]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - contrib/llvm/lib/Transforms/Scalar/MemCpyOptimizer.cpp
Merge clang 7.0.1 and several follow-up changes
[FreeBSD/FreeBSD.git] / contrib / llvm / lib / Transforms / Scalar / MemCpyOptimizer.cpp
1 //===- MemCpyOptimizer.cpp - Optimize use of memcpy and friends -----------===//
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 performs various transformations related to eliminating memcpy
11 // calls, or transforming sets of stores into memset's.
12 //
13 //===----------------------------------------------------------------------===//
14
15 #include "llvm/Transforms/Scalar/MemCpyOptimizer.h"
16 #include "llvm/ADT/DenseSet.h"
17 #include "llvm/ADT/None.h"
18 #include "llvm/ADT/STLExtras.h"
19 #include "llvm/ADT/SmallVector.h"
20 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
21 #include "llvm/ADT/iterator_range.h"
22 #include "llvm/Analysis/AliasAnalysis.h"
23 #include "llvm/Analysis/AssumptionCache.h"
24 #include "llvm/Analysis/GlobalsModRef.h"
25 #include "llvm/Analysis/MemoryDependenceAnalysis.h"
26 #include "llvm/Analysis/MemoryLocation.h"
27 #include "llvm/Analysis/TargetLibraryInfo.h"
28 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
29 #include "llvm/Analysis/ValueTracking.h"
30 #include "llvm/IR/Argument.h"
31 #include "llvm/IR/BasicBlock.h"
32 #include "llvm/IR/CallSite.h"
33 #include "llvm/IR/Constants.h"
34 #include "llvm/IR/DataLayout.h"
35 #include "llvm/IR/DerivedTypes.h"
36 #include "llvm/IR/Dominators.h"
37 #include "llvm/IR/Function.h"
38 #include "llvm/IR/GetElementPtrTypeIterator.h"
39 #include "llvm/IR/GlobalVariable.h"
40 #include "llvm/IR/IRBuilder.h"
41 #include "llvm/IR/InstrTypes.h"
42 #include "llvm/IR/Instruction.h"
43 #include "llvm/IR/Instructions.h"
44 #include "llvm/IR/IntrinsicInst.h"
45 #include "llvm/IR/Intrinsics.h"
46 #include "llvm/IR/LLVMContext.h"
47 #include "llvm/IR/Module.h"
48 #include "llvm/IR/Operator.h"
49 #include "llvm/IR/PassManager.h"
50 #include "llvm/IR/Type.h"
51 #include "llvm/IR/User.h"
52 #include "llvm/IR/Value.h"
53 #include "llvm/Pass.h"
54 #include "llvm/Support/Casting.h"
55 #include "llvm/Support/Debug.h"
56 #include "llvm/Support/MathExtras.h"
57 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
58 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
59 #include <algorithm>
60 #include <cassert>
61 #include <cstdint>
62 #include <utility>
63
64 using namespace llvm;
65
66 #define DEBUG_TYPE "memcpyopt"
67
68 STATISTIC(NumMemCpyInstr, "Number of memcpy instructions deleted");
69 STATISTIC(NumMemSetInfer, "Number of memsets inferred");
70 STATISTIC(NumMoveToCpy,   "Number of memmoves converted to memcpy");
71 STATISTIC(NumCpyToSet,    "Number of memcpys converted to memset");
72
73 static int64_t GetOffsetFromIndex(const GEPOperator *GEP, unsigned Idx,
74                                   bool &VariableIdxFound,
75                                   const DataLayout &DL) {
76   // Skip over the first indices.
77   gep_type_iterator GTI = gep_type_begin(GEP);
78   for (unsigned i = 1; i != Idx; ++i, ++GTI)
79     /*skip along*/;
80
81   // Compute the offset implied by the rest of the indices.
82   int64_t Offset = 0;
83   for (unsigned i = Idx, e = GEP->getNumOperands(); i != e; ++i, ++GTI) {
84     ConstantInt *OpC = dyn_cast<ConstantInt>(GEP->getOperand(i));
85     if (!OpC)
86       return VariableIdxFound = true;
87     if (OpC->isZero()) continue;  // No offset.
88
89     // Handle struct indices, which add their field offset to the pointer.
90     if (StructType *STy = GTI.getStructTypeOrNull()) {
91       Offset += DL.getStructLayout(STy)->getElementOffset(OpC->getZExtValue());
92       continue;
93     }
94
95     // Otherwise, we have a sequential type like an array or vector.  Multiply
96     // the index by the ElementSize.
97     uint64_t Size = DL.getTypeAllocSize(GTI.getIndexedType());
98     Offset += Size*OpC->getSExtValue();
99   }
100
101   return Offset;
102 }
103
104 /// Return true if Ptr1 is provably equal to Ptr2 plus a constant offset, and
105 /// return that constant offset. For example, Ptr1 might be &A[42], and Ptr2
106 /// might be &A[40]. In this case offset would be -8.
107 static bool IsPointerOffset(Value *Ptr1, Value *Ptr2, int64_t &Offset,
108                             const DataLayout &DL) {
109   Ptr1 = Ptr1->stripPointerCasts();
110   Ptr2 = Ptr2->stripPointerCasts();
111
112   // Handle the trivial case first.
113   if (Ptr1 == Ptr2) {
114     Offset = 0;
115     return true;
116   }
117
118   GEPOperator *GEP1 = dyn_cast<GEPOperator>(Ptr1);
119   GEPOperator *GEP2 = dyn_cast<GEPOperator>(Ptr2);
120
121   bool VariableIdxFound = false;
122
123   // If one pointer is a GEP and the other isn't, then see if the GEP is a
124   // constant offset from the base, as in "P" and "gep P, 1".
125   if (GEP1 && !GEP2 && GEP1->getOperand(0)->stripPointerCasts() == Ptr2) {
126     Offset = -GetOffsetFromIndex(GEP1, 1, VariableIdxFound, DL);
127     return !VariableIdxFound;
128   }
129
130   if (GEP2 && !GEP1 && GEP2->getOperand(0)->stripPointerCasts() == Ptr1) {
131     Offset = GetOffsetFromIndex(GEP2, 1, VariableIdxFound, DL);
132     return !VariableIdxFound;
133   }
134
135   // Right now we handle the case when Ptr1/Ptr2 are both GEPs with an identical
136   // base.  After that base, they may have some number of common (and
137   // potentially variable) indices.  After that they handle some constant
138   // offset, which determines their offset from each other.  At this point, we
139   // handle no other case.
140   if (!GEP1 || !GEP2 || GEP1->getOperand(0) != GEP2->getOperand(0))
141     return false;
142
143   // Skip any common indices and track the GEP types.
144   unsigned Idx = 1;
145   for (; Idx != GEP1->getNumOperands() && Idx != GEP2->getNumOperands(); ++Idx)
146     if (GEP1->getOperand(Idx) != GEP2->getOperand(Idx))
147       break;
148
149   int64_t Offset1 = GetOffsetFromIndex(GEP1, Idx, VariableIdxFound, DL);
150   int64_t Offset2 = GetOffsetFromIndex(GEP2, Idx, VariableIdxFound, DL);
151   if (VariableIdxFound) return false;
152
153   Offset = Offset2-Offset1;
154   return true;
155 }
156
157 namespace {
158
159 /// Represents a range of memset'd bytes with the ByteVal value.
160 /// This allows us to analyze stores like:
161 ///   store 0 -> P+1
162 ///   store 0 -> P+0
163 ///   store 0 -> P+3
164 ///   store 0 -> P+2
165 /// which sometimes happens with stores to arrays of structs etc.  When we see
166 /// the first store, we make a range [1, 2).  The second store extends the range
167 /// to [0, 2).  The third makes a new range [2, 3).  The fourth store joins the
168 /// two ranges into [0, 3) which is memset'able.
169 struct MemsetRange {
170   // Start/End - A semi range that describes the span that this range covers.
171   // The range is closed at the start and open at the end: [Start, End).
172   int64_t Start, End;
173
174   /// StartPtr - The getelementptr instruction that points to the start of the
175   /// range.
176   Value *StartPtr;
177
178   /// Alignment - The known alignment of the first store.
179   unsigned Alignment;
180
181   /// TheStores - The actual stores that make up this range.
182   SmallVector<Instruction*, 16> TheStores;
183
184   bool isProfitableToUseMemset(const DataLayout &DL) const;
185 };
186
187 } // end anonymous namespace
188
189 bool MemsetRange::isProfitableToUseMemset(const DataLayout &DL) const {
190   // If we found more than 4 stores to merge or 16 bytes, use memset.
191   if (TheStores.size() >= 4 || End-Start >= 16) return true;
192
193   // If there is nothing to merge, don't do anything.
194   if (TheStores.size() < 2) return false;
195
196   // If any of the stores are a memset, then it is always good to extend the
197   // memset.
198   for (Instruction *SI : TheStores)
199     if (!isa<StoreInst>(SI))
200       return true;
201
202   // Assume that the code generator is capable of merging pairs of stores
203   // together if it wants to.
204   if (TheStores.size() == 2) return false;
205
206   // If we have fewer than 8 stores, it can still be worthwhile to do this.
207   // For example, merging 4 i8 stores into an i32 store is useful almost always.
208   // However, merging 2 32-bit stores isn't useful on a 32-bit architecture (the
209   // memset will be split into 2 32-bit stores anyway) and doing so can
210   // pessimize the llvm optimizer.
211   //
212   // Since we don't have perfect knowledge here, make some assumptions: assume
213   // the maximum GPR width is the same size as the largest legal integer
214   // size. If so, check to see whether we will end up actually reducing the
215   // number of stores used.
216   unsigned Bytes = unsigned(End-Start);
217   unsigned MaxIntSize = DL.getLargestLegalIntTypeSizeInBits() / 8;
218   if (MaxIntSize == 0)
219     MaxIntSize = 1;
220   unsigned NumPointerStores = Bytes / MaxIntSize;
221
222   // Assume the remaining bytes if any are done a byte at a time.
223   unsigned NumByteStores = Bytes % MaxIntSize;
224
225   // If we will reduce the # stores (according to this heuristic), do the
226   // transformation.  This encourages merging 4 x i8 -> i32 and 2 x i16 -> i32
227   // etc.
228   return TheStores.size() > NumPointerStores+NumByteStores;
229 }
230
231 namespace {
232
233 class MemsetRanges {
234   using range_iterator = SmallVectorImpl<MemsetRange>::iterator;
235
236   /// A sorted list of the memset ranges.
237   SmallVector<MemsetRange, 8> Ranges;
238
239   const DataLayout &DL;
240
241 public:
242   MemsetRanges(const DataLayout &DL) : DL(DL) {}
243
244   using const_iterator = SmallVectorImpl<MemsetRange>::const_iterator;
245
246   const_iterator begin() const { return Ranges.begin(); }
247   const_iterator end() const { return Ranges.end(); }
248   bool empty() const { return Ranges.empty(); }
249
250   void addInst(int64_t OffsetFromFirst, Instruction *Inst) {
251     if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Inst))
252       addStore(OffsetFromFirst, SI);
253     else
254       addMemSet(OffsetFromFirst, cast<MemSetInst>(Inst));
255   }
256
257   void addStore(int64_t OffsetFromFirst, StoreInst *SI) {
258     int64_t StoreSize = DL.getTypeStoreSize(SI->getOperand(0)->getType());
259
260     addRange(OffsetFromFirst, StoreSize,
261              SI->getPointerOperand(), SI->getAlignment(), SI);
262   }
263
264   void addMemSet(int64_t OffsetFromFirst, MemSetInst *MSI) {
265     int64_t Size = cast<ConstantInt>(MSI->getLength())->getZExtValue();
266     addRange(OffsetFromFirst, Size, MSI->getDest(), MSI->getDestAlignment(), MSI);
267   }
268
269   void addRange(int64_t Start, int64_t Size, Value *Ptr,
270                 unsigned Alignment, Instruction *Inst);
271 };
272
273 } // end anonymous namespace
274
275 /// Add a new store to the MemsetRanges data structure.  This adds a
276 /// new range for the specified store at the specified offset, merging into
277 /// existing ranges as appropriate.
278 void MemsetRanges::addRange(int64_t Start, int64_t Size, Value *Ptr,
279                             unsigned Alignment, Instruction *Inst) {
280   int64_t End = Start+Size;
281
282   range_iterator I = std::lower_bound(Ranges.begin(), Ranges.end(), Start,
283     [](const MemsetRange &LHS, int64_t RHS) { return LHS.End < RHS; });
284
285   // We now know that I == E, in which case we didn't find anything to merge
286   // with, or that Start <= I->End.  If End < I->Start or I == E, then we need
287   // to insert a new range.  Handle this now.
288   if (I == Ranges.end() || End < I->Start) {
289     MemsetRange &R = *Ranges.insert(I, MemsetRange());
290     R.Start        = Start;
291     R.End          = End;
292     R.StartPtr     = Ptr;
293     R.Alignment    = Alignment;
294     R.TheStores.push_back(Inst);
295     return;
296   }
297
298   // This store overlaps with I, add it.
299   I->TheStores.push_back(Inst);
300
301   // At this point, we may have an interval that completely contains our store.
302   // If so, just add it to the interval and return.
303   if (I->Start <= Start && I->End >= End)
304     return;
305
306   // Now we know that Start <= I->End and End >= I->Start so the range overlaps
307   // but is not entirely contained within the range.
308
309   // See if the range extends the start of the range.  In this case, it couldn't
310   // possibly cause it to join the prior range, because otherwise we would have
311   // stopped on *it*.
312   if (Start < I->Start) {
313     I->Start = Start;
314     I->StartPtr = Ptr;
315     I->Alignment = Alignment;
316   }
317
318   // Now we know that Start <= I->End and Start >= I->Start (so the startpoint
319   // is in or right at the end of I), and that End >= I->Start.  Extend I out to
320   // End.
321   if (End > I->End) {
322     I->End = End;
323     range_iterator NextI = I;
324     while (++NextI != Ranges.end() && End >= NextI->Start) {
325       // Merge the range in.
326       I->TheStores.append(NextI->TheStores.begin(), NextI->TheStores.end());
327       if (NextI->End > I->End)
328         I->End = NextI->End;
329       Ranges.erase(NextI);
330       NextI = I;
331     }
332   }
333 }
334
335 //===----------------------------------------------------------------------===//
336 //                         MemCpyOptLegacyPass Pass
337 //===----------------------------------------------------------------------===//
338
339 namespace {
340
341 class MemCpyOptLegacyPass : public FunctionPass {
342   MemCpyOptPass Impl;
343
344 public:
345   static char ID; // Pass identification, replacement for typeid
346
347   MemCpyOptLegacyPass() : FunctionPass(ID) {
348     initializeMemCpyOptLegacyPassPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
349   }
350
351   bool runOnFunction(Function &F) override;
352
353 private:
354   // This transformation requires dominator postdominator info
355   void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const override {
356     AU.setPreservesCFG();
357     AU.addRequired<AssumptionCacheTracker>();
358     AU.addRequired<DominatorTreeWrapperPass>();
359     AU.addRequired<MemoryDependenceWrapperPass>();
360     AU.addRequired<AAResultsWrapperPass>();
361     AU.addRequired<TargetLibraryInfoWrapperPass>();
362     AU.addPreserved<GlobalsAAWrapperPass>();
363     AU.addPreserved<MemoryDependenceWrapperPass>();
364   }
365 };
366
367 } // end anonymous namespace
368
369 char MemCpyOptLegacyPass::ID = 0;
370
371 /// The public interface to this file...
372 FunctionPass *llvm::createMemCpyOptPass() { return new MemCpyOptLegacyPass(); }
373
374 INITIALIZE_PASS_BEGIN(MemCpyOptLegacyPass, "memcpyopt", "MemCpy Optimization",
375                       false, false)
376 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(AssumptionCacheTracker)
377 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(DominatorTreeWrapperPass)
378 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(MemoryDependenceWrapperPass)
379 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(TargetLibraryInfoWrapperPass)
380 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(AAResultsWrapperPass)
381 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(GlobalsAAWrapperPass)
382 INITIALIZE_PASS_END(MemCpyOptLegacyPass, "memcpyopt", "MemCpy Optimization",
383                     false, false)
384
385 /// When scanning forward over instructions, we look for some other patterns to
386 /// fold away. In particular, this looks for stores to neighboring locations of
387 /// memory. If it sees enough consecutive ones, it attempts to merge them
388 /// together into a memcpy/memset.
389 Instruction *MemCpyOptPass::tryMergingIntoMemset(Instruction *StartInst,
390                                                  Value *StartPtr,
391                                                  Value *ByteVal) {
392   const DataLayout &DL = StartInst->getModule()->getDataLayout();
393
394   // Okay, so we now have a single store that can be splatable.  Scan to find
395   // all subsequent stores of the same value to offset from the same pointer.
396   // Join these together into ranges, so we can decide whether contiguous blocks
397   // are stored.
398   MemsetRanges Ranges(DL);
399
400   BasicBlock::iterator BI(StartInst);
401   for (++BI; !isa<TerminatorInst>(BI); ++BI) {
402     if (!isa<StoreInst>(BI) && !isa<MemSetInst>(BI)) {
403       // If the instruction is readnone, ignore it, otherwise bail out.  We
404       // don't even allow readonly here because we don't want something like:
405       // A[1] = 2; strlen(A); A[2] = 2; -> memcpy(A, ...); strlen(A).
406       if (BI->mayWriteToMemory() || BI->mayReadFromMemory())
407         break;
408       continue;
409     }
410
411     if (StoreInst *NextStore = dyn_cast<StoreInst>(BI)) {
412       // If this is a store, see if we can merge it in.
413       if (!NextStore->isSimple()) break;
414
415       // Check to see if this stored value is of the same byte-splattable value.
416       if (ByteVal != isBytewiseValue(NextStore->getOperand(0)))
417         break;
418
419       // Check to see if this store is to a constant offset from the start ptr.
420       int64_t Offset;
421       if (!IsPointerOffset(StartPtr, NextStore->getPointerOperand(), Offset,
422                            DL))
423         break;
424
425       Ranges.addStore(Offset, NextStore);
426     } else {
427       MemSetInst *MSI = cast<MemSetInst>(BI);
428
429       if (MSI->isVolatile() || ByteVal != MSI->getValue() ||
430           !isa<ConstantInt>(MSI->getLength()))
431         break;
432
433       // Check to see if this store is to a constant offset from the start ptr.
434       int64_t Offset;
435       if (!IsPointerOffset(StartPtr, MSI->getDest(), Offset, DL))
436         break;
437
438       Ranges.addMemSet(Offset, MSI);
439     }
440   }
441
442   // If we have no ranges, then we just had a single store with nothing that
443   // could be merged in.  This is a very common case of course.
444   if (Ranges.empty())
445     return nullptr;
446
447   // If we had at least one store that could be merged in, add the starting
448   // store as well.  We try to avoid this unless there is at least something
449   // interesting as a small compile-time optimization.
450   Ranges.addInst(0, StartInst);
451
452   // If we create any memsets, we put it right before the first instruction that
453   // isn't part of the memset block.  This ensure that the memset is dominated
454   // by any addressing instruction needed by the start of the block.
455   IRBuilder<> Builder(&*BI);
456
457   // Now that we have full information about ranges, loop over the ranges and
458   // emit memset's for anything big enough to be worthwhile.
459   Instruction *AMemSet = nullptr;
460   for (const MemsetRange &Range : Ranges) {
461     if (Range.TheStores.size() == 1) continue;
462
463     // If it is profitable to lower this range to memset, do so now.
464     if (!Range.isProfitableToUseMemset(DL))
465       continue;
466
467     // Otherwise, we do want to transform this!  Create a new memset.
468     // Get the starting pointer of the block.
469     StartPtr = Range.StartPtr;
470
471     // Determine alignment
472     unsigned Alignment = Range.Alignment;
473     if (Alignment == 0) {
474       Type *EltType =
475         cast<PointerType>(StartPtr->getType())->getElementType();
476       Alignment = DL.getABITypeAlignment(EltType);
477     }
478
479     AMemSet =
480       Builder.CreateMemSet(StartPtr, ByteVal, Range.End-Range.Start, Alignment);
481
482     LLVM_DEBUG(dbgs() << "Replace stores:\n"; for (Instruction *SI
483                                                    : Range.TheStores) dbgs()
484                                               << *SI << '\n';
485                dbgs() << "With: " << *AMemSet << '\n');
486
487     if (!Range.TheStores.empty())
488       AMemSet->setDebugLoc(Range.TheStores[0]->getDebugLoc());
489
490     // Zap all the stores.
491     for (Instruction *SI : Range.TheStores) {
492       MD->removeInstruction(SI);
493       SI->eraseFromParent();
494     }
495     ++NumMemSetInfer;
496   }
497
498   return AMemSet;
499 }
500
501 static unsigned findStoreAlignment(const DataLayout &DL, const StoreInst *SI) {
502   unsigned StoreAlign = SI->getAlignment();
503   if (!StoreAlign)
504     StoreAlign = DL.getABITypeAlignment(SI->getOperand(0)->getType());
505   return StoreAlign;
506 }
507
508 static unsigned findLoadAlignment(const DataLayout &DL, const LoadInst *LI) {
509   unsigned LoadAlign = LI->getAlignment();
510   if (!LoadAlign)
511     LoadAlign = DL.getABITypeAlignment(LI->getType());
512   return LoadAlign;
513 }
514
515 static unsigned findCommonAlignment(const DataLayout &DL, const StoreInst *SI,
516                                      const LoadInst *LI) {
517   unsigned StoreAlign = findStoreAlignment(DL, SI);
518   unsigned LoadAlign = findLoadAlignment(DL, LI);
519   return MinAlign(StoreAlign, LoadAlign);
520 }
521
522 // This method try to lift a store instruction before position P.
523 // It will lift the store and its argument + that anything that
524 // may alias with these.
525 // The method returns true if it was successful.
526 static bool moveUp(AliasAnalysis &AA, StoreInst *SI, Instruction *P,
527                    const LoadInst *LI) {
528   // If the store alias this position, early bail out.
529   MemoryLocation StoreLoc = MemoryLocation::get(SI);
530   if (isModOrRefSet(AA.getModRefInfo(P, StoreLoc)))
531     return false;
532
533   // Keep track of the arguments of all instruction we plan to lift
534   // so we can make sure to lift them as well if appropriate.
535   DenseSet<Instruction*> Args;
536   if (auto *Ptr = dyn_cast<Instruction>(SI->getPointerOperand()))
537     if (Ptr->getParent() == SI->getParent())
538       Args.insert(Ptr);
539
540   // Instruction to lift before P.
541   SmallVector<Instruction*, 8> ToLift;
542
543   // Memory locations of lifted instructions.
544   SmallVector<MemoryLocation, 8> MemLocs{StoreLoc};
545
546   // Lifted callsites.
547   SmallVector<ImmutableCallSite, 8> CallSites;
548
549   const MemoryLocation LoadLoc = MemoryLocation::get(LI);
550
551   for (auto I = --SI->getIterator(), E = P->getIterator(); I != E; --I) {
552     auto *C = &*I;
553
554     bool MayAlias = isModOrRefSet(AA.getModRefInfo(C, None));
555
556     bool NeedLift = false;
557     if (Args.erase(C))
558       NeedLift = true;
559     else if (MayAlias) {
560       NeedLift = llvm::any_of(MemLocs, [C, &AA](const MemoryLocation &ML) {
561         return isModOrRefSet(AA.getModRefInfo(C, ML));
562       });
563
564       if (!NeedLift)
565         NeedLift =
566             llvm::any_of(CallSites, [C, &AA](const ImmutableCallSite &CS) {
567               return isModOrRefSet(AA.getModRefInfo(C, CS));
568             });
569     }
570
571     if (!NeedLift)
572       continue;
573
574     if (MayAlias) {
575       // Since LI is implicitly moved downwards past the lifted instructions,
576       // none of them may modify its source.
577       if (isModSet(AA.getModRefInfo(C, LoadLoc)))
578         return false;
579       else if (auto CS = ImmutableCallSite(C)) {
580         // If we can't lift this before P, it's game over.
581         if (isModOrRefSet(AA.getModRefInfo(P, CS)))
582           return false;
583
584         CallSites.push_back(CS);
585       } else if (isa<LoadInst>(C) || isa<StoreInst>(C) || isa<VAArgInst>(C)) {
586         // If we can't lift this before P, it's game over.
587         auto ML = MemoryLocation::get(C);
588         if (isModOrRefSet(AA.getModRefInfo(P, ML)))
589           return false;
590
591         MemLocs.push_back(ML);
592       } else
593         // We don't know how to lift this instruction.
594         return false;
595     }
596
597     ToLift.push_back(C);
598     for (unsigned k = 0, e = C->getNumOperands(); k != e; ++k)
599       if (auto *A = dyn_cast<Instruction>(C->getOperand(k)))
600         if (A->getParent() == SI->getParent())
601           Args.insert(A);
602   }
603
604   // We made it, we need to lift
605   for (auto *I : llvm::reverse(ToLift)) {
606     LLVM_DEBUG(dbgs() << "Lifting " << *I << " before " << *P << "\n");
607     I->moveBefore(P);
608   }
609
610   return true;
611 }
612
613 bool MemCpyOptPass::processStore(StoreInst *SI, BasicBlock::iterator &BBI) {
614   if (!SI->isSimple()) return false;
615
616   // Avoid merging nontemporal stores since the resulting
617   // memcpy/memset would not be able to preserve the nontemporal hint.
618   // In theory we could teach how to propagate the !nontemporal metadata to
619   // memset calls. However, that change would force the backend to
620   // conservatively expand !nontemporal memset calls back to sequences of
621   // store instructions (effectively undoing the merging).
622   if (SI->getMetadata(LLVMContext::MD_nontemporal))
623     return false;
624
625   const DataLayout &DL = SI->getModule()->getDataLayout();
626
627   // Load to store forwarding can be interpreted as memcpy.
628   if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(SI->getOperand(0))) {
629     if (LI->isSimple() && LI->hasOneUse() &&
630         LI->getParent() == SI->getParent()) {
631
632       auto *T = LI->getType();
633       if (T->isAggregateType()) {
634         AliasAnalysis &AA = LookupAliasAnalysis();
635         MemoryLocation LoadLoc = MemoryLocation::get(LI);
636
637         // We use alias analysis to check if an instruction may store to
638         // the memory we load from in between the load and the store. If
639         // such an instruction is found, we try to promote there instead
640         // of at the store position.
641         Instruction *P = SI;
642         for (auto &I : make_range(++LI->getIterator(), SI->getIterator())) {
643           if (isModSet(AA.getModRefInfo(&I, LoadLoc))) {
644             P = &I;
645             break;
646           }
647         }
648
649         // We found an instruction that may write to the loaded memory.
650         // We can try to promote at this position instead of the store
651         // position if nothing alias the store memory after this and the store
652         // destination is not in the range.
653         if (P && P != SI) {
654           if (!moveUp(AA, SI, P, LI))
655             P = nullptr;
656         }
657
658         // If a valid insertion position is found, then we can promote
659         // the load/store pair to a memcpy.
660         if (P) {
661           // If we load from memory that may alias the memory we store to,
662           // memmove must be used to preserve semantic. If not, memcpy can
663           // be used.
664           bool UseMemMove = false;
665           if (!AA.isNoAlias(MemoryLocation::get(SI), LoadLoc))
666             UseMemMove = true;
667
668           uint64_t Size = DL.getTypeStoreSize(T);
669
670           IRBuilder<> Builder(P);
671           Instruction *M;
672           if (UseMemMove)
673             M = Builder.CreateMemMove(
674                 SI->getPointerOperand(), findStoreAlignment(DL, SI),
675                 LI->getPointerOperand(), findLoadAlignment(DL, LI), Size,
676                 SI->isVolatile());
677           else
678             M = Builder.CreateMemCpy(
679                 SI->getPointerOperand(), findStoreAlignment(DL, SI),
680                 LI->getPointerOperand(), findLoadAlignment(DL, LI), Size,
681                 SI->isVolatile());
682
683           LLVM_DEBUG(dbgs() << "Promoting " << *LI << " to " << *SI << " => "
684                             << *M << "\n");
685
686           MD->removeInstruction(SI);
687           SI->eraseFromParent();
688           MD->removeInstruction(LI);
689           LI->eraseFromParent();
690           ++NumMemCpyInstr;
691
692           // Make sure we do not invalidate the iterator.
693           BBI = M->getIterator();
694           return true;
695         }
696       }
697
698       // Detect cases where we're performing call slot forwarding, but
699       // happen to be using a load-store pair to implement it, rather than
700       // a memcpy.
701       MemDepResult ldep = MD->getDependency(LI);
702       CallInst *C = nullptr;
703       if (ldep.isClobber() && !isa<MemCpyInst>(ldep.getInst()))
704         C = dyn_cast<CallInst>(ldep.getInst());
705
706       if (C) {
707         // Check that nothing touches the dest of the "copy" between
708         // the call and the store.
709         Value *CpyDest = SI->getPointerOperand()->stripPointerCasts();
710         bool CpyDestIsLocal = isa<AllocaInst>(CpyDest);
711         AliasAnalysis &AA = LookupAliasAnalysis();
712         MemoryLocation StoreLoc = MemoryLocation::get(SI);
713         for (BasicBlock::iterator I = --SI->getIterator(), E = C->getIterator();
714              I != E; --I) {
715           if (isModOrRefSet(AA.getModRefInfo(&*I, StoreLoc))) {
716             C = nullptr;
717             break;
718           }
719           // The store to dest may never happen if an exception can be thrown
720           // between the load and the store.
721           if (I->mayThrow() && !CpyDestIsLocal) {
722             C = nullptr;
723             break;
724           }
725         }
726       }
727
728       if (C) {
729         bool changed = performCallSlotOptzn(
730             LI, SI->getPointerOperand()->stripPointerCasts(),
731             LI->getPointerOperand()->stripPointerCasts(),
732             DL.getTypeStoreSize(SI->getOperand(0)->getType()),
733             findCommonAlignment(DL, SI, LI), C);
734         if (changed) {
735           MD->removeInstruction(SI);
736           SI->eraseFromParent();
737           MD->removeInstruction(LI);
738           LI->eraseFromParent();
739           ++NumMemCpyInstr;
740           return true;
741         }
742       }
743     }
744   }
745
746   // There are two cases that are interesting for this code to handle: memcpy
747   // and memset.  Right now we only handle memset.
748
749   // Ensure that the value being stored is something that can be memset'able a
750   // byte at a time like "0" or "-1" or any width, as well as things like
751   // 0xA0A0A0A0 and 0.0.
752   auto *V = SI->getOperand(0);
753   if (Value *ByteVal = isBytewiseValue(V)) {
754     if (Instruction *I = tryMergingIntoMemset(SI, SI->getPointerOperand(),
755                                               ByteVal)) {
756       BBI = I->getIterator(); // Don't invalidate iterator.
757       return true;
758     }
759
760     // If we have an aggregate, we try to promote it to memset regardless
761     // of opportunity for merging as it can expose optimization opportunities
762     // in subsequent passes.
763     auto *T = V->getType();
764     if (T->isAggregateType()) {
765       uint64_t Size = DL.getTypeStoreSize(T);
766       unsigned Align = SI->getAlignment();
767       if (!Align)
768         Align = DL.getABITypeAlignment(T);
769       IRBuilder<> Builder(SI);
770       auto *M = Builder.CreateMemSet(SI->getPointerOperand(), ByteVal,
771                                      Size, Align, SI->isVolatile());
772
773       LLVM_DEBUG(dbgs() << "Promoting " << *SI << " to " << *M << "\n");
774
775       MD->removeInstruction(SI);
776       SI->eraseFromParent();
777       NumMemSetInfer++;
778
779       // Make sure we do not invalidate the iterator.
780       BBI = M->getIterator();
781       return true;
782     }
783   }
784
785   return false;
786 }
787
788 bool MemCpyOptPass::processMemSet(MemSetInst *MSI, BasicBlock::iterator &BBI) {
789   // See if there is another memset or store neighboring this memset which
790   // allows us to widen out the memset to do a single larger store.
791   if (isa<ConstantInt>(MSI->getLength()) && !MSI->isVolatile())
792     if (Instruction *I = tryMergingIntoMemset(MSI, MSI->getDest(),
793                                               MSI->getValue())) {
794       BBI = I->getIterator(); // Don't invalidate iterator.
795       return true;
796     }
797   return false;
798 }
799
800 /// Takes a memcpy and a call that it depends on,
801 /// and checks for the possibility of a call slot optimization by having
802 /// the call write its result directly into the destination of the memcpy.
803 bool MemCpyOptPass::performCallSlotOptzn(Instruction *cpy, Value *cpyDest,
804                                          Value *cpySrc, uint64_t cpyLen,
805                                          unsigned cpyAlign, CallInst *C) {
806   // The general transformation to keep in mind is
807   //
808   //   call @func(..., src, ...)
809   //   memcpy(dest, src, ...)
810   //
811   // ->
812   //
813   //   memcpy(dest, src, ...)
814   //   call @func(..., dest, ...)
815   //
816   // Since moving the memcpy is technically awkward, we additionally check that
817   // src only holds uninitialized values at the moment of the call, meaning that
818   // the memcpy can be discarded rather than moved.
819
820   // Lifetime marks shouldn't be operated on.
821   if (Function *F = C->getCalledFunction())
822     if (F->isIntrinsic() && F->getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_start)
823       return false;
824
825   // Deliberately get the source and destination with bitcasts stripped away,
826   // because we'll need to do type comparisons based on the underlying type.
827   CallSite CS(C);
828
829   // Require that src be an alloca.  This simplifies the reasoning considerably.
830   AllocaInst *srcAlloca = dyn_cast<AllocaInst>(cpySrc);
831   if (!srcAlloca)
832     return false;
833
834   ConstantInt *srcArraySize = dyn_cast<ConstantInt>(srcAlloca->getArraySize());
835   if (!srcArraySize)
836     return false;
837
838   const DataLayout &DL = cpy->getModule()->getDataLayout();
839   uint64_t srcSize = DL.getTypeAllocSize(srcAlloca->getAllocatedType()) *
840                      srcArraySize->getZExtValue();
841
842   if (cpyLen < srcSize)
843     return false;
844
845   // Check that accessing the first srcSize bytes of dest will not cause a
846   // trap.  Otherwise the transform is invalid since it might cause a trap
847   // to occur earlier than it otherwise would.
848   if (AllocaInst *A = dyn_cast<AllocaInst>(cpyDest)) {
849     // The destination is an alloca.  Check it is larger than srcSize.
850     ConstantInt *destArraySize = dyn_cast<ConstantInt>(A->getArraySize());
851     if (!destArraySize)
852       return false;
853
854     uint64_t destSize = DL.getTypeAllocSize(A->getAllocatedType()) *
855                         destArraySize->getZExtValue();
856
857     if (destSize < srcSize)
858       return false;
859   } else if (Argument *A = dyn_cast<Argument>(cpyDest)) {
860     // The store to dest may never happen if the call can throw.
861     if (C->mayThrow())
862       return false;
863
864     if (A->getDereferenceableBytes() < srcSize) {
865       // If the destination is an sret parameter then only accesses that are
866       // outside of the returned struct type can trap.
867       if (!A->hasStructRetAttr())
868         return false;
869
870       Type *StructTy = cast<PointerType>(A->getType())->getElementType();
871       if (!StructTy->isSized()) {
872         // The call may never return and hence the copy-instruction may never
873         // be executed, and therefore it's not safe to say "the destination
874         // has at least <cpyLen> bytes, as implied by the copy-instruction",
875         return false;
876       }
877
878       uint64_t destSize = DL.getTypeAllocSize(StructTy);
879       if (destSize < srcSize)
880         return false;
881     }
882   } else {
883     return false;
884   }
885
886   // Check that dest points to memory that is at least as aligned as src.
887   unsigned srcAlign = srcAlloca->getAlignment();
888   if (!srcAlign)
889     srcAlign = DL.getABITypeAlignment(srcAlloca->getAllocatedType());
890   bool isDestSufficientlyAligned = srcAlign <= cpyAlign;
891   // If dest is not aligned enough and we can't increase its alignment then
892   // bail out.
893   if (!isDestSufficientlyAligned && !isa<AllocaInst>(cpyDest))
894     return false;
895
896   // Check that src is not accessed except via the call and the memcpy.  This
897   // guarantees that it holds only undefined values when passed in (so the final
898   // memcpy can be dropped), that it is not read or written between the call and
899   // the memcpy, and that writing beyond the end of it is undefined.
900   SmallVector<User*, 8> srcUseList(srcAlloca->user_begin(),
901                                    srcAlloca->user_end());
902   while (!srcUseList.empty()) {
903     User *U = srcUseList.pop_back_val();
904
905     if (isa<BitCastInst>(U) || isa<AddrSpaceCastInst>(U)) {
906       for (User *UU : U->users())
907         srcUseList.push_back(UU);
908       continue;
909     }
910     if (GetElementPtrInst *G = dyn_cast<GetElementPtrInst>(U)) {
911       if (!G->hasAllZeroIndices())
912         return false;
913
914       for (User *UU : U->users())
915         srcUseList.push_back(UU);
916       continue;
917     }
918     if (const IntrinsicInst *IT = dyn_cast<IntrinsicInst>(U))
919       if (IT->getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_start ||
920           IT->getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_end)
921         continue;
922
923     if (U != C && U != cpy)
924       return false;
925   }
926
927   // Check that src isn't captured by the called function since the
928   // transformation can cause aliasing issues in that case.
929   for (unsigned i = 0, e = CS.arg_size(); i != e; ++i)
930     if (CS.getArgument(i) == cpySrc && !CS.doesNotCapture(i))
931       return false;
932
933   // Since we're changing the parameter to the callsite, we need to make sure
934   // that what would be the new parameter dominates the callsite.
935   DominatorTree &DT = LookupDomTree();
936   if (Instruction *cpyDestInst = dyn_cast<Instruction>(cpyDest))
937     if (!DT.dominates(cpyDestInst, C))
938       return false;
939
940   // In addition to knowing that the call does not access src in some
941   // unexpected manner, for example via a global, which we deduce from
942   // the use analysis, we also need to know that it does not sneakily
943   // access dest.  We rely on AA to figure this out for us.
944   AliasAnalysis &AA = LookupAliasAnalysis();
945   ModRefInfo MR = AA.getModRefInfo(C, cpyDest, srcSize);
946   // If necessary, perform additional analysis.
947   if (isModOrRefSet(MR))
948     MR = AA.callCapturesBefore(C, cpyDest, srcSize, &DT);
949   if (isModOrRefSet(MR))
950     return false;
951
952   // We can't create address space casts here because we don't know if they're
953   // safe for the target.
954   if (cpySrc->getType()->getPointerAddressSpace() !=
955       cpyDest->getType()->getPointerAddressSpace())
956     return false;
957   for (unsigned i = 0; i < CS.arg_size(); ++i)
958     if (CS.getArgument(i)->stripPointerCasts() == cpySrc &&
959         cpySrc->getType()->getPointerAddressSpace() !=
960         CS.getArgument(i)->getType()->getPointerAddressSpace())
961       return false;
962
963   // All the checks have passed, so do the transformation.
964   bool changedArgument = false;
965   for (unsigned i = 0; i < CS.arg_size(); ++i)
966     if (CS.getArgument(i)->stripPointerCasts() == cpySrc) {
967       Value *Dest = cpySrc->getType() == cpyDest->getType() ?  cpyDest
968         : CastInst::CreatePointerCast(cpyDest, cpySrc->getType(),
969                                       cpyDest->getName(), C);
970       changedArgument = true;
971       if (CS.getArgument(i)->getType() == Dest->getType())
972         CS.setArgument(i, Dest);
973       else
974         CS.setArgument(i, CastInst::CreatePointerCast(Dest,
975                           CS.getArgument(i)->getType(), Dest->getName(), C));
976     }
977
978   if (!changedArgument)
979     return false;
980
981   // If the destination wasn't sufficiently aligned then increase its alignment.
982   if (!isDestSufficientlyAligned) {
983     assert(isa<AllocaInst>(cpyDest) && "Can only increase alloca alignment!");
984     cast<AllocaInst>(cpyDest)->setAlignment(srcAlign);
985   }
986
987   // Drop any cached information about the call, because we may have changed
988   // its dependence information by changing its parameter.
989   MD->removeInstruction(C);
990
991   // Update AA metadata
992   // FIXME: MD_tbaa_struct and MD_mem_parallel_loop_access should also be
993   // handled here, but combineMetadata doesn't support them yet
994   unsigned KnownIDs[] = {LLVMContext::MD_tbaa, LLVMContext::MD_alias_scope,
995                          LLVMContext::MD_noalias,
996                          LLVMContext::MD_invariant_group};
997   combineMetadata(C, cpy, KnownIDs);
998
999   // Remove the memcpy.
1000   MD->removeInstruction(cpy);
1001   ++NumMemCpyInstr;
1002
1003   return true;
1004 }
1005
1006 /// We've found that the (upward scanning) memory dependence of memcpy 'M' is
1007 /// the memcpy 'MDep'. Try to simplify M to copy from MDep's input if we can.
1008 bool MemCpyOptPass::processMemCpyMemCpyDependence(MemCpyInst *M,
1009                                                   MemCpyInst *MDep) {
1010   // We can only transforms memcpy's where the dest of one is the source of the
1011   // other.
1012   if (M->getSource() != MDep->getDest() || MDep->isVolatile())
1013     return false;
1014
1015   // If dep instruction is reading from our current input, then it is a noop
1016   // transfer and substituting the input won't change this instruction.  Just
1017   // ignore the input and let someone else zap MDep.  This handles cases like:
1018   //    memcpy(a <- a)
1019   //    memcpy(b <- a)
1020   if (M->getSource() == MDep->getSource())
1021     return false;
1022
1023   // Second, the length of the memcpy's must be the same, or the preceding one
1024   // must be larger than the following one.
1025   ConstantInt *MDepLen = dyn_cast<ConstantInt>(MDep->getLength());
1026   ConstantInt *MLen = dyn_cast<ConstantInt>(M->getLength());
1027   if (!MDepLen || !MLen || MDepLen->getZExtValue() < MLen->getZExtValue())
1028     return false;
1029
1030   AliasAnalysis &AA = LookupAliasAnalysis();
1031
1032   // Verify that the copied-from memory doesn't change in between the two
1033   // transfers.  For example, in:
1034   //    memcpy(a <- b)
1035   //    *b = 42;
1036   //    memcpy(c <- a)
1037   // It would be invalid to transform the second memcpy into memcpy(c <- b).
1038   //
1039   // TODO: If the code between M and MDep is transparent to the destination "c",
1040   // then we could still perform the xform by moving M up to the first memcpy.
1041   //
1042   // NOTE: This is conservative, it will stop on any read from the source loc,
1043   // not just the defining memcpy.
1044   MemDepResult SourceDep =
1045       MD->getPointerDependencyFrom(MemoryLocation::getForSource(MDep), false,
1046                                    M->getIterator(), M->getParent());
1047   if (!SourceDep.isClobber() || SourceDep.getInst() != MDep)
1048     return false;
1049
1050   // If the dest of the second might alias the source of the first, then the
1051   // source and dest might overlap.  We still want to eliminate the intermediate
1052   // value, but we have to generate a memmove instead of memcpy.
1053   bool UseMemMove = false;
1054   if (!AA.isNoAlias(MemoryLocation::getForDest(M),
1055                     MemoryLocation::getForSource(MDep)))
1056     UseMemMove = true;
1057
1058   // If all checks passed, then we can transform M.
1059
1060   // TODO: Is this worth it if we're creating a less aligned memcpy? For
1061   // example we could be moving from movaps -> movq on x86.
1062   IRBuilder<> Builder(M);
1063   if (UseMemMove)
1064     Builder.CreateMemMove(M->getRawDest(), M->getDestAlignment(),
1065                           MDep->getRawSource(), MDep->getSourceAlignment(),
1066                           M->getLength(), M->isVolatile());
1067   else
1068     Builder.CreateMemCpy(M->getRawDest(), M->getDestAlignment(),
1069                          MDep->getRawSource(), MDep->getSourceAlignment(),
1070                          M->getLength(), M->isVolatile());
1071
1072   // Remove the instruction we're replacing.
1073   MD->removeInstruction(M);
1074   M->eraseFromParent();
1075   ++NumMemCpyInstr;
1076   return true;
1077 }
1078
1079 /// We've found that the (upward scanning) memory dependence of \p MemCpy is
1080 /// \p MemSet.  Try to simplify \p MemSet to only set the trailing bytes that
1081 /// weren't copied over by \p MemCpy.
1082 ///
1083 /// In other words, transform:
1084 /// \code
1085 ///   memset(dst, c, dst_size);
1086 ///   memcpy(dst, src, src_size);
1087 /// \endcode
1088 /// into:
1089 /// \code
1090 ///   memcpy(dst, src, src_size);
1091 ///   memset(dst + src_size, c, dst_size <= src_size ? 0 : dst_size - src_size);
1092 /// \endcode
1093 bool MemCpyOptPass::processMemSetMemCpyDependence(MemCpyInst *MemCpy,
1094                                                   MemSetInst *MemSet) {
1095   // We can only transform memset/memcpy with the same destination.
1096   if (MemSet->getDest() != MemCpy->getDest())
1097     return false;
1098
1099   // Check that there are no other dependencies on the memset destination.
1100   MemDepResult DstDepInfo =
1101       MD->getPointerDependencyFrom(MemoryLocation::getForDest(MemSet), false,
1102                                    MemCpy->getIterator(), MemCpy->getParent());
1103   if (DstDepInfo.getInst() != MemSet)
1104     return false;
1105
1106   // Use the same i8* dest as the memcpy, killing the memset dest if different.
1107   Value *Dest = MemCpy->getRawDest();
1108   Value *DestSize = MemSet->getLength();
1109   Value *SrcSize = MemCpy->getLength();
1110
1111   // By default, create an unaligned memset.
1112   unsigned Align = 1;
1113   // If Dest is aligned, and SrcSize is constant, use the minimum alignment
1114   // of the sum.
1115   const unsigned DestAlign =
1116       std::max(MemSet->getDestAlignment(), MemCpy->getDestAlignment());
1117   if (DestAlign > 1)
1118     if (ConstantInt *SrcSizeC = dyn_cast<ConstantInt>(SrcSize))
1119       Align = MinAlign(SrcSizeC->getZExtValue(), DestAlign);
1120
1121   IRBuilder<> Builder(MemCpy);
1122
1123   // If the sizes have different types, zext the smaller one.
1124   if (DestSize->getType() != SrcSize->getType()) {
1125     if (DestSize->getType()->getIntegerBitWidth() >
1126         SrcSize->getType()->getIntegerBitWidth())
1127       SrcSize = Builder.CreateZExt(SrcSize, DestSize->getType());
1128     else
1129       DestSize = Builder.CreateZExt(DestSize, SrcSize->getType());
1130   }
1131
1132   Value *Ule = Builder.CreateICmpULE(DestSize, SrcSize);
1133   Value *SizeDiff = Builder.CreateSub(DestSize, SrcSize);
1134   Value *MemsetLen = Builder.CreateSelect(
1135       Ule, ConstantInt::getNullValue(DestSize->getType()), SizeDiff);
1136   Builder.CreateMemSet(Builder.CreateGEP(Dest, SrcSize), MemSet->getOperand(1),
1137                        MemsetLen, Align);
1138
1139   MD->removeInstruction(MemSet);
1140   MemSet->eraseFromParent();
1141   return true;
1142 }
1143
1144 /// Transform memcpy to memset when its source was just memset.
1145 /// In other words, turn:
1146 /// \code
1147 ///   memset(dst1, c, dst1_size);
1148 ///   memcpy(dst2, dst1, dst2_size);
1149 /// \endcode
1150 /// into:
1151 /// \code
1152 ///   memset(dst1, c, dst1_size);
1153 ///   memset(dst2, c, dst2_size);
1154 /// \endcode
1155 /// When dst2_size <= dst1_size.
1156 ///
1157 /// The \p MemCpy must have a Constant length.
1158 bool MemCpyOptPass::performMemCpyToMemSetOptzn(MemCpyInst *MemCpy,
1159                                                MemSetInst *MemSet) {
1160   AliasAnalysis &AA = LookupAliasAnalysis();
1161
1162   // Make sure that memcpy(..., memset(...), ...), that is we are memsetting and
1163   // memcpying from the same address. Otherwise it is hard to reason about.
1164   if (!AA.isMustAlias(MemSet->getRawDest(), MemCpy->getRawSource()))
1165     return false;
1166
1167   ConstantInt *CopySize = cast<ConstantInt>(MemCpy->getLength());
1168   ConstantInt *MemSetSize = dyn_cast<ConstantInt>(MemSet->getLength());
1169   // Make sure the memcpy doesn't read any more than what the memset wrote.
1170   // Don't worry about sizes larger than i64.
1171   if (!MemSetSize || CopySize->getZExtValue() > MemSetSize->getZExtValue())
1172     return false;
1173
1174   IRBuilder<> Builder(MemCpy);
1175   Builder.CreateMemSet(MemCpy->getRawDest(), MemSet->getOperand(1),
1176                        CopySize, MemCpy->getDestAlignment());
1177   return true;
1178 }
1179
1180 /// Perform simplification of memcpy's.  If we have memcpy A
1181 /// which copies X to Y, and memcpy B which copies Y to Z, then we can rewrite
1182 /// B to be a memcpy from X to Z (or potentially a memmove, depending on
1183 /// circumstances). This allows later passes to remove the first memcpy
1184 /// altogether.
1185 bool MemCpyOptPass::processMemCpy(MemCpyInst *M) {
1186   // We can only optimize non-volatile memcpy's.
1187   if (M->isVolatile()) return false;
1188
1189   // If the source and destination of the memcpy are the same, then zap it.
1190   if (M->getSource() == M->getDest()) {
1191     MD->removeInstruction(M);
1192     M->eraseFromParent();
1193     return false;
1194   }
1195
1196   // If copying from a constant, try to turn the memcpy into a memset.
1197   if (GlobalVariable *GV = dyn_cast<GlobalVariable>(M->getSource()))
1198     if (GV->isConstant() && GV->hasDefinitiveInitializer())
1199       if (Value *ByteVal = isBytewiseValue(GV->getInitializer())) {
1200         IRBuilder<> Builder(M);
1201         Builder.CreateMemSet(M->getRawDest(), ByteVal, M->getLength(),
1202                              M->getDestAlignment(), false);
1203         MD->removeInstruction(M);
1204         M->eraseFromParent();
1205         ++NumCpyToSet;
1206         return true;
1207       }
1208
1209   MemDepResult DepInfo = MD->getDependency(M);
1210
1211   // Try to turn a partially redundant memset + memcpy into
1212   // memcpy + smaller memset.  We don't need the memcpy size for this.
1213   if (DepInfo.isClobber())
1214     if (MemSetInst *MDep = dyn_cast<MemSetInst>(DepInfo.getInst()))
1215       if (processMemSetMemCpyDependence(M, MDep))
1216         return true;
1217
1218   // The optimizations after this point require the memcpy size.
1219   ConstantInt *CopySize = dyn_cast<ConstantInt>(M->getLength());
1220   if (!CopySize) return false;
1221
1222   // There are four possible optimizations we can do for memcpy:
1223   //   a) memcpy-memcpy xform which exposes redundance for DSE.
1224   //   b) call-memcpy xform for return slot optimization.
1225   //   c) memcpy from freshly alloca'd space or space that has just started its
1226   //      lifetime copies undefined data, and we can therefore eliminate the
1227   //      memcpy in favor of the data that was already at the destination.
1228   //   d) memcpy from a just-memset'd source can be turned into memset.
1229   if (DepInfo.isClobber()) {
1230     if (CallInst *C = dyn_cast<CallInst>(DepInfo.getInst())) {
1231       // FIXME: Can we pass in either of dest/src alignment here instead
1232       // of conservatively taking the minimum?
1233       unsigned Align = MinAlign(M->getDestAlignment(), M->getSourceAlignment());
1234       if (performCallSlotOptzn(M, M->getDest(), M->getSource(),
1235                                CopySize->getZExtValue(), Align,
1236                                C)) {
1237         MD->removeInstruction(M);
1238         M->eraseFromParent();
1239         return true;
1240       }
1241     }
1242   }
1243
1244   MemoryLocation SrcLoc = MemoryLocation::getForSource(M);
1245   MemDepResult SrcDepInfo = MD->getPointerDependencyFrom(
1246       SrcLoc, true, M->getIterator(), M->getParent());
1247
1248   if (SrcDepInfo.isClobber()) {
1249     if (MemCpyInst *MDep = dyn_cast<MemCpyInst>(SrcDepInfo.getInst()))
1250       return processMemCpyMemCpyDependence(M, MDep);
1251   } else if (SrcDepInfo.isDef()) {
1252     Instruction *I = SrcDepInfo.getInst();
1253     bool hasUndefContents = false;
1254
1255     if (isa<AllocaInst>(I)) {
1256       hasUndefContents = true;
1257     } else if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(I)) {
1258       if (II->getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_start)
1259         if (ConstantInt *LTSize = dyn_cast<ConstantInt>(II->getArgOperand(0)))
1260           if (LTSize->getZExtValue() >= CopySize->getZExtValue())
1261             hasUndefContents = true;
1262     }
1263
1264     if (hasUndefContents) {
1265       MD->removeInstruction(M);
1266       M->eraseFromParent();
1267       ++NumMemCpyInstr;
1268       return true;
1269     }
1270   }
1271
1272   if (SrcDepInfo.isClobber())
1273     if (MemSetInst *MDep = dyn_cast<MemSetInst>(SrcDepInfo.getInst()))
1274       if (performMemCpyToMemSetOptzn(M, MDep)) {
1275         MD->removeInstruction(M);
1276         M->eraseFromParent();
1277         ++NumCpyToSet;
1278         return true;
1279       }
1280
1281   return false;
1282 }
1283
1284 /// Transforms memmove calls to memcpy calls when the src/dst are guaranteed
1285 /// not to alias.
1286 bool MemCpyOptPass::processMemMove(MemMoveInst *M) {
1287   AliasAnalysis &AA = LookupAliasAnalysis();
1288
1289   if (!TLI->has(LibFunc_memmove))
1290     return false;
1291
1292   // See if the pointers alias.
1293   if (!AA.isNoAlias(MemoryLocation::getForDest(M),
1294                     MemoryLocation::getForSource(M)))
1295     return false;
1296
1297   LLVM_DEBUG(dbgs() << "MemCpyOptPass: Optimizing memmove -> memcpy: " << *M
1298                     << "\n");
1299
1300   // If not, then we know we can transform this.
1301   Type *ArgTys[3] = { M->getRawDest()->getType(),
1302                       M->getRawSource()->getType(),
1303                       M->getLength()->getType() };
1304   M->setCalledFunction(Intrinsic::getDeclaration(M->getModule(),
1305                                                  Intrinsic::memcpy, ArgTys));
1306
1307   // MemDep may have over conservative information about this instruction, just
1308   // conservatively flush it from the cache.
1309   MD->removeInstruction(M);
1310
1311   ++NumMoveToCpy;
1312   return true;
1313 }
1314
1315 /// This is called on every byval argument in call sites.
1316 bool MemCpyOptPass::processByValArgument(CallSite CS, unsigned ArgNo) {
1317   const DataLayout &DL = CS.getCaller()->getParent()->getDataLayout();
1318   // Find out what feeds this byval argument.
1319   Value *ByValArg = CS.getArgument(ArgNo);
1320   Type *ByValTy = cast<PointerType>(ByValArg->getType())->getElementType();
1321   uint64_t ByValSize = DL.getTypeAllocSize(ByValTy);
1322   MemDepResult DepInfo = MD->getPointerDependencyFrom(
1323       MemoryLocation(ByValArg, ByValSize), true,
1324       CS.getInstruction()->getIterator(), CS.getInstruction()->getParent());
1325   if (!DepInfo.isClobber())
1326     return false;
1327
1328   // If the byval argument isn't fed by a memcpy, ignore it.  If it is fed by
1329   // a memcpy, see if we can byval from the source of the memcpy instead of the
1330   // result.
1331   MemCpyInst *MDep = dyn_cast<MemCpyInst>(DepInfo.getInst());
1332   if (!MDep || MDep->isVolatile() ||
1333       ByValArg->stripPointerCasts() != MDep->getDest())
1334     return false;
1335
1336   // The length of the memcpy must be larger or equal to the size of the byval.
1337   ConstantInt *C1 = dyn_cast<ConstantInt>(MDep->getLength());
1338   if (!C1 || C1->getValue().getZExtValue() < ByValSize)
1339     return false;
1340
1341   // Get the alignment of the byval.  If the call doesn't specify the alignment,
1342   // then it is some target specific value that we can't know.
1343   unsigned ByValAlign = CS.getParamAlignment(ArgNo);
1344   if (ByValAlign == 0) return false;
1345
1346   // If it is greater than the memcpy, then we check to see if we can force the
1347   // source of the memcpy to the alignment we need.  If we fail, we bail out.
1348   AssumptionCache &AC = LookupAssumptionCache();
1349   DominatorTree &DT = LookupDomTree();
1350   if (MDep->getSourceAlignment() < ByValAlign &&
1351       getOrEnforceKnownAlignment(MDep->getSource(), ByValAlign, DL,
1352                                  CS.getInstruction(), &AC, &DT) < ByValAlign)
1353     return false;
1354
1355   // The address space of the memcpy source must match the byval argument
1356   if (MDep->getSource()->getType()->getPointerAddressSpace() !=
1357       ByValArg->getType()->getPointerAddressSpace())
1358     return false;
1359
1360   // Verify that the copied-from memory doesn't change in between the memcpy and
1361   // the byval call.
1362   //    memcpy(a <- b)
1363   //    *b = 42;
1364   //    foo(*a)
1365   // It would be invalid to transform the second memcpy into foo(*b).
1366   //
1367   // NOTE: This is conservative, it will stop on any read from the source loc,
1368   // not just the defining memcpy.
1369   MemDepResult SourceDep = MD->getPointerDependencyFrom(
1370       MemoryLocation::getForSource(MDep), false,
1371       CS.getInstruction()->getIterator(), MDep->getParent());
1372   if (!SourceDep.isClobber() || SourceDep.getInst() != MDep)
1373     return false;
1374
1375   Value *TmpCast = MDep->getSource();
1376   if (MDep->getSource()->getType() != ByValArg->getType())
1377     TmpCast = new BitCastInst(MDep->getSource(), ByValArg->getType(),
1378                               "tmpcast", CS.getInstruction());
1379
1380   LLVM_DEBUG(dbgs() << "MemCpyOptPass: Forwarding memcpy to byval:\n"
1381                     << "  " << *MDep << "\n"
1382                     << "  " << *CS.getInstruction() << "\n");
1383
1384   // Otherwise we're good!  Update the byval argument.
1385   CS.setArgument(ArgNo, TmpCast);
1386   ++NumMemCpyInstr;
1387   return true;
1388 }
1389
1390 /// Executes one iteration of MemCpyOptPass.
1391 bool MemCpyOptPass::iterateOnFunction(Function &F) {
1392   bool MadeChange = false;
1393
1394   DominatorTree &DT = LookupDomTree();
1395
1396   // Walk all instruction in the function.
1397   for (BasicBlock &BB : F) {
1398     // Skip unreachable blocks. For example processStore assumes that an
1399     // instruction in a BB can't be dominated by a later instruction in the
1400     // same BB (which is a scenario that can happen for an unreachable BB that
1401     // has itself as a predecessor).
1402     if (!DT.isReachableFromEntry(&BB))
1403       continue;
1404
1405     for (BasicBlock::iterator BI = BB.begin(), BE = BB.end(); BI != BE;) {
1406         // Avoid invalidating the iterator.
1407       Instruction *I = &*BI++;
1408
1409       bool RepeatInstruction = false;
1410
1411       if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(I))
1412         MadeChange |= processStore(SI, BI);
1413       else if (MemSetInst *M = dyn_cast<MemSetInst>(I))
1414         RepeatInstruction = processMemSet(M, BI);
1415       else if (MemCpyInst *M = dyn_cast<MemCpyInst>(I))
1416         RepeatInstruction = processMemCpy(M);
1417       else if (MemMoveInst *M = dyn_cast<MemMoveInst>(I))
1418         RepeatInstruction = processMemMove(M);
1419       else if (auto CS = CallSite(I)) {
1420         for (unsigned i = 0, e = CS.arg_size(); i != e; ++i)
1421           if (CS.isByValArgument(i))
1422             MadeChange |= processByValArgument(CS, i);
1423       }
1424
1425       // Reprocess the instruction if desired.
1426       if (RepeatInstruction) {
1427         if (BI != BB.begin())
1428           --BI;
1429         MadeChange = true;
1430       }
1431     }
1432   }
1433
1434   return MadeChange;
1435 }
1436
1437 PreservedAnalyses MemCpyOptPass::run(Function &F, FunctionAnalysisManager &AM) {
1438   auto &MD = AM.getResult<MemoryDependenceAnalysis>(F);
1439   auto &TLI = AM.getResult<TargetLibraryAnalysis>(F);
1440
1441   auto LookupAliasAnalysis = [&]() -> AliasAnalysis & {
1442     return AM.getResult<AAManager>(F);
1443   };
1444   auto LookupAssumptionCache = [&]() -> AssumptionCache & {
1445     return AM.getResult<AssumptionAnalysis>(F);
1446   };
1447   auto LookupDomTree = [&]() -> DominatorTree & {
1448     return AM.getResult<DominatorTreeAnalysis>(F);
1449   };
1450
1451   bool MadeChange = runImpl(F, &MD, &TLI, LookupAliasAnalysis,
1452                             LookupAssumptionCache, LookupDomTree);
1453   if (!MadeChange)
1454     return PreservedAnalyses::all();
1455
1456   PreservedAnalyses PA;
1457   PA.preserveSet<CFGAnalyses>();
1458   PA.preserve<GlobalsAA>();
1459   PA.preserve<MemoryDependenceAnalysis>();
1460   return PA;
1461 }
1462
1463 bool MemCpyOptPass::runImpl(
1464     Function &F, MemoryDependenceResults *MD_, TargetLibraryInfo *TLI_,
1465     std::function<AliasAnalysis &()> LookupAliasAnalysis_,
1466     std::function<AssumptionCache &()> LookupAssumptionCache_,
1467     std::function<DominatorTree &()> LookupDomTree_) {
1468   bool MadeChange = false;
1469   MD = MD_;
1470   TLI = TLI_;
1471   LookupAliasAnalysis = std::move(LookupAliasAnalysis_);
1472   LookupAssumptionCache = std::move(LookupAssumptionCache_);
1473   LookupDomTree = std::move(LookupDomTree_);
1474
1475   // If we don't have at least memset and memcpy, there is little point of doing
1476   // anything here.  These are required by a freestanding implementation, so if
1477   // even they are disabled, there is no point in trying hard.
1478   if (!TLI->has(LibFunc_memset) || !TLI->has(LibFunc_memcpy))
1479     return false;
1480
1481   while (true) {
1482     if (!iterateOnFunction(F))
1483       break;
1484     MadeChange = true;
1485   }
1486
1487   MD = nullptr;
1488   return MadeChange;
1489 }
1490
1491 /// This is the main transformation entry point for a function.
1492 bool MemCpyOptLegacyPass::runOnFunction(Function &F) {
1493   if (skipFunction(F))
1494     return false;
1495
1496   auto *MD = &getAnalysis<MemoryDependenceWrapperPass>().getMemDep();
1497   auto *TLI = &getAnalysis<TargetLibraryInfoWrapperPass>().getTLI();
1498
1499   auto LookupAliasAnalysis = [this]() -> AliasAnalysis & {
1500     return getAnalysis<AAResultsWrapperPass>().getAAResults();
1501   };
1502   auto LookupAssumptionCache = [this, &F]() -> AssumptionCache & {
1503     return getAnalysis<AssumptionCacheTracker>().getAssumptionCache(F);
1504   };
1505   auto LookupDomTree = [this]() -> DominatorTree & {
1506     return getAnalysis<DominatorTreeWrapperPass>().getDomTree();
1507   };
1508
1509   return Impl.runImpl(F, MD, TLI, LookupAliasAnalysis, LookupAssumptionCache,
1510                       LookupDomTree);
1511 }