AllocTy || !AllocTy->isSized())
913     return false;
914   const DataLayout &DL = IC.getDataLayout();
915   uint64_t TyAllocSize = DL.getTypeAllocSize(AllocTy);
916
917   // If there are more indices after the one we might replace with a zero, make
918   // sure they're all non-negative. If any of them are negative, the overall
919   // address being computed might be before the base address determined by the
920   // first non-zero index.
921   auto IsAllNonNegative = [&]() {
922     for (unsigned i = Idx+1, e = GEPI->getNumOperands(); i != e; ++i) {
923       KnownBits Known = IC.computeKnownBits(GEPI->getOperand(i), 0, MemI);
924       if (Known.isNonNegative())
925         continue;
926       return false;
927     }
928
929     return true;
930   };
931
932   // FIXME: If the GEP is not inbounds, and there are extra indices after the
933   // one we'll replace, those could cause the address computation to wrap
934   // (rendering the IsAllNonNegative() check below insufficient). We can do
935   // better, ignoring zero indices (and other indices we can prove small
936   // enough not to wrap).
937   if (Idx+1 != GEPI->getNumOperands() && !GEPI->isInBounds())
938     return false;
939
940   // Note that isObjectSizeLessThanOrEq will return true only if the pointer is
941   // also known to be dereferenceable.
942   return isObjectSizeLessThanOrEq(GEPI->getOperand(0), TyAllocSize, DL) &&
943          IsAllNonNegative();
944 }
945
946 // If we're indexing into an object with a variable index for the memory
947 // access, but the object has only one element, we can assume that the index
948 // will always be zero. If we replace the GEP, return it.
949 template <typename T>
950 static Instruction *replaceGEPIdxWithZero(InstCombiner &IC, Value *Ptr,
951                                           T &MemI) {
952   if (GetElementPtrInst *GEPI = dyn_cast<GetElementPtrInst>(Ptr)) {
953     unsigned Idx;
954     if (canReplaceGEPIdxWithZero(IC, GEPI, &MemI, Idx)) {
955       Instruction *NewGEPI = GEPI->clone();
956       NewGEPI->setOperand(Idx,
957         ConstantInt::get(GEPI->getOperand(Idx)->getType(), 0));
958       NewGEPI->insertBefore(GEPI);
959       MemI.setOperand(MemI.getPointerOperandIndex(), NewGEPI);
960       return NewGEPI;
961     }
962   }
963
964   return nullptr;
965 }
966
967 static bool canSimplifyNullStoreOrGEP(StoreInst &SI) {
968   if (NullPointerIsDefined(SI.getFunction(), SI.getPointerAddressSpace()))
969     return false;
970
971   auto *Ptr = SI.getPointerOperand();
972   if (GetElementPtrInst *GEPI = dyn_cast<GetElementPtrInst>(Ptr))
973     Ptr = GEPI->getOperand(0);
974   return (isa<ConstantPointerNull>(Ptr) &&
975           !NullPointerIsDefined(SI.getFunction(), SI.getPointerAddressSpace()));
976 }
977
978 static bool canSimplifyNullLoadOrGEP(LoadInst &LI, Value *Op) {
979   if (GetElementPtrInst *GEPI = dyn_cast<GetElementPtrInst>(Op)) {
980     const Value *GEPI0 = GEPI->getOperand(0);
981     if (isa<ConstantPointerNull>(GEPI0) &&
982         !NullPointerIsDefined(LI.getFunction(), GEPI->getPointerAddressSpace()))
983       return true;
984   }
985   if (isa<UndefValue>(Op) ||
986       (isa<ConstantPointerNull>(Op) &&
987        !NullPointerIsDefined(LI.getFunction(), LI.getPointerAddressSpace())))
988     return true;
989   return false;
990 }
991
992 Instruction *InstCombiner::visitLoadInst(LoadInst &LI) {
993   Value *Op = LI.getOperand(0);
994
995   // Try to canonicalize the loaded type.
996   if (Instruction *Res = combineLoadToOperationType(*this, LI))
997     return Res;
998
999   // Attempt to improve the alignment.
1000   unsigned KnownAlign = getOrEnforceKnownAlignment(
1001       Op, DL.getPrefTypeAlignment(LI.getType()), DL, &LI, &AC, &DT);
1002   unsigned LoadAlign = LI.getAlignment();
1003   unsigned EffectiveLoadAlign =
1004       LoadAlign != 0 ? LoadAlign : DL.getABITypeAlignment(LI.getType());
1005
1006   if (KnownAlign > EffectiveLoadAlign)
1007     LI.setAlignment(KnownAlign);
1008   else if (LoadAlign == 0)
1009     LI.setAlignment(EffectiveLoadAlign);
1010
1011   // Replace GEP indices if possible.
1012   if (Instruction *NewGEPI = replaceGEPIdxWithZero(*this, Op, LI)) {
1013       Worklist.Add(NewGEPI);
1014       return &LI;
1015   }
1016
1017   if (Instruction *Res = unpackLoadToAggregate(*this, LI))
1018     return Res;
1019
1020   // Do really simple store-to-load forwarding and load CSE, to catch cases
1021   // where there are several consecutive memory accesses to the same location,
1022   // separated by a few arithmetic operations.
1023   BasicBlock::iterator BBI(LI);
1024   bool IsLoadCSE = false;
1025   if (Value *AvailableVal = FindAvailableLoadedValue(
1026           &LI, LI.getParent(), BBI, DefMaxInstsToScan, AA, &IsLoadCSE)) {
1027     if (IsLoadCSE)
1028       combineMetadataForCSE(cast<LoadInst>(AvailableVal), &LI, false);
1029
1030     return replaceInstUsesWith(
1031         LI, Builder.CreateBitOrPointerCast(AvailableVal, LI.getType(),
1032                                            LI.getName() + ".cast"));
1033   }
1034
1035   // None of the following transforms are legal for volatile/ordered atomic
1036   // loads.  Most of them do apply for unordered atomics.
1037   if (!LI.isUnordered()) return nullptr;
1038
1039   // load(gep null, ...) -> unreachable
1040   // load null/undef -> unreachable
1041   // TODO: Consider a target hook for valid address spaces for this xforms.
1042   if (canSimplifyNullLoadOrGEP(LI, Op)) {
1043     // Insert a new store to null instruction before the load to indicate
1044     // that this code is not reachable.  We do this instead of inserting
1045     // an unreachable instruction directly because we cannot modify the
1046     // CFG.
1047     StoreInst *SI = new StoreInst(UndefValue::get(LI.getType()),
1048                                   Constant::getNullValue(Op->getType()), &LI);
1049     SI->setDebugLoc(LI.getDebugLoc());
1050     return replaceInstUsesWith(LI, UndefValue::get(LI.getType()));
1051   }
1052
1053   if (Op->hasOneUse()) {
1054     // Change select and PHI nodes to select values instead of addresses: this
1055     // helps alias analysis out a lot, allows many others simplifications, and
1056     // exposes redundancy in the code.
1057     //
1058     // Note that we cannot do the transformation unless we know that the
1059     // introduced loads cannot trap!  Something like this is valid as long as
1060     // the condition is always false: load (select bool %C, int* null, int* %G),
1061     // but it would not be valid if we transformed it to load from null
1062     // unconditionally.
1063     //
1064     if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(Op)) {
1065       // load (select (Cond, &V1, &V2))  --> select(Cond, load &V1, load &V2).
1066       unsigned Align = LI.getAlignment();
1067       if (isSafeToLoadUnconditionally(SI->getOperand(1), Align, DL, SI) &&
1068           isSafeToLoadUnconditionally(SI->getOperand(2), Align, DL, SI)) {
1069         LoadInst *V1 = Builder.CreateLoad(SI->getOperand(1),
1070                                           SI->getOperand(1)->getName()+".val");
1071         LoadInst *V2 = Builder.CreateLoad(SI->getOperand(2),
1072                                           SI->getOperand(2)->getName()+".val");
1073         assert(LI.isUnordered() && "implied by above");
1074         V1->setAlignment(Align);
1075         V1->setAtomic(LI.getOrdering(), LI.getSyncScopeID());
1076         V2->setAlignment(Align);
1077         V2->setAtomic(LI.getOrdering(), LI.getSyncScopeID());
1078         return SelectInst::Create(SI->getCondition(), V1, V2);
1079       }
1080
1081       // load (select (cond, null, P)) -> load P
1082       if (isa<ConstantPointerNull>(SI->getOperand(1)) &&
1083           !NullPointerIsDefined(SI->getFunction(),
1084                                 LI.getPointerAddressSpace())) {
1085         LI.setOperand(0, SI->getOperand(2));
1086         return &LI;
1087       }
1088
1089       // load (select (cond, P, null)) -> load P
1090       if (isa<ConstantPointerNull>(SI->getOperand(2)) &&
1091           !NullPointerIsDefined(SI->getFunction(),
1092                                 LI.getPointerAddressSpace())) {
1093         LI.setOperand(0, SI->getOperand(1));
1094         return &LI;
1095       }
1096     }
1097   }
1098   return nullptr;
1099 }
1100
1101 /// Look for extractelement/insertvalue sequence that acts like a bitcast.
1102 ///
1103 /// \returns underlying value that was "cast", or nullptr otherwise.
1104 ///
1105 /// For example, if we have:
1106 ///
1107 ///     %E0 = extractelement <2 x double> %U, i32 0
1108 ///     %V0 = insertvalue [2 x double] undef, double %E0, 0
1109 ///     %E1 = extractelement <2 x double> %U, i32 1
1110 ///     %V1 = insertvalue [2 x double] %V0, double %E1, 1
1111 ///
1112 /// and the layout of a <2 x double> is isomorphic to a [2 x double],
1113 /// then %V1 can be safely approximated by a conceptual "bitcast" of %U.
1114 /// Note that %U may contain non-undef values where %V1 has undef.
1115 static Value *likeBitCastFromVector(InstCombiner &IC, Value *V) {
1116   Value *U = nullptr;
1117   while (auto *IV = dyn_cast<InsertValueInst>(V)) {
1118     auto *E = dyn_cast<ExtractElementInst>(IV->getInsertedValueOperand());
1119     if (!E)
1120       return nullptr;
1121     auto *W = E->getVectorOperand();
1122     if (!U)
1123       U = W;
1124     else if (U != W)
1125       return nullptr;
1126     auto *CI = dyn_cast<ConstantInt>(E->getIndexOperand());
1127     if (!CI || IV->getNumIndices() != 1 || CI->getZExtValue() != *IV->idx_begin())
1128       return nullptr;
1129     V = IV->getAggregateOperand();
1130   }
1131   if (!isa<UndefValue>(V) ||!U)
1132     return nullptr;
1133
1134   auto *UT = cast<VectorType>(U->getType());
1135   auto *VT = V->getType();
1136   // Check that types UT and VT are bitwise isomorphic.
1137   const auto &DL = IC.getDataLayout();
1138   if (DL.getTypeStoreSizeInBits(UT) != DL.getTypeStoreSizeInBits(VT)) {
1139     return nullptr;
1140   }
1141   if (auto *AT = dyn_cast<ArrayType>(VT)) {
1142     if (AT->getNumElements() != UT->getNumElements())
1143       return nullptr;
1144   } else {
1145     auto *ST = cast<StructType>(VT);
1146     if (ST->getNumElements() != UT->getNumElements())
1147       return nullptr;
1148     for (const auto *EltT : ST->elements()) {
1149       if (EltT != UT->getElementType())
1150         return nullptr;
1151     }
1152   }
1153   return U;
1154 }
1155
1156 /// Combine stores to match the type of value being stored.
1157 ///
1158 /// The core idea here is that the memory does not have any intrinsic type and
1159 /// where we can we should match the type of a store to the type of value being
1160 /// stored.
1161 ///
1162 /// However, this routine must never change the width of a store or the number of
1163 /// stores as that would introduce a semantic change. This combine is expected to
1164 /// be a semantic no-op which just allows stores to more closely model the types
1165 /// of their incoming values.
1166 ///
1167 /// Currently, we also refuse to change the precise type used for an atomic or
1168 /// volatile store. This is debatable, and might be reasonable to change later.
1169 /// However, it is risky in case some backend or other part of LLVM is relying
1170 /// on the exact type stored to select appropriate atomic operations.
1171 ///
1172 /// \returns true if the store was successfully combined away. This indicates
1173 /// the caller must erase the store instruction. We have to let the caller erase
1174 /// the store instruction as otherwise there is no way to signal whether it was
1175 /// combined or not: IC.EraseInstFromFunction returns a null pointer.
1176 static bool combineStoreToValueType(InstCombiner &IC, StoreInst &SI) {
1177   // FIXME: We could probably with some care handle both volatile and ordered
1178   // atomic stores here but it isn't clear that this is important.
1179   if (!SI.isUnordered())
1180     return false;
1181
1182   // swifterror values can't be bitcasted.
1183   if (SI.getPointerOperand()->isSwiftError())
1184     return false;
1185
1186   Value *V = SI.getValueOperand();
1187
1188   // Fold away bit casts of the stored value by storing the original type.
1189   if (auto *BC = dyn_cast<BitCastInst>(V)) {
1190     V = BC->getOperand(0);
1191     if (!SI.isAtomic() || isSupportedAtomicType(V->getType())) {
1192       combineStoreToNewValue(IC, SI, V);
1193       return true;
1194     }
1195   }
1196
1197   if (Value *U = likeBitCastFromVector(IC, V))
1198     if (!SI.isAtomic() || isSupportedAtomicType(U->getType())) {
1199       combineStoreToNewValue(IC, SI, U);
1200       return true;
1201     }
1202
1203   // FIXME: We should also canonicalize stores of vectors when their elements
1204   // are cast to other types.
1205   return false;
1206 }
1207
1208 static bool unpackStoreToAggregate(InstCombiner &IC, StoreInst &SI) {
1209   // FIXME: We could probably with some care handle both volatile and atomic
1210   // stores here but it isn't clear that this is important.
1211   if (!SI.isSimple())
1212     return false;
1213
1214   Value *V = SI.getValueOperand();
1215   Type *T = V->getType();
1216
1217   if (!T->isAggregateType())
1218     return false;
1219
1220   if (auto *ST = dyn_cast<StructType>(T)) {
1221     // If the struct only have one element, we unpack.
1222     unsigned Count = ST->getNumElements();
1223     if (Count == 1) {
1224       V = IC.Builder.CreateExtractValue(V, 0);
1225       combineStoreToNewValue(IC, SI, V);
1226       return true;
1227     }
1228
1229     // We don't want to break loads with padding here as we'd loose
1230     // the knowledge that padding exists for the rest of the pipeline.
1231     const DataLayout &DL = IC.getDataLayout();
1232     auto *SL = DL.getStructLayout(ST);
1233     if (SL->hasPadding())
1234       return false;
1235
1236     auto Align = SI.getAlignment();
1237     if (!Align)
1238       Align = DL.getABITypeAlignment(ST);
1239
1240     SmallString<16> EltName = V->getName();
1241     EltName += ".elt";
1242     auto *Addr = SI.getPointerOperand();
1243     SmallString<16> AddrName = Addr->getName();
1244     AddrName += ".repack";
1245
1246     auto *IdxType = Type::getInt32Ty(ST->getContext());
1247     auto *Zero = ConstantInt::get(IdxType, 0);
1248     for (unsigned i = 0; i < Count; i++) {
1249       Value *Indices[2] = {
1250         Zero,
1251         ConstantInt::get(IdxType, i),
1252       };
1253       auto *Ptr = IC.Builder.CreateInBoundsGEP(ST, Addr, makeArrayRef(Indices),
1254                                                AddrName);
1255       auto *Val = IC.Builder.CreateExtractValue(V, i, EltName);
1256       auto EltAlign = MinAlign(Align, SL->getElementOffset(i));
1257       llvm::Instruction *NS = IC.Builder.CreateAlignedStore(Val, Ptr, EltAlign);
1258       AAMDNodes AAMD;
1259       SI.getAAMetadata(AAMD);
1260       NS->setAAMetadata(AAMD);
1261     }
1262
1263     return true;
1264   }
1265
1266   if (auto *AT = dyn_cast<ArrayType>(T)) {
1267     // If the array only have one element, we unpack.
1268     auto NumElements = AT->getNumElements();
1269     if (NumElements == 1) {
1270       V = IC.Builder.CreateExtractValue(V, 0);
1271       combineStoreToNewValue(IC, SI, V);
1272       return true;
1273     }
1274
1275     // Bail out if the array is too large. Ideally we would like to optimize
1276     // arrays of arbitrary size but this has a terrible impact on compile time.
1277     // The threshold here is chosen arbitrarily, maybe needs a little bit of
1278     // tuning.
1279     if (NumElements > IC.MaxArraySizeForCombine)
1280       return false;
1281
1282     const DataLayout &DL = IC.getDataLayout();
1283     auto EltSize = DL.getTypeAllocSize(AT->getElementType());
1284     auto Align = SI.getAlignment();
1285     if (!Align)
1286       Align = DL.getABITypeAlignment(T);
1287
1288     SmallString<16> EltName = V->getName();
1289     EltName += ".elt";
1290     auto *Addr = SI.getPointerOperand();
1291     SmallString<16> AddrName = Addr->getName();
1292     AddrName += ".repack";
1293
1294     auto *IdxType = Type::getInt64Ty(T->getContext());
1295     auto *Zero = ConstantInt::get(IdxType, 0);
1296
1297     uint64_t Offset = 0;
1298     for (uint64_t i = 0; i < NumElements; i++) {
1299       Value *Indices[2] = {
1300         Zero,
1301         ConstantInt::get(IdxType, i),
1302       };
1303       auto *Ptr = IC.Builder.CreateInBoundsGEP(AT, Addr, makeArrayRef(Indices),
1304                                                AddrName);
1305       auto *Val = IC.Builder.CreateExtractValue(V, i, EltName);
1306       auto EltAlign = MinAlign(Align, Offset);
1307       Instruction *NS = IC.Builder.CreateAlignedStore(Val, Ptr, EltAlign);
1308       AAMDNodes AAMD;
1309       SI.getAAMetadata(AAMD);
1310       NS->setAAMetadata(AAMD);
1311       Offset += EltSize;
1312     }
1313
1314     return true;
1315   }
1316
1317   return false;
1318 }
1319
1320 /// equivalentAddressValues - Test if A and B will obviously have the same
1321 /// value. This includes recognizing that %t0 and %t1 will have the same
1322 /// value in code like this:
1323 ///   %t0 = getelementptr \@a, 0, 3
1324 ///   store i32 0, i32* %t0
1325 ///   %t1 = getelementptr \@a, 0, 3
1326 ///   %t2 = load i32* %t1
1327 ///
1328 static bool equivalentAddressValues(Value *A, Value *B) {
1329   // Test if the values are trivially equivalent.
1330   if (A == B) return true;
1331
1332   // Test if the values come form identical arithmetic instructions.
1333   // This uses isIdenticalToWhenDefined instead of isIdenticalTo because
1334   // its only used to compare two uses within the same basic block, which
1335   // means that they'll always either have the same value or one of them
1336   // will have an undefined value.
1337   if (isa<BinaryOperator>(A) ||
1338       isa<CastInst>(A) ||
1339       isa<PHINode>(A) ||
1340       isa<GetElementPtrInst>(A))
1341     if (Instruction *BI = dyn_cast<Instruction>(B))
1342       if (cast<Instruction>(A)->isIdenticalToWhenDefined(BI))
1343         return true;
1344
1345   // Otherwise they may not be equivalent.
1346   return false;
1347 }
1348
1349 /// Converts store (bitcast (load (bitcast (select ...)))) to
1350 /// store (load (select ...)), where select is minmax:
1351 /// select ((cmp load V1, load V2), V1, V2).
1352 static bool removeBitcastsFromLoadStoreOnMinMax(InstCombiner &IC,
1353                                                 StoreInst &SI) {
1354   // bitcast?
1355   if (!match(SI.getPointerOperand(), m_BitCast(m_Value())))
1356     return false;
1357   // load? integer?
1358   Value *LoadAddr;
1359   if (!match(SI.getValueOperand(), m_Load(m_BitCast(m_Value(LoadAddr)))))
1360     return false;
1361   auto *LI = cast<LoadInst>(SI.getValueOperand());
1362   if (!LI->getType()->isIntegerTy())
1363     return false;
1364   if (!isMinMaxWithLoads(LoadAddr))
1365     return false;
1366
1367   if (!all_of(LI->users(), [LI, LoadAddr](User *U) {
1368         auto *SI = dyn_cast<StoreInst>(U);
1369         return SI && SI->getPointerOperand() != LI &&
1370                peekThroughBitcast(SI->getPointerOperand()) != LoadAddr &&
1371                !SI->getPointerOperand()->isSwiftError();
1372       }))
1373     return false;
1374
1375   IC.Builder.SetInsertPoint(LI);
1376   LoadInst *NewLI = combineLoadToNewType(
1377       IC, *LI, LoadAddr->getType()->getPointerElementType());
1378   // Replace all the stores with stores of the newly loaded value.
1379   for (auto *UI : LI->users()) {
1380     auto *USI = cast<StoreInst>(UI);
1381     IC.Builder.SetInsertPoint(USI);
1382     combineStoreToNewValue(IC, *USI, NewLI);
1383   }
1384   IC.replaceInstUsesWith(*LI, UndefValue::get(LI->getType()));
1385   IC.eraseInstFromFunction(*LI);
1386   return true;
1387 }
1388
1389 Instruction *InstCombiner::visitStoreInst(StoreInst &SI) {
1390   Value *Val = SI.getOperand(0);
1391   Value *Ptr = SI.getOperand(1);
1392
1393   // Try to canonicalize the stored type.
1394   if (combineStoreToValueType(*this, SI))
1395     return eraseInstFromFunction(SI);
1396
1397   // Attempt to improve the alignment.
1398   unsigned KnownAlign = getOrEnforceKnownAlignment(
1399       Ptr, DL.getPrefTypeAlignment(Val->getType()), DL, &SI, &AC, &DT);
1400   unsigned StoreAlign = SI.getAlignment();
1401   unsigned EffectiveStoreAlign =
1402       StoreAlign != 0 ? StoreAlign : DL.getABITypeAlignment(Val->getType());
1403
1404   if (KnownAlign > EffectiveStoreAlign)
1405     SI.setAlignment(KnownAlign);
1406   else if (StoreAlign == 0)
1407     SI.setAlignment(EffectiveStoreAlign);
1408
1409   // Try to canonicalize the stored type.
1410   if (unpackStoreToAggregate(*this, SI))
1411     return eraseInstFromFunction(SI);
1412
1413   if (removeBitcastsFromLoadStoreOnMinMax(*this, SI))
1414     return eraseInstFromFunction(SI);
1415
1416   // Replace GEP indices if possible.
1417   if (Instruction *NewGEPI = replaceGEPIdxWithZero(*this, Ptr, SI)) {
1418       Worklist.Add(NewGEPI);
1419       return &SI;
1420   }
1421
1422   // Don't hack volatile/ordered stores.
1423   // FIXME: Some bits are legal for ordered atomic stores; needs refactoring.
1424   if (!SI.isUnordered()) return nullptr;
1425
1426   // If the RHS is an alloca with a single use, zapify the store, making the
1427   // alloca dead.
1428   if (Ptr->hasOneUse()) {
1429     if (isa<AllocaInst>(Ptr))
1430       return eraseInstFromFunction(SI);
1431     if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(Ptr)) {
1432       if (isa<AllocaInst>(GEP->getOperand(0))) {
1433         if (GEP->getOperand(0)->hasOneUse())
1434           return eraseInstFromFunction(SI);
1435       }
1436     }
1437   }
1438
1439   // Do really simple DSE, to catch cases where there are several consecutive
1440   // stores to the same location, separated by a few arithmetic operations. This
1441   // situation often occurs with bitfield accesses.
1442   BasicBlock::iterator BBI(SI);
1443   for (unsigned ScanInsts = 6; BBI != SI.getParent()->begin() && ScanInsts;
1444        --ScanInsts) {
1445     --BBI;
1446     // Don't count debug info directives, lest they affect codegen,
1447     // and we skip pointer-to-pointer bitcasts, which are NOPs.
1448     if (isa<DbgInfoIntrinsic>(BBI) ||
1449         (isa<BitCastInst>(BBI) && BBI->getType()->isPointerTy())) {
1450       ScanInsts++;
1451       continue;
1452     }
1453
1454     if (StoreInst *PrevSI = dyn_cast<StoreInst>(BBI)) {
1455       // Prev store isn't volatile, and stores to the same location?
1456       if (PrevSI->isUnordered() && equivalentAddressValues(PrevSI->getOperand(1),
1457                                                         SI.getOperand(1))) {
1458         ++NumDeadStore;
1459         ++BBI;
1460         eraseInstFromFunction(*PrevSI);
1461         continue;
1462       }
1463       break;
1464     }
1465
1466     // If this is a load, we have to stop.  However, if the loaded value is from
1467     // the pointer we're loading and is producing the pointer we're storing,
1468     // then *this* store is dead (X = load P; store X -> P).
1469     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(BBI)) {
1470       if (LI == Val && equivalentAddressValues(LI->getOperand(0), Ptr)) {
1471         assert(SI.isUnordered() && "can't eliminate ordering operation");
1472         return eraseInstFromFunction(SI);
1473       }
1474
1475       // Otherwise, this is a load from some other location.  Stores before it
1476       // may not be dead.
1477       break;
1478     }
1479
1480     // Don't skip over loads, throws or things that can modify memory.
1481     if (BBI->mayWriteToMemory() || BBI->mayReadFromMemory() || BBI->mayThrow())
1482       break;
1483   }
1484
1485   // store X, null    -> turns into 'unreachable' in SimplifyCFG
1486   // store X, GEP(null, Y) -> turns into 'unreachable' in SimplifyCFG
1487   if (canSimplifyNullStoreOrGEP(SI)) {
1488     if (!isa<UndefValue>(Val)) {
1489       SI.setOperand(0, UndefValue::get(Val->getType()));
1490       if (Instruction *U = dyn_cast<Instruction>(Val))
1491         Worklist.Add(U);  // Dropped a use.
1492     }
1493     return nullptr;  // Do not modify these!
1494   }
1495
1496   // store undef, Ptr -> noop
1497   if (isa<UndefValue>(Val))
1498     return eraseInstFromFunction(SI);
1499
1500   // If this store is the second-to-last instruction in the basic block
1501   // (excluding debug info and bitcasts of pointers) and if the block ends with
1502   // an unconditional branch, try to move the store to the successor block.
1503   BBI = SI.getIterator();
1504   do {
1505     ++BBI;
1506   } while (isa<DbgInfoIntrinsic>(BBI) ||
1507            (isa<BitCastInst>(BBI) && BBI->getType()->isPointerTy()));
1508
1509   if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(BBI))
1510     if (BI->isUnconditional())
1511       mergeStoreIntoSuccessor(SI);
1512
1513   return nullptr;
1514 }
1515
1516 /// Try to transform:
1517 ///   if () { *P = v1; } else { *P = v2 }
1518 /// or:
1519 ///   *P = v1; if () { *P = v2; }
1520 /// into a phi node with a store in the successor.
1521 bool InstCombiner::mergeStoreIntoSuccessor(StoreInst &SI) {
1522   assert(SI.isUnordered() &&
1523          "This code has not been audited for volatile or ordered store case.");
1524
1525   // Check if the successor block has exactly 2 incoming edges.
1526   BasicBlock *StoreBB = SI.getParent();
1527   BasicBlock *DestBB = StoreBB->getTerminator()->getSuccessor(0);
1528   if (!DestBB->hasNPredecessors(2))
1529     return false;
1530
1531   // Capture the other block (the block that doesn't contain our store).
1532   pred_iterator PredIter = pred_begin(DestBB);
1533   if (*PredIter == StoreBB)
1534     ++PredIter;
1535   BasicBlock *OtherBB = *PredIter;
1536
1537   // Bail out if all of the relevant blocks aren't distinct. This can happen,
1538   // for example, if SI is in an infinite loop.
1539   if (StoreBB == DestBB || OtherBB == DestBB)
1540     return false;
1541
1542   // Verify that the other block ends in a branch and is not otherwise empty.
1543   BasicBlock::iterator BBI(OtherBB->getTerminator());
1544   BranchInst *OtherBr = dyn_cast<BranchInst>(BBI);
1545   if (!OtherBr || BBI == OtherBB->begin())
1546     return false;
1547
1548   // If the other block ends in an unconditional branch, check for the 'if then
1549   // else' case. There is an instruction before the branch.
1550   StoreInst *OtherStore = nullptr;
1551   if (OtherBr->isUnconditional()) {
1552     --BBI;
1553     // Skip over debugging info.
1554     while (isa<DbgInfoIntrinsic>(BBI) ||
1555            (isa<BitCastInst>(BBI) && BBI->getType()->isPointerTy())) {
1556       if (BBI==OtherBB->begin())
1557         return false;
1558       --BBI;
1559     }
1560     // If this isn't a store, isn't a store to the same location, or is not the
1561     // right kind of store, bail out.
1562     OtherStore = dyn_cast<StoreInst>(BBI);
1563     if (!OtherStore || OtherStore->getOperand(1) != SI.getOperand(1) ||
1564         !SI.isSameOperationAs(OtherStore))
1565       return false;
1566   } else {
1567     // Otherwise, the other block ended with a conditional branch. If one of the
1568     // destinations is StoreBB, then we have the if/then case.
1569     if (OtherBr->getSuccessor(0) != StoreBB &&
1570         OtherBr->getSuccessor(1) != StoreBB)
1571       return false;
1572
1573     // Okay, we know that OtherBr now goes to Dest and StoreBB, so this is an
1574     // if/then triangle. See if there is a store to the same ptr as SI that
1575     // lives in OtherBB.
1576     for (;; --BBI) {
1577       // Check to see if we find the matching store.
1578       if ((OtherStore = dyn_cast<StoreInst>(BBI))) {
1579         if (OtherStore->getOperand(1) != SI.getOperand(1) ||
1580             !SI.isSameOperationAs(OtherStore))
1581           return false;
1582         break;
1583       }
1584       // If we find something that may be using or overwriting the stored
1585       // value, or if we run out of instructions, we can't do the transform.
1586       if (BBI->mayReadFromMemory() || BBI->mayThrow() ||
1587           BBI->mayWriteToMemory() || BBI == OtherBB->begin())
1588         return false;
1589     }
1590
1591     // In order to eliminate the store in OtherBr, we have to make sure nothing
1592     // reads or overwrites the stored value in StoreBB.
1593     for (BasicBlock::iterator I = StoreBB->begin(); &*I != &SI; ++I) {
1594       // FIXME: This should really be AA driven.
1595       if (I->mayReadFromMemory() || I->mayThrow() || I->mayWriteToMemory())
1596         return false;
1597     }
1598   }
1599
1600   // Insert a PHI node now if we need it.
1601   Value *MergedVal = OtherStore->getOperand(0);
1602   // The debug locations of the original instructions might differ. Merge them.
1603   DebugLoc MergedLoc = DILocation::getMergedLocation(SI.getDebugLoc(),
1604                                                      OtherStore->getDebugLoc());
1605   if (MergedVal != SI.getOperand(0)) {
1606     PHINode *PN = PHINode::Create(MergedVal->getType(), 2, "storemerge");
1607     PN->addIncoming(SI.getOperand(0), SI.getParent());
1608     PN->addIncoming(OtherStore->getOperand(0), OtherBB);
1609     MergedVal = InsertNewInstBefore(PN, DestBB->front());
1610     PN->setDebugLoc(MergedLoc);
1611   }
1612
1613   // Advance to a place where it is safe to insert the new store and insert it.
1614   BBI = DestBB->getFirstInsertionPt();
1615   StoreInst *NewSI = new StoreInst(MergedVal, SI.getOperand(1),
1616                                    SI.isVolatile(), SI.getAlignment(),
1617                                    SI.getOrdering(), SI.getSyncScopeID());
1618   InsertNewInstBefore(NewSI, *BBI);
1619   NewSI->setDebugLoc(MergedLoc);
1620
1621   // If the two stores had AA tags, merge them.
1622   AAMDNodes AATags;
1623   SI.getAAMetadata(AATags);
1624   if (AATags) {
1625     OtherStore->getAAMetadata(AATags, /* Merge = */ true);
1626     NewSI->setAAMetadata(AATags);
1627   }
1628
1629   // Nuke the old stores.
1630   eraseInstFromFunction(SI);
1631   eraseInstFromFunction(*OtherStore);
1632   return true;
1633 }