]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - contrib/llvm/lib/Transforms/Scalar/MemCpyOptimizer.cpp
Merge llvm, clang, lld, lldb, compiler-rt and libc++ r305575, and update
[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/STLExtras.h"
18 #include "llvm/ADT/SmallVector.h"
19 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
20 #include "llvm/ADT/iterator_range.h"
21 #include "llvm/Analysis/AssumptionCache.h"
22 #include "llvm/Analysis/GlobalsModRef.h"
23 #include "llvm/Analysis/MemoryDependenceAnalysis.h"
24 #include "llvm/Analysis/MemoryLocation.h"
25 #include "llvm/Analysis/TargetLibraryInfo.h"
26 #include "llvm/Analysis/ValueTracking.h"
27 #include "llvm/IR/Argument.h"
28 #include "llvm/IR/Constants.h"
29 #include "llvm/IR/DataLayout.h"
30 #include "llvm/IR/DerivedTypes.h"
31 #include "llvm/IR/Dominators.h"
32 #include "llvm/IR/Function.h"
33 #include "llvm/IR/GetElementPtrTypeIterator.h"
34 #include "llvm/IR/GlobalVariable.h"
35 #include "llvm/IR/IRBuilder.h"
36 #include "llvm/IR/InstrTypes.h"
37 #include "llvm/IR/Instruction.h"
38 #include "llvm/IR/Instructions.h"
39 #include "llvm/IR/IntrinsicInst.h"
40 #include "llvm/IR/Intrinsics.h"
41 #include "llvm/IR/LLVMContext.h"
42 #include "llvm/IR/Module.h"
43 #include "llvm/IR/Operator.h"
44 #include "llvm/IR/Type.h"
45 #include "llvm/IR/User.h"
46 #include "llvm/IR/Value.h"
47 #include "llvm/Pass.h"
48 #include "llvm/Support/Casting.h"
49 #include "llvm/Support/Debug.h"
50 #include "llvm/Support/MathExtras.h"
51 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
52 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
53 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
54 #include <algorithm>
55 #include <cassert>
56 #include <cstdint>
57
58 using namespace llvm;
59
60 #define DEBUG_TYPE "memcpyopt"
61
62 STATISTIC(NumMemCpyInstr, "Number of memcpy instructions deleted");
63 STATISTIC(NumMemSetInfer, "Number of memsets inferred");
64 STATISTIC(NumMoveToCpy,   "Number of memmoves converted to memcpy");
65 STATISTIC(NumCpyToSet,    "Number of memcpys converted to memset");
66
67 static int64_t GetOffsetFromIndex(const GEPOperator *GEP, unsigned Idx,
68                                   bool &VariableIdxFound,
69                                   const DataLayout &DL) {
70   // Skip over the first indices.
71   gep_type_iterator GTI = gep_type_begin(GEP);
72   for (unsigned i = 1; i != Idx; ++i, ++GTI)
73     /*skip along*/;
74
75   // Compute the offset implied by the rest of the indices.
76   int64_t Offset = 0;
77   for (unsigned i = Idx, e = GEP->getNumOperands(); i != e; ++i, ++GTI) {
78     ConstantInt *OpC = dyn_cast<ConstantInt>(GEP->getOperand(i));
79     if (!OpC)
80       return VariableIdxFound = true;
81     if (OpC->isZero()) continue;  // No offset.
82
83     // Handle struct indices, which add their field offset to the pointer.
84     if (StructType *STy = GTI.getStructTypeOrNull()) {
85       Offset += DL.getStructLayout(STy)->getElementOffset(OpC->getZExtValue());
86       continue;
87     }
88
89     // Otherwise, we have a sequential type like an array or vector.  Multiply
90     // the index by the ElementSize.
91     uint64_t Size = DL.getTypeAllocSize(GTI.getIndexedType());
92     Offset += Size*OpC->getSExtValue();
93   }
94
95   return Offset;
96 }
97
98 /// Return true if Ptr1 is provably equal to Ptr2 plus a constant offset, and
99 /// return that constant offset. For example, Ptr1 might be &A[42], and Ptr2
100 /// might be &A[40]. In this case offset would be -8.
101 static bool IsPointerOffset(Value *Ptr1, Value *Ptr2, int64_t &Offset,
102                             const DataLayout &DL) {
103   Ptr1 = Ptr1->stripPointerCasts();
104   Ptr2 = Ptr2->stripPointerCasts();
105
106   // Handle the trivial case first.
107   if (Ptr1 == Ptr2) {
108     Offset = 0;
109     return true;
110   }
111
112   GEPOperator *GEP1 = dyn_cast<GEPOperator>(Ptr1);
113   GEPOperator *GEP2 = dyn_cast<GEPOperator>(Ptr2);
114
115   bool VariableIdxFound = false;
116
117   // If one pointer is a GEP and the other isn't, then see if the GEP is a
118   // constant offset from the base, as in "P" and "gep P, 1".
119   if (GEP1 && !GEP2 && GEP1->getOperand(0)->stripPointerCasts() == Ptr2) {
120     Offset = -GetOffsetFromIndex(GEP1, 1, VariableIdxFound, DL);
121     return !VariableIdxFound;
122   }
123
124   if (GEP2 && !GEP1 && GEP2->getOperand(0)->stripPointerCasts() == Ptr1) {
125     Offset = GetOffsetFromIndex(GEP2, 1, VariableIdxFound, DL);
126     return !VariableIdxFound;
127   }
128
129   // Right now we handle the case when Ptr1/Ptr2 are both GEPs with an identical
130   // base.  After that base, they may have some number of common (and
131   // potentially variable) indices.  After that they handle some constant
132   // offset, which determines their offset from each other.  At this point, we
133   // handle no other case.
134   if (!GEP1 || !GEP2 || GEP1->getOperand(0) != GEP2->getOperand(0))
135     return false;
136
137   // Skip any common indices and track the GEP types.
138   unsigned Idx = 1;
139   for (; Idx != GEP1->getNumOperands() && Idx != GEP2->getNumOperands(); ++Idx)
140     if (GEP1->getOperand(Idx) != GEP2->getOperand(Idx))
141       break;
142
143   int64_t Offset1 = GetOffsetFromIndex(GEP1, Idx, VariableIdxFound, DL);
144   int64_t Offset2 = GetOffsetFromIndex(GEP2, Idx, VariableIdxFound, DL);
145   if (VariableIdxFound) return false;
146
147   Offset = Offset2-Offset1;
148   return true;
149 }
150
151 namespace {
152
153 /// Represents a range of memset'd bytes with the ByteVal value.
154 /// This allows us to analyze stores like:
155 ///   store 0 -> P+1
156 ///   store 0 -> P+0
157 ///   store 0 -> P+3
158 ///   store 0 -> P+2
159 /// which sometimes happens with stores to arrays of structs etc.  When we see
160 /// the first store, we make a range [1, 2).  The second store extends the range
161 /// to [0, 2).  The third makes a new range [2, 3).  The fourth store joins the
162 /// two ranges into [0, 3) which is memset'able.
163 struct MemsetRange {
164   // Start/End - A semi range that describes the span that this range covers.
165   // The range is closed at the start and open at the end: [Start, End).
166   int64_t Start, End;
167
168   /// StartPtr - The getelementptr instruction that points to the start of the
169   /// range.
170   Value *StartPtr;
171
172   /// Alignment - The known alignment of the first store.
173   unsigned Alignment;
174
175   /// TheStores - The actual stores that make up this range.
176   SmallVector<Instruction*, 16> TheStores;
177
178   bool isProfitableToUseMemset(const DataLayout &DL) const;
179 };
180
181 } // end anonymous namespace
182
183 bool MemsetRange::isProfitableToUseMemset(const DataLayout &DL) const {
184   // If we found more than 4 stores to merge or 16 bytes, use memset.
185   if (TheStores.size() >= 4 || End-Start >= 16) return true;
186
187   // If there is nothing to merge, don't do anything.
188   if (TheStores.size() < 2) return false;
189
190   // If any of the stores are a memset, then it is always good to extend the
191   // memset.
192   for (Instruction *SI : TheStores)
193     if (!isa<StoreInst>(SI))
194       return true;
195
196   // Assume that the code generator is capable of merging pairs of stores
197   // together if it wants to.
198   if (TheStores.size() == 2) return false;
199
200   // If we have fewer than 8 stores, it can still be worthwhile to do this.
201   // For example, merging 4 i8 stores into an i32 store is useful almost always.
202   // However, merging 2 32-bit stores isn't useful on a 32-bit architecture (the
203   // memset will be split into 2 32-bit stores anyway) and doing so can
204   // pessimize the llvm optimizer.
205   //
206   // Since we don't have perfect knowledge here, make some assumptions: assume
207   // the maximum GPR width is the same size as the largest legal integer
208   // size. If so, check to see whether we will end up actually reducing the
209   // number of stores used.
210   unsigned Bytes = unsigned(End-Start);
211   unsigned MaxIntSize = DL.getLargestLegalIntTypeSizeInBits() / 8;
212   if (MaxIntSize == 0)
213     MaxIntSize = 1;
214   unsigned NumPointerStores = Bytes / MaxIntSize;
215
216   // Assume the remaining bytes if any are done a byte at a time.
217   unsigned NumByteStores = Bytes % MaxIntSize;
218
219   // If we will reduce the # stores (according to this heuristic), do the
220   // transformation.  This encourages merging 4 x i8 -> i32 and 2 x i16 -> i32
221   // etc.
222   return TheStores.size() > NumPointerStores+NumByteStores;
223 }
224
225 namespace {
226
227 class MemsetRanges {
228   /// A sorted list of the memset ranges.
229   SmallVector<MemsetRange, 8> Ranges;
230   typedef SmallVectorImpl<MemsetRange>::iterator range_iterator;
231   const DataLayout &DL;
232
233 public:
234   MemsetRanges(const DataLayout &DL) : DL(DL) {}
235
236   typedef SmallVectorImpl<MemsetRange>::const_iterator const_iterator;
237   const_iterator begin() const { return Ranges.begin(); }
238   const_iterator end() const { return Ranges.end(); }
239   bool empty() const { return Ranges.empty(); }
240
241   void addInst(int64_t OffsetFromFirst, Instruction *Inst) {
242     if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Inst))
243       addStore(OffsetFromFirst, SI);
244     else
245       addMemSet(OffsetFromFirst, cast<MemSetInst>(Inst));
246   }
247
248   void addStore(int64_t OffsetFromFirst, StoreInst *SI) {
249     int64_t StoreSize = DL.getTypeStoreSize(SI->getOperand(0)->getType());
250
251     addRange(OffsetFromFirst, StoreSize,
252              SI->getPointerOperand(), SI->getAlignment(), SI);
253   }
254
255   void addMemSet(int64_t OffsetFromFirst, MemSetInst *MSI) {
256     int64_t Size = cast<ConstantInt>(MSI->getLength())->getZExtValue();
257     addRange(OffsetFromFirst, Size, MSI->getDest(), MSI->getAlignment(), MSI);
258   }
259
260   void addRange(int64_t Start, int64_t Size, Value *Ptr,
261                 unsigned Alignment, Instruction *Inst);
262
263 };
264
265 } // end anonymous namespace
266
267 /// Add a new store to the MemsetRanges data structure.  This adds a
268 /// new range for the specified store at the specified offset, merging into
269 /// existing ranges as appropriate.
270 void MemsetRanges::addRange(int64_t Start, int64_t Size, Value *Ptr,
271                             unsigned Alignment, Instruction *Inst) {
272   int64_t End = Start+Size;
273
274   range_iterator I = std::lower_bound(Ranges.begin(), Ranges.end(), Start,
275     [](const MemsetRange &LHS, int64_t RHS) { return LHS.End < RHS; });
276
277   // We now know that I == E, in which case we didn't find anything to merge
278   // with, or that Start <= I->End.  If End < I->Start or I == E, then we need
279   // to insert a new range.  Handle this now.
280   if (I == Ranges.end() || End < I->Start) {
281     MemsetRange &R = *Ranges.insert(I, MemsetRange());
282     R.Start        = Start;
283     R.End          = End;
284     R.StartPtr     = Ptr;
285     R.Alignment    = Alignment;
286     R.TheStores.push_back(Inst);
287     return;
288   }
289
290   // This store overlaps with I, add it.
291   I->TheStores.push_back(Inst);
292
293   // At this point, we may have an interval that completely contains our store.
294   // If so, just add it to the interval and return.
295   if (I->Start <= Start && I->End >= End)
296     return;
297
298   // Now we know that Start <= I->End and End >= I->Start so the range overlaps
299   // but is not entirely contained within the range.
300
301   // See if the range extends the start of the range.  In this case, it couldn't
302   // possibly cause it to join the prior range, because otherwise we would have
303   // stopped on *it*.
304   if (Start < I->Start) {
305     I->Start = Start;
306     I->StartPtr = Ptr;
307     I->Alignment = Alignment;
308   }
309
310   // Now we know that Start <= I->End and Start >= I->Start (so the startpoint
311   // is in or right at the end of I), and that End >= I->Start.  Extend I out to
312   // End.
313   if (End > I->End) {
314     I->End = End;
315     range_iterator NextI = I;
316     while (++NextI != Ranges.end() && End >= NextI->Start) {
317       // Merge the range in.
318       I->TheStores.append(NextI->TheStores.begin(), NextI->TheStores.end());
319       if (NextI->End > I->End)
320         I->End = NextI->End;
321       Ranges.erase(NextI);
322       NextI = I;
323     }
324   }
325 }
326
327 //===----------------------------------------------------------------------===//
328 //                         MemCpyOptLegacyPass Pass
329 //===----------------------------------------------------------------------===//
330
331 namespace {
332
333 class MemCpyOptLegacyPass : public FunctionPass {
334   MemCpyOptPass Impl;
335
336 public:
337   static char ID; // Pass identification, replacement for typeid
338
339   MemCpyOptLegacyPass() : FunctionPass(ID) {
340     initializeMemCpyOptLegacyPassPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
341   }
342
343   bool runOnFunction(Function &F) override;
344
345 private:
346   // This transformation requires dominator postdominator info
347   void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const override {
348     AU.setPreservesCFG();
349     AU.addRequired<AssumptionCacheTracker>();
350     AU.addRequired<DominatorTreeWrapperPass>();
351     AU.addRequired<MemoryDependenceWrapperPass>();
352     AU.addRequired<AAResultsWrapperPass>();
353     AU.addRequired<TargetLibraryInfoWrapperPass>();
354     AU.addPreserved<GlobalsAAWrapperPass>();
355     AU.addPreserved<MemoryDependenceWrapperPass>();
356   }
357 };
358
359 char MemCpyOptLegacyPass::ID = 0;
360
361 } // end anonymous namespace
362
363 /// The public interface to this file...
364 FunctionPass *llvm::createMemCpyOptPass() { return new MemCpyOptLegacyPass(); }
365
366 INITIALIZE_PASS_BEGIN(MemCpyOptLegacyPass, "memcpyopt", "MemCpy Optimization",
367                       false, false)
368 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(AssumptionCacheTracker)
369 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(DominatorTreeWrapperPass)
370 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(MemoryDependenceWrapperPass)
371 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(TargetLibraryInfoWrapperPass)
372 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(AAResultsWrapperPass)
373 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(GlobalsAAWrapperPass)
374 INITIALIZE_PASS_END(MemCpyOptLegacyPass, "memcpyopt", "MemCpy Optimization",
375                     false, false)
376
377 /// When scanning forward over instructions, we look for some other patterns to
378 /// fold away. In particular, this looks for stores to neighboring locations of
379 /// memory. If it sees enough consecutive ones, it attempts to merge them
380 /// together into a memcpy/memset.
381 Instruction *MemCpyOptPass::tryMergingIntoMemset(Instruction *StartInst,
382                                                  Value *StartPtr,
383                                                  Value *ByteVal) {
384   const DataLayout &DL = StartInst->getModule()->getDataLayout();
385
386   // Okay, so we now have a single store that can be splatable.  Scan to find
387   // all subsequent stores of the same value to offset from the same pointer.
388   // Join these together into ranges, so we can decide whether contiguous blocks
389   // are stored.
390   MemsetRanges Ranges(DL);
391
392   BasicBlock::iterator BI(StartInst);
393   for (++BI; !isa<TerminatorInst>(BI); ++BI) {
394     if (!isa<StoreInst>(BI) && !isa<MemSetInst>(BI)) {
395       // If the instruction is readnone, ignore it, otherwise bail out.  We
396       // don't even allow readonly here because we don't want something like:
397       // A[1] = 2; strlen(A); A[2] = 2; -> memcpy(A, ...); strlen(A).
398       if (BI->mayWriteToMemory() || BI->mayReadFromMemory())
399         break;
400       continue;
401     }
402
403     if (StoreInst *NextStore = dyn_cast<StoreInst>(BI)) {
404       // If this is a store, see if we can merge it in.
405       if (!NextStore->isSimple()) break;
406
407       // Check to see if this stored value is of the same byte-splattable value.
408       if (ByteVal != isBytewiseValue(NextStore->getOperand(0)))
409         break;
410
411       // Check to see if this store is to a constant offset from the start ptr.
412       int64_t Offset;
413       if (!IsPointerOffset(StartPtr, NextStore->getPointerOperand(), Offset,
414                            DL))
415         break;
416
417       Ranges.addStore(Offset, NextStore);
418     } else {
419       MemSetInst *MSI = cast<MemSetInst>(BI);
420
421       if (MSI->isVolatile() || ByteVal != MSI->getValue() ||
422           !isa<ConstantInt>(MSI->getLength()))
423         break;
424
425       // Check to see if this store is to a constant offset from the start ptr.
426       int64_t Offset;
427       if (!IsPointerOffset(StartPtr, MSI->getDest(), Offset, DL))
428         break;
429
430       Ranges.addMemSet(Offset, MSI);
431     }
432   }
433
434   // If we have no ranges, then we just had a single store with nothing that
435   // could be merged in.  This is a very common case of course.
436   if (Ranges.empty())
437     return nullptr;
438
439   // If we had at least one store that could be merged in, add the starting
440   // store as well.  We try to avoid this unless there is at least something
441   // interesting as a small compile-time optimization.
442   Ranges.addInst(0, StartInst);
443
444   // If we create any memsets, we put it right before the first instruction that
445   // isn't part of the memset block.  This ensure that the memset is dominated
446   // by any addressing instruction needed by the start of the block.
447   IRBuilder<> Builder(&*BI);
448
449   // Now that we have full information about ranges, loop over the ranges and
450   // emit memset's for anything big enough to be worthwhile.
451   Instruction *AMemSet = nullptr;
452   for (const MemsetRange &Range : Ranges) {
453
454     if (Range.TheStores.size() == 1) continue;
455
456     // If it is profitable to lower this range to memset, do so now.
457     if (!Range.isProfitableToUseMemset(DL))
458       continue;
459
460     // Otherwise, we do want to transform this!  Create a new memset.
461     // Get the starting pointer of the block.
462     StartPtr = Range.StartPtr;
463
464     // Determine alignment
465     unsigned Alignment = Range.Alignment;
466     if (Alignment == 0) {
467       Type *EltType =
468         cast<PointerType>(StartPtr->getType())->getElementType();
469       Alignment = DL.getABITypeAlignment(EltType);
470     }
471
472     AMemSet =
473       Builder.CreateMemSet(StartPtr, ByteVal, Range.End-Range.Start, Alignment);
474
475     DEBUG(dbgs() << "Replace stores:\n";
476           for (Instruction *SI : Range.TheStores)
477             dbgs() << *SI << '\n';
478           dbgs() << "With: " << *AMemSet << '\n');
479
480     if (!Range.TheStores.empty())
481       AMemSet->setDebugLoc(Range.TheStores[0]->getDebugLoc());
482
483     // Zap all the stores.
484     for (Instruction *SI : Range.TheStores) {
485       MD->removeInstruction(SI);
486       SI->eraseFromParent();
487     }
488     ++NumMemSetInfer;
489   }
490
491   return AMemSet;
492 }
493
494 static unsigned findCommonAlignment(const DataLayout &DL, const StoreInst *SI,
495                                      const LoadInst *LI) {
496   unsigned StoreAlign = SI->getAlignment();
497   if (!StoreAlign)
498     StoreAlign = DL.getABITypeAlignment(SI->getOperand(0)->getType());
499   unsigned LoadAlign = LI->getAlignment();
500   if (!LoadAlign)
501     LoadAlign = DL.getABITypeAlignment(LI->getType());
502
503   return std::min(StoreAlign, LoadAlign);
504 }
505
506 // This method try to lift a store instruction before position P.
507 // It will lift the store and its argument + that anything that
508 // may alias with these.
509 // The method returns true if it was successful.
510 static bool moveUp(AliasAnalysis &AA, StoreInst *SI, Instruction *P,
511                    const LoadInst *LI) {
512   // If the store alias this position, early bail out.
513   MemoryLocation StoreLoc = MemoryLocation::get(SI);
514   if (AA.getModRefInfo(P, StoreLoc) != MRI_NoModRef)
515     return false;
516
517   // Keep track of the arguments of all instruction we plan to lift
518   // so we can make sure to lift them as well if apropriate.
519   DenseSet<Instruction*> Args;
520   if (auto *Ptr = dyn_cast<Instruction>(SI->getPointerOperand()))
521     if (Ptr->getParent() == SI->getParent())
522       Args.insert(Ptr);
523
524   // Instruction to lift before P.
525   SmallVector<Instruction*, 8> ToLift;
526
527   // Memory locations of lifted instructions.
528   SmallVector<MemoryLocation, 8> MemLocs{StoreLoc};
529
530   // Lifted callsites.
531   SmallVector<ImmutableCallSite, 8> CallSites;
532
533   const MemoryLocation LoadLoc = MemoryLocation::get(LI);
534
535   for (auto I = --SI->getIterator(), E = P->getIterator(); I != E; --I) {
536     auto *C = &*I;
537
538     bool MayAlias = AA.getModRefInfo(C) != MRI_NoModRef;
539
540     bool NeedLift = false;
541     if (Args.erase(C))
542       NeedLift = true;
543     else if (MayAlias) {
544       NeedLift = llvm::any_of(MemLocs, [C, &AA](const MemoryLocation &ML) {
545         return AA.getModRefInfo(C, ML);
546       });
547
548       if (!NeedLift)
549         NeedLift =
550             llvm::any_of(CallSites, [C, &AA](const ImmutableCallSite &CS) {
551               return AA.getModRefInfo(C, CS);
552             });
553     }
554
555     if (!NeedLift)
556       continue;
557
558     if (MayAlias) {
559       // Since LI is implicitly moved downwards past the lifted instructions,
560       // none of them may modify its source.
561       if (AA.getModRefInfo(C, LoadLoc) & MRI_Mod)
562         return false;
563       else if (auto CS = ImmutableCallSite(C)) {
564         // If we can't lift this before P, it's game over.
565         if (AA.getModRefInfo(P, CS) != MRI_NoModRef)
566           return false;
567
568         CallSites.push_back(CS);
569       } else if (isa<LoadInst>(C) || isa<StoreInst>(C) || isa<VAArgInst>(C)) {
570         // If we can't lift this before P, it's game over.
571         auto ML = MemoryLocation::get(C);
572         if (AA.getModRefInfo(P, ML) != MRI_NoModRef)
573           return false;
574
575         MemLocs.push_back(ML);
576       } else
577         // We don't know how to lift this instruction.
578         return false;
579     }
580
581     ToLift.push_back(C);
582     for (unsigned k = 0, e = C->getNumOperands(); k != e; ++k)
583       if (auto *A = dyn_cast<Instruction>(C->getOperand(k)))
584         if (A->getParent() == SI->getParent())
585           Args.insert(A);
586   }
587
588   // We made it, we need to lift
589   for (auto *I : llvm::reverse(ToLift)) {
590     DEBUG(dbgs() << "Lifting " << *I << " before " << *P << "\n");
591     I->moveBefore(P);
592   }
593
594   return true;
595 }
596
597 bool MemCpyOptPass::processStore(StoreInst *SI, BasicBlock::iterator &BBI) {
598   if (!SI->isSimple()) return false;
599
600   // Avoid merging nontemporal stores since the resulting
601   // memcpy/memset would not be able to preserve the nontemporal hint.
602   // In theory we could teach how to propagate the !nontemporal metadata to
603   // memset calls. However, that change would force the backend to
604   // conservatively expand !nontemporal memset calls back to sequences of
605   // store instructions (effectively undoing the merging).
606   if (SI->getMetadata(LLVMContext::MD_nontemporal))
607     return false;
608
609   const DataLayout &DL = SI->getModule()->getDataLayout();
610
611   // Load to store forwarding can be interpreted as memcpy.
612   if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(SI->getOperand(0))) {
613     if (LI->isSimple() && LI->hasOneUse() &&
614         LI->getParent() == SI->getParent()) {
615
616       auto *T = LI->getType();
617       if (T->isAggregateType()) {
618         AliasAnalysis &AA = LookupAliasAnalysis();
619         MemoryLocation LoadLoc = MemoryLocation::get(LI);
620
621         // We use alias analysis to check if an instruction may store to
622         // the memory we load from in between the load and the store. If
623         // such an instruction is found, we try to promote there instead
624         // of at the store position.
625         Instruction *P = SI;
626         for (auto &I : make_range(++LI->getIterator(), SI->getIterator())) {
627           if (AA.getModRefInfo(&I, LoadLoc) & MRI_Mod) {
628             P = &I;
629             break;
630           }
631         }
632
633         // We found an instruction that may write to the loaded memory.
634         // We can try to promote at this position instead of the store
635         // position if nothing alias the store memory after this and the store
636         // destination is not in the range.
637         if (P && P != SI) {
638           if (!moveUp(AA, SI, P, LI))
639             P = nullptr;
640         }
641
642         // If a valid insertion position is found, then we can promote
643         // the load/store pair to a memcpy.
644         if (P) {
645           // If we load from memory that may alias the memory we store to,
646           // memmove must be used to preserve semantic. If not, memcpy can
647           // be used.
648           bool UseMemMove = false;
649           if (!AA.isNoAlias(MemoryLocation::get(SI), LoadLoc))
650             UseMemMove = true;
651
652           unsigned Align = findCommonAlignment(DL, SI, LI);
653           uint64_t Size = DL.getTypeStoreSize(T);
654
655           IRBuilder<> Builder(P);
656           Instruction *M;
657           if (UseMemMove)
658             M = Builder.CreateMemMove(SI->getPointerOperand(),
659                                       LI->getPointerOperand(), Size,
660                                       Align, SI->isVolatile());
661           else
662             M = Builder.CreateMemCpy(SI->getPointerOperand(),
663                                      LI->getPointerOperand(), Size,
664                                      Align, SI->isVolatile());
665
666           DEBUG(dbgs() << "Promoting " << *LI << " to " << *SI
667                        << " => " << *M << "\n");
668
669           MD->removeInstruction(SI);
670           SI->eraseFromParent();
671           MD->removeInstruction(LI);
672           LI->eraseFromParent();
673           ++NumMemCpyInstr;
674
675           // Make sure we do not invalidate the iterator.
676           BBI = M->getIterator();
677           return true;
678         }
679       }
680
681       // Detect cases where we're performing call slot forwarding, but
682       // happen to be using a load-store pair to implement it, rather than
683       // a memcpy.
684       MemDepResult ldep = MD->getDependency(LI);
685       CallInst *C = nullptr;
686       if (ldep.isClobber() && !isa<MemCpyInst>(ldep.getInst()))
687         C = dyn_cast<CallInst>(ldep.getInst());
688
689       if (C) {
690         // Check that nothing touches the dest of the "copy" between
691         // the call and the store.
692         Value *CpyDest = SI->getPointerOperand()->stripPointerCasts();
693         bool CpyDestIsLocal = isa<AllocaInst>(CpyDest);
694         AliasAnalysis &AA = LookupAliasAnalysis();
695         MemoryLocation StoreLoc = MemoryLocation::get(SI);
696         for (BasicBlock::iterator I = --SI->getIterator(), E = C->getIterator();
697              I != E; --I) {
698           if (AA.getModRefInfo(&*I, StoreLoc) != MRI_NoModRef) {
699             C = nullptr;
700             break;
701           }
702           // The store to dest may never happen if an exception can be thrown
703           // between the load and the store.
704           if (I->mayThrow() && !CpyDestIsLocal) {
705             C = nullptr;
706             break;
707           }
708         }
709       }
710
711       if (C) {
712         bool changed = performCallSlotOptzn(
713             LI, SI->getPointerOperand()->stripPointerCasts(),
714             LI->getPointerOperand()->stripPointerCasts(),
715             DL.getTypeStoreSize(SI->getOperand(0)->getType()),
716             findCommonAlignment(DL, SI, LI), C);
717         if (changed) {
718           MD->removeInstruction(SI);
719           SI->eraseFromParent();
720           MD->removeInstruction(LI);
721           LI->eraseFromParent();
722           ++NumMemCpyInstr;
723           return true;
724         }
725       }
726     }
727   }
728
729   // There are two cases that are interesting for this code to handle: memcpy
730   // and memset.  Right now we only handle memset.
731
732   // Ensure that the value being stored is something that can be memset'able a
733   // byte at a time like "0" or "-1" or any width, as well as things like
734   // 0xA0A0A0A0 and 0.0.
735   auto *V = SI->getOperand(0);
736   if (Value *ByteVal = isBytewiseValue(V)) {
737     if (Instruction *I = tryMergingIntoMemset(SI, SI->getPointerOperand(),
738                                               ByteVal)) {
739       BBI = I->getIterator(); // Don't invalidate iterator.
740       return true;
741     }
742
743     // If we have an aggregate, we try to promote it to memset regardless
744     // of opportunity for merging as it can expose optimization opportunities
745     // in subsequent passes.
746     auto *T = V->getType();
747     if (T->isAggregateType()) {
748       uint64_t Size = DL.getTypeStoreSize(T);
749       unsigned Align = SI->getAlignment();
750       if (!Align)
751         Align = DL.getABITypeAlignment(T);
752       IRBuilder<> Builder(SI);
753       auto *M = Builder.CreateMemSet(SI->getPointerOperand(), ByteVal,
754                                      Size, Align, SI->isVolatile());
755
756       DEBUG(dbgs() << "Promoting " << *SI << " to " << *M << "\n");
757
758       MD->removeInstruction(SI);
759       SI->eraseFromParent();
760       NumMemSetInfer++;
761
762       // Make sure we do not invalidate the iterator.
763       BBI = M->getIterator();
764       return true;
765     }
766   }
767
768   return false;
769 }
770
771 bool MemCpyOptPass::processMemSet(MemSetInst *MSI, BasicBlock::iterator &BBI) {
772   // See if there is another memset or store neighboring this memset which
773   // allows us to widen out the memset to do a single larger store.
774   if (isa<ConstantInt>(MSI->getLength()) && !MSI->isVolatile())
775     if (Instruction *I = tryMergingIntoMemset(MSI, MSI->getDest(),
776                                               MSI->getValue())) {
777       BBI = I->getIterator(); // Don't invalidate iterator.
778       return true;
779     }
780   return false;
781 }
782
783 /// Takes a memcpy and a call that it depends on,
784 /// and checks for the possibility of a call slot optimization by having
785 /// the call write its result directly into the destination of the memcpy.
786 bool MemCpyOptPass::performCallSlotOptzn(Instruction *cpy, Value *cpyDest,
787                                          Value *cpySrc, uint64_t cpyLen,
788                                          unsigned cpyAlign, CallInst *C) {
789   // The general transformation to keep in mind is
790   //
791   //   call @func(..., src, ...)
792   //   memcpy(dest, src, ...)
793   //
794   // ->
795   //
796   //   memcpy(dest, src, ...)
797   //   call @func(..., dest, ...)
798   //
799   // Since moving the memcpy is technically awkward, we additionally check that
800   // src only holds uninitialized values at the moment of the call, meaning that
801   // the memcpy can be discarded rather than moved.
802
803   // Lifetime marks shouldn't be operated on.
804   if (Function *F = C->getCalledFunction())
805     if (F->isIntrinsic() && F->getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_start)
806       return false;
807
808   // Deliberately get the source and destination with bitcasts stripped away,
809   // because we'll need to do type comparisons based on the underlying type.
810   CallSite CS(C);
811
812   // Require that src be an alloca.  This simplifies the reasoning considerably.
813   AllocaInst *srcAlloca = dyn_cast<AllocaInst>(cpySrc);
814   if (!srcAlloca)
815     return false;
816
817   ConstantInt *srcArraySize = dyn_cast<ConstantInt>(srcAlloca->getArraySize());
818   if (!srcArraySize)
819     return false;
820
821   const DataLayout &DL = cpy->getModule()->getDataLayout();
822   uint64_t srcSize = DL.getTypeAllocSize(srcAlloca->getAllocatedType()) *
823                      srcArraySize->getZExtValue();
824
825   if (cpyLen < srcSize)
826     return false;
827
828   // Check that accessing the first srcSize bytes of dest will not cause a
829   // trap.  Otherwise the transform is invalid since it might cause a trap
830   // to occur earlier than it otherwise would.
831   if (AllocaInst *A = dyn_cast<AllocaInst>(cpyDest)) {
832     // The destination is an alloca.  Check it is larger than srcSize.
833     ConstantInt *destArraySize = dyn_cast<ConstantInt>(A->getArraySize());
834     if (!destArraySize)
835       return false;
836
837     uint64_t destSize = DL.getTypeAllocSize(A->getAllocatedType()) *
838                         destArraySize->getZExtValue();
839
840     if (destSize < srcSize)
841       return false;
842   } else if (Argument *A = dyn_cast<Argument>(cpyDest)) {
843     // The store to dest may never happen if the call can throw.
844     if (C->mayThrow())
845       return false;
846
847     if (A->getDereferenceableBytes() < srcSize) {
848       // If the destination is an sret parameter then only accesses that are
849       // outside of the returned struct type can trap.
850       if (!A->hasStructRetAttr())
851         return false;
852
853       Type *StructTy = cast<PointerType>(A->getType())->getElementType();
854       if (!StructTy->isSized()) {
855         // The call may never return and hence the copy-instruction may never
856         // be executed, and therefore it's not safe to say "the destination
857         // has at least <cpyLen> bytes, as implied by the copy-instruction",
858         return false;
859       }
860
861       uint64_t destSize = DL.getTypeAllocSize(StructTy);
862       if (destSize < srcSize)
863         return false;
864     }
865   } else {
866     return false;
867   }
868
869   // Check that dest points to memory that is at least as aligned as src.
870   unsigned srcAlign = srcAlloca->getAlignment();
871   if (!srcAlign)
872     srcAlign = DL.getABITypeAlignment(srcAlloca->getAllocatedType());
873   bool isDestSufficientlyAligned = srcAlign <= cpyAlign;
874   // If dest is not aligned enough and we can't increase its alignment then
875   // bail out.
876   if (!isDestSufficientlyAligned && !isa<AllocaInst>(cpyDest))
877     return false;
878
879   // Check that src is not accessed except via the call and the memcpy.  This
880   // guarantees that it holds only undefined values when passed in (so the final
881   // memcpy can be dropped), that it is not read or written between the call and
882   // the memcpy, and that writing beyond the end of it is undefined.
883   SmallVector<User*, 8> srcUseList(srcAlloca->user_begin(),
884                                    srcAlloca->user_end());
885   while (!srcUseList.empty()) {
886     User *U = srcUseList.pop_back_val();
887
888     if (isa<BitCastInst>(U) || isa<AddrSpaceCastInst>(U)) {
889       for (User *UU : U->users())
890         srcUseList.push_back(UU);
891       continue;
892     }
893     if (GetElementPtrInst *G = dyn_cast<GetElementPtrInst>(U)) {
894       if (!G->hasAllZeroIndices())
895         return false;
896
897       for (User *UU : U->users())
898         srcUseList.push_back(UU);
899       continue;
900     }
901     if (const IntrinsicInst *IT = dyn_cast<IntrinsicInst>(U))
902       if (IT->getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_start ||
903           IT->getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_end)
904         continue;
905
906     if (U != C && U != cpy)
907       return false;
908   }
909
910   // Check that src isn't captured by the called function since the
911   // transformation can cause aliasing issues in that case.
912   for (unsigned i = 0, e = CS.arg_size(); i != e; ++i)
913     if (CS.getArgument(i) == cpySrc && !CS.doesNotCapture(i))
914       return false;
915
916   // Since we're changing the parameter to the callsite, we need to make sure
917   // that what would be the new parameter dominates the callsite.
918   DominatorTree &DT = LookupDomTree();
919   if (Instruction *cpyDestInst = dyn_cast<Instruction>(cpyDest))
920     if (!DT.dominates(cpyDestInst, C))
921       return false;
922
923   // In addition to knowing that the call does not access src in some
924   // unexpected manner, for example via a global, which we deduce from
925   // the use analysis, we also need to know that it does not sneakily
926   // access dest.  We rely on AA to figure this out for us.
927   AliasAnalysis &AA = LookupAliasAnalysis();
928   ModRefInfo MR = AA.getModRefInfo(C, cpyDest, srcSize);
929   // If necessary, perform additional analysis.
930   if (MR != MRI_NoModRef)
931     MR = AA.callCapturesBefore(C, cpyDest, srcSize, &DT);
932   if (MR != MRI_NoModRef)
933     return false;
934
935   // We can't create address space casts here because we don't know if they're
936   // safe for the target.
937   if (cpySrc->getType()->getPointerAddressSpace() !=
938       cpyDest->getType()->getPointerAddressSpace())
939     return false;
940   for (unsigned i = 0; i < CS.arg_size(); ++i)
941     if (CS.getArgument(i)->stripPointerCasts() == cpySrc &&
942         cpySrc->getType()->getPointerAddressSpace() !=
943         CS.getArgument(i)->getType()->getPointerAddressSpace())
944       return false;
945
946   // All the checks have passed, so do the transformation.
947   bool changedArgument = false;
948   for (unsigned i = 0; i < CS.arg_size(); ++i)
949     if (CS.getArgument(i)->stripPointerCasts() == cpySrc) {
950       Value *Dest = cpySrc->getType() == cpyDest->getType() ?  cpyDest
951         : CastInst::CreatePointerCast(cpyDest, cpySrc->getType(),
952                                       cpyDest->getName(), C);
953       changedArgument = true;
954       if (CS.getArgument(i)->getType() == Dest->getType())
955         CS.setArgument(i, Dest);
956       else
957         CS.setArgument(i, CastInst::CreatePointerCast(Dest,
958                           CS.getArgument(i)->getType(), Dest->getName(), C));
959     }
960
961   if (!changedArgument)
962     return false;
963
964   // If the destination wasn't sufficiently aligned then increase its alignment.
965   if (!isDestSufficientlyAligned) {
966     assert(isa<AllocaInst>(cpyDest) && "Can only increase alloca alignment!");
967     cast<AllocaInst>(cpyDest)->setAlignment(srcAlign);
968   }
969
970   // Drop any cached information about the call, because we may have changed
971   // its dependence information by changing its parameter.
972   MD->removeInstruction(C);
973
974   // Update AA metadata
975   // FIXME: MD_tbaa_struct and MD_mem_parallel_loop_access should also be
976   // handled here, but combineMetadata doesn't support them yet
977   unsigned KnownIDs[] = {LLVMContext::MD_tbaa, LLVMContext::MD_alias_scope,
978                          LLVMContext::MD_noalias,
979                          LLVMContext::MD_invariant_group};
980   combineMetadata(C, cpy, KnownIDs);
981
982   // Remove the memcpy.
983   MD->removeInstruction(cpy);
984   ++NumMemCpyInstr;
985
986   return true;
987 }
988
989 /// We've found that the (upward scanning) memory dependence of memcpy 'M' is
990 /// the memcpy 'MDep'. Try to simplify M to copy from MDep's input if we can.
991 bool MemCpyOptPass::processMemCpyMemCpyDependence(MemCpyInst *M,
992                                                   MemCpyInst *MDep) {
993   // We can only transforms memcpy's where the dest of one is the source of the
994   // other.
995   if (M->getSource() != MDep->getDest() || MDep->isVolatile())
996     return false;
997
998   // If dep instruction is reading from our current input, then it is a noop
999   // transfer and substituting the input won't change this instruction.  Just
1000   // ignore the input and let someone else zap MDep.  This handles cases like:
1001   //    memcpy(a <- a)
1002   //    memcpy(b <- a)
1003   if (M->getSource() == MDep->getSource())
1004     return false;
1005
1006   // Second, the length of the memcpy's must be the same, or the preceding one
1007   // must be larger than the following one.
1008   ConstantInt *MDepLen = dyn_cast<ConstantInt>(MDep->getLength());
1009   ConstantInt *MLen = dyn_cast<ConstantInt>(M->getLength());
1010   if (!MDepLen || !MLen || MDepLen->getZExtValue() < MLen->getZExtValue())
1011     return false;
1012
1013   AliasAnalysis &AA = LookupAliasAnalysis();
1014
1015   // Verify that the copied-from memory doesn't change in between the two
1016   // transfers.  For example, in:
1017   //    memcpy(a <- b)
1018   //    *b = 42;
1019   //    memcpy(c <- a)
1020   // It would be invalid to transform the second memcpy into memcpy(c <- b).
1021   //
1022   // TODO: If the code between M and MDep is transparent to the destination "c",
1023   // then we could still perform the xform by moving M up to the first memcpy.
1024   //
1025   // NOTE: This is conservative, it will stop on any read from the source loc,
1026   // not just the defining memcpy.
1027   MemDepResult SourceDep =
1028       MD->getPointerDependencyFrom(MemoryLocation::getForSource(MDep), false,
1029                                    M->getIterator(), M->getParent());
1030   if (!SourceDep.isClobber() || SourceDep.getInst() != MDep)
1031     return false;
1032
1033   // If the dest of the second might alias the source of the first, then the
1034   // source and dest might overlap.  We still want to eliminate the intermediate
1035   // value, but we have to generate a memmove instead of memcpy.
1036   bool UseMemMove = false;
1037   if (!AA.isNoAlias(MemoryLocation::getForDest(M),
1038                     MemoryLocation::getForSource(MDep)))
1039     UseMemMove = true;
1040
1041   // If all checks passed, then we can transform M.
1042
1043   // Make sure to use the lesser of the alignment of the source and the dest
1044   // since we're changing where we're reading from, but don't want to increase
1045   // the alignment past what can be read from or written to.
1046   // TODO: Is this worth it if we're creating a less aligned memcpy? For
1047   // example we could be moving from movaps -> movq on x86.
1048   unsigned Align = std::min(MDep->getAlignment(), M->getAlignment());
1049
1050   IRBuilder<> Builder(M);
1051   if (UseMemMove)
1052     Builder.CreateMemMove(M->getRawDest(), MDep->getRawSource(), M->getLength(),
1053                           Align, M->isVolatile());
1054   else
1055     Builder.CreateMemCpy(M->getRawDest(), MDep->getRawSource(), M->getLength(),
1056                          Align, M->isVolatile());
1057
1058   // Remove the instruction we're replacing.
1059   MD->removeInstruction(M);
1060   M->eraseFromParent();
1061   ++NumMemCpyInstr;
1062   return true;
1063 }
1064
1065 /// We've found that the (upward scanning) memory dependence of \p MemCpy is
1066 /// \p MemSet.  Try to simplify \p MemSet to only set the trailing bytes that
1067 /// weren't copied over by \p MemCpy.
1068 ///
1069 /// In other words, transform:
1070 /// \code
1071 ///   memset(dst, c, dst_size);
1072 ///   memcpy(dst, src, src_size);
1073 /// \endcode
1074 /// into:
1075 /// \code
1076 ///   memcpy(dst, src, src_size);
1077 ///   memset(dst + src_size, c, dst_size <= src_size ? 0 : dst_size - src_size);
1078 /// \endcode
1079 bool MemCpyOptPass::processMemSetMemCpyDependence(MemCpyInst *MemCpy,
1080                                                   MemSetInst *MemSet) {
1081   // We can only transform memset/memcpy with the same destination.
1082   if (MemSet->getDest() != MemCpy->getDest())
1083     return false;
1084
1085   // Check that there are no other dependencies on the memset destination.
1086   MemDepResult DstDepInfo =
1087       MD->getPointerDependencyFrom(MemoryLocation::getForDest(MemSet), false,
1088                                    MemCpy->getIterator(), MemCpy->getParent());
1089   if (DstDepInfo.getInst() != MemSet)
1090     return false;
1091
1092   // Use the same i8* dest as the memcpy, killing the memset dest if different.
1093   Value *Dest = MemCpy->getRawDest();
1094   Value *DestSize = MemSet->getLength();
1095   Value *SrcSize = MemCpy->getLength();
1096
1097   // By default, create an unaligned memset.
1098   unsigned Align = 1;
1099   // If Dest is aligned, and SrcSize is constant, use the minimum alignment
1100   // of the sum.
1101   const unsigned DestAlign =
1102       std::max(MemSet->getAlignment(), MemCpy->getAlignment());
1103   if (DestAlign > 1)
1104     if (ConstantInt *SrcSizeC = dyn_cast<ConstantInt>(SrcSize))
1105       Align = MinAlign(SrcSizeC->getZExtValue(), DestAlign);
1106
1107   IRBuilder<> Builder(MemCpy);
1108
1109   // If the sizes have different types, zext the smaller one.
1110   if (DestSize->getType() != SrcSize->getType()) {
1111     if (DestSize->getType()->getIntegerBitWidth() >
1112         SrcSize->getType()->getIntegerBitWidth())
1113       SrcSize = Builder.CreateZExt(SrcSize, DestSize->getType());
1114     else
1115       DestSize = Builder.CreateZExt(DestSize, SrcSize->getType());
1116   }
1117
1118   Value *Ule = Builder.CreateICmpULE(DestSize, SrcSize);
1119   Value *SizeDiff = Builder.CreateSub(DestSize, SrcSize);
1120   Value *MemsetLen = Builder.CreateSelect(
1121       Ule, ConstantInt::getNullValue(DestSize->getType()), SizeDiff);
1122   Builder.CreateMemSet(Builder.CreateGEP(Dest, SrcSize), MemSet->getOperand(1),
1123                        MemsetLen, Align);
1124
1125   MD->removeInstruction(MemSet);
1126   MemSet->eraseFromParent();
1127   return true;
1128 }
1129
1130 /// Transform memcpy to memset when its source was just memset.
1131 /// In other words, turn:
1132 /// \code
1133 ///   memset(dst1, c, dst1_size);
1134 ///   memcpy(dst2, dst1, dst2_size);
1135 /// \endcode
1136 /// into:
1137 /// \code
1138 ///   memset(dst1, c, dst1_size);
1139 ///   memset(dst2, c, dst2_size);
1140 /// \endcode
1141 /// When dst2_size <= dst1_size.
1142 ///
1143 /// The \p MemCpy must have a Constant length.
1144 bool MemCpyOptPass::performMemCpyToMemSetOptzn(MemCpyInst *MemCpy,
1145                                                MemSetInst *MemSet) {
1146   AliasAnalysis &AA = LookupAliasAnalysis();
1147
1148   // Make sure that memcpy(..., memset(...), ...), that is we are memsetting and
1149   // memcpying from the same address. Otherwise it is hard to reason about.
1150   if (!AA.isMustAlias(MemSet->getRawDest(), MemCpy->getRawSource()))
1151     return false;
1152
1153   ConstantInt *CopySize = cast<ConstantInt>(MemCpy->getLength());
1154   ConstantInt *MemSetSize = dyn_cast<ConstantInt>(MemSet->getLength());
1155   // Make sure the memcpy doesn't read any more than what the memset wrote.
1156   // Don't worry about sizes larger than i64.
1157   if (!MemSetSize || CopySize->getZExtValue() > MemSetSize->getZExtValue())
1158     return false;
1159
1160   IRBuilder<> Builder(MemCpy);
1161   Builder.CreateMemSet(MemCpy->getRawDest(), MemSet->getOperand(1),
1162                        CopySize, MemCpy->getAlignment());
1163   return true;
1164 }
1165
1166 /// Perform simplification of memcpy's.  If we have memcpy A
1167 /// which copies X to Y, and memcpy B which copies Y to Z, then we can rewrite
1168 /// B to be a memcpy from X to Z (or potentially a memmove, depending on
1169 /// circumstances). This allows later passes to remove the first memcpy
1170 /// altogether.
1171 bool MemCpyOptPass::processMemCpy(MemCpyInst *M) {
1172   // We can only optimize non-volatile memcpy's.
1173   if (M->isVolatile()) return false;
1174
1175   // If the source and destination of the memcpy are the same, then zap it.
1176   if (M->getSource() == M->getDest()) {
1177     MD->removeInstruction(M);
1178     M->eraseFromParent();
1179     return false;
1180   }
1181
1182   // If copying from a constant, try to turn the memcpy into a memset.
1183   if (GlobalVariable *GV = dyn_cast<GlobalVariable>(M->getSource()))
1184     if (GV->isConstant() && GV->hasDefinitiveInitializer())
1185       if (Value *ByteVal = isBytewiseValue(GV->getInitializer())) {
1186         IRBuilder<> Builder(M);
1187         Builder.CreateMemSet(M->getRawDest(), ByteVal, M->getLength(),
1188                              M->getAlignment(), false);
1189         MD->removeInstruction(M);
1190         M->eraseFromParent();
1191         ++NumCpyToSet;
1192         return true;
1193       }
1194
1195   MemDepResult DepInfo = MD->getDependency(M);
1196
1197   // Try to turn a partially redundant memset + memcpy into
1198   // memcpy + smaller memset.  We don't need the memcpy size for this.
1199   if (DepInfo.isClobber())
1200     if (MemSetInst *MDep = dyn_cast<MemSetInst>(DepInfo.getInst()))
1201       if (processMemSetMemCpyDependence(M, MDep))
1202         return true;
1203
1204   // The optimizations after this point require the memcpy size.
1205   ConstantInt *CopySize = dyn_cast<ConstantInt>(M->getLength());
1206   if (!CopySize) return false;
1207
1208   // There are four possible optimizations we can do for memcpy:
1209   //   a) memcpy-memcpy xform which exposes redundance for DSE.
1210   //   b) call-memcpy xform for return slot optimization.
1211   //   c) memcpy from freshly alloca'd space or space that has just started its
1212   //      lifetime copies undefined data, and we can therefore eliminate the
1213   //      memcpy in favor of the data that was already at the destination.
1214   //   d) memcpy from a just-memset'd source can be turned into memset.
1215   if (DepInfo.isClobber()) {
1216     if (CallInst *C = dyn_cast<CallInst>(DepInfo.getInst())) {
1217       if (performCallSlotOptzn(M, M->getDest(), M->getSource(),
1218                                CopySize->getZExtValue(), M->getAlignment(),
1219                                C)) {
1220         MD->removeInstruction(M);
1221         M->eraseFromParent();
1222         return true;
1223       }
1224     }
1225   }
1226
1227   MemoryLocation SrcLoc = MemoryLocation::getForSource(M);
1228   MemDepResult SrcDepInfo = MD->getPointerDependencyFrom(
1229       SrcLoc, true, M->getIterator(), M->getParent());
1230
1231   if (SrcDepInfo.isClobber()) {
1232     if (MemCpyInst *MDep = dyn_cast<MemCpyInst>(SrcDepInfo.getInst()))
1233       return processMemCpyMemCpyDependence(M, MDep);
1234   } else if (SrcDepInfo.isDef()) {
1235     Instruction *I = SrcDepInfo.getInst();
1236     bool hasUndefContents = false;
1237
1238     if (isa<AllocaInst>(I)) {
1239       hasUndefContents = true;
1240     } else if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(I)) {
1241       if (II->getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_start)
1242         if (ConstantInt *LTSize = dyn_cast<ConstantInt>(II->getArgOperand(0)))
1243           if (LTSize->getZExtValue() >= CopySize->getZExtValue())
1244             hasUndefContents = true;
1245     }
1246
1247     if (hasUndefContents) {
1248       MD->removeInstruction(M);
1249       M->eraseFromParent();
1250       ++NumMemCpyInstr;
1251       return true;
1252     }
1253   }
1254
1255   if (SrcDepInfo.isClobber())
1256     if (MemSetInst *MDep = dyn_cast<MemSetInst>(SrcDepInfo.getInst()))
1257       if (performMemCpyToMemSetOptzn(M, MDep)) {
1258         MD->removeInstruction(M);
1259         M->eraseFromParent();
1260         ++NumCpyToSet;
1261         return true;
1262       }
1263
1264   return false;
1265 }
1266
1267 /// Transforms memmove calls to memcpy calls when the src/dst are guaranteed
1268 /// not to alias.
1269 bool MemCpyOptPass::processMemMove(MemMoveInst *M) {
1270   AliasAnalysis &AA = LookupAliasAnalysis();
1271
1272   if (!TLI->has(LibFunc_memmove))
1273     return false;
1274
1275   // See if the pointers alias.
1276   if (!AA.isNoAlias(MemoryLocation::getForDest(M),
1277                     MemoryLocation::getForSource(M)))
1278     return false;
1279
1280   DEBUG(dbgs() << "MemCpyOptPass: Optimizing memmove -> memcpy: " << *M
1281                << "\n");
1282
1283   // If not, then we know we can transform this.
1284   Type *ArgTys[3] = { M->getRawDest()->getType(),
1285                       M->getRawSource()->getType(),
1286                       M->getLength()->getType() };
1287   M->setCalledFunction(Intrinsic::getDeclaration(M->getModule(),
1288                                                  Intrinsic::memcpy, ArgTys));
1289
1290   // MemDep may have over conservative information about this instruction, just
1291   // conservatively flush it from the cache.
1292   MD->removeInstruction(M);
1293
1294   ++NumMoveToCpy;
1295   return true;
1296 }
1297
1298 /// This is called on every byval argument in call sites.
1299 bool MemCpyOptPass::processByValArgument(CallSite CS, unsigned ArgNo) {
1300   const DataLayout &DL = CS.getCaller()->getParent()->getDataLayout();
1301   // Find out what feeds this byval argument.
1302   Value *ByValArg = CS.getArgument(ArgNo);
1303   Type *ByValTy = cast<PointerType>(ByValArg->getType())->getElementType();
1304   uint64_t ByValSize = DL.getTypeAllocSize(ByValTy);
1305   MemDepResult DepInfo = MD->getPointerDependencyFrom(
1306       MemoryLocation(ByValArg, ByValSize), true,
1307       CS.getInstruction()->getIterator(), CS.getInstruction()->getParent());
1308   if (!DepInfo.isClobber())
1309     return false;
1310
1311   // If the byval argument isn't fed by a memcpy, ignore it.  If it is fed by
1312   // a memcpy, see if we can byval from the source of the memcpy instead of the
1313   // result.
1314   MemCpyInst *MDep = dyn_cast<MemCpyInst>(DepInfo.getInst());
1315   if (!MDep || MDep->isVolatile() ||
1316       ByValArg->stripPointerCasts() != MDep->getDest())
1317     return false;
1318
1319   // The length of the memcpy must be larger or equal to the size of the byval.
1320   ConstantInt *C1 = dyn_cast<ConstantInt>(MDep->getLength());
1321   if (!C1 || C1->getValue().getZExtValue() < ByValSize)
1322     return false;
1323
1324   // Get the alignment of the byval.  If the call doesn't specify the alignment,
1325   // then it is some target specific value that we can't know.
1326   unsigned ByValAlign = CS.getParamAlignment(ArgNo);
1327   if (ByValAlign == 0) return false;
1328
1329   // If it is greater than the memcpy, then we check to see if we can force the
1330   // source of the memcpy to the alignment we need.  If we fail, we bail out.
1331   AssumptionCache &AC = LookupAssumptionCache();
1332   DominatorTree &DT = LookupDomTree();
1333   if (MDep->getAlignment() < ByValAlign &&
1334       getOrEnforceKnownAlignment(MDep->getSource(), ByValAlign, DL,
1335                                  CS.getInstruction(), &AC, &DT) < ByValAlign)
1336     return false;
1337
1338   // The address space of the memcpy source must match the byval argument
1339   if (MDep->getSource()->getType()->getPointerAddressSpace() !=
1340       ByValArg->getType()->getPointerAddressSpace())
1341     return false;
1342
1343   // Verify that the copied-from memory doesn't change in between the memcpy and
1344   // the byval call.
1345   //    memcpy(a <- b)
1346   //    *b = 42;
1347   //    foo(*a)
1348   // It would be invalid to transform the second memcpy into foo(*b).
1349   //
1350   // NOTE: This is conservative, it will stop on any read from the source loc,
1351   // not just the defining memcpy.
1352   MemDepResult SourceDep = MD->getPointerDependencyFrom(
1353       MemoryLocation::getForSource(MDep), false,
1354       CS.getInstruction()->getIterator(), MDep->getParent());
1355   if (!SourceDep.isClobber() || SourceDep.getInst() != MDep)
1356     return false;
1357
1358   Value *TmpCast = MDep->getSource();
1359   if (MDep->getSource()->getType() != ByValArg->getType())
1360     TmpCast = new BitCastInst(MDep->getSource(), ByValArg->getType(),
1361                               "tmpcast", CS.getInstruction());
1362
1363   DEBUG(dbgs() << "MemCpyOptPass: Forwarding memcpy to byval:\n"
1364                << "  " << *MDep << "\n"
1365                << "  " << *CS.getInstruction() << "\n");
1366
1367   // Otherwise we're good!  Update the byval argument.
1368   CS.setArgument(ArgNo, TmpCast);
1369   ++NumMemCpyInstr;
1370   return true;
1371 }
1372
1373 /// Executes one iteration of MemCpyOptPass.
1374 bool MemCpyOptPass::iterateOnFunction(Function &F) {
1375   bool MadeChange = false;
1376
1377   // Walk all instruction in the function.
1378   for (BasicBlock &BB : F) {
1379     for (BasicBlock::iterator BI = BB.begin(), BE = BB.end(); BI != BE;) {
1380       // Avoid invalidating the iterator.
1381       Instruction *I = &*BI++;
1382
1383       bool RepeatInstruction = false;
1384
1385       if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(I))
1386         MadeChange |= processStore(SI, BI);
1387       else if (MemSetInst *M = dyn_cast<MemSetInst>(I))
1388         RepeatInstruction = processMemSet(M, BI);
1389       else if (MemCpyInst *M = dyn_cast<MemCpyInst>(I))
1390         RepeatInstruction = processMemCpy(M);
1391       else if (MemMoveInst *M = dyn_cast<MemMoveInst>(I))
1392         RepeatInstruction = processMemMove(M);
1393       else if (auto CS = CallSite(I)) {
1394         for (unsigned i = 0, e = CS.arg_size(); i != e; ++i)
1395           if (CS.isByValArgument(i))
1396             MadeChange |= processByValArgument(CS, i);
1397       }
1398
1399       // Reprocess the instruction if desired.
1400       if (RepeatInstruction) {
1401         if (BI != BB.begin())
1402           --BI;
1403         MadeChange = true;
1404       }
1405     }
1406   }
1407
1408   return MadeChange;
1409 }
1410
1411 PreservedAnalyses MemCpyOptPass::run(Function &F, FunctionAnalysisManager &AM) {
1412   auto &MD = AM.getResult<MemoryDependenceAnalysis>(F);
1413   auto &TLI = AM.getResult<TargetLibraryAnalysis>(F);
1414
1415   auto LookupAliasAnalysis = [&]() -> AliasAnalysis & {
1416     return AM.getResult<AAManager>(F);
1417   };
1418   auto LookupAssumptionCache = [&]() -> AssumptionCache & {
1419     return AM.getResult<AssumptionAnalysis>(F);
1420   };
1421   auto LookupDomTree = [&]() -> DominatorTree & {
1422     return AM.getResult<DominatorTreeAnalysis>(F);
1423   };
1424
1425   bool MadeChange = runImpl(F, &MD, &TLI, LookupAliasAnalysis,
1426                             LookupAssumptionCache, LookupDomTree);
1427   if (!MadeChange)
1428     return PreservedAnalyses::all();
1429
1430   PreservedAnalyses PA;
1431   PA.preserveSet<CFGAnalyses>();
1432   PA.preserve<GlobalsAA>();
1433   PA.preserve<MemoryDependenceAnalysis>();
1434   return PA;
1435 }
1436
1437 bool MemCpyOptPass::runImpl(
1438     Function &F, MemoryDependenceResults *MD_, TargetLibraryInfo *TLI_,
1439     std::function<AliasAnalysis &()> LookupAliasAnalysis_,
1440     std::function<AssumptionCache &()> LookupAssumptionCache_,
1441     std::function<DominatorTree &()> LookupDomTree_) {
1442   bool MadeChange = false;
1443   MD = MD_;
1444   TLI = TLI_;
1445   LookupAliasAnalysis = std::move(LookupAliasAnalysis_);
1446   LookupAssumptionCache = std::move(LookupAssumptionCache_);
1447   LookupDomTree = std::move(LookupDomTree_);
1448
1449   // If we don't have at least memset and memcpy, there is little point of doing
1450   // anything here.  These are required by a freestanding implementation, so if
1451   // even they are disabled, there is no point in trying hard.
1452   if (!TLI->has(LibFunc_memset) || !TLI->has(LibFunc_memcpy))
1453     return false;
1454
1455   while (true) {
1456     if (!iterateOnFunction(F))
1457       break;
1458     MadeChange = true;
1459   }
1460
1461   MD = nullptr;
1462   return MadeChange;
1463 }
1464
1465 /// This is the main transformation entry point for a function.
1466 bool MemCpyOptLegacyPass::runOnFunction(Function &F) {
1467   if (skipFunction(F))
1468     return false;
1469
1470   auto *MD = &getAnalysis<MemoryDependenceWrapperPass>().getMemDep();
1471   auto *TLI = &getAnalysis<TargetLibraryInfoWrapperPass>().getTLI();
1472
1473   auto LookupAliasAnalysis = [this]() -> AliasAnalysis & {
1474     return getAnalysis<AAResultsWrapperPass>().getAAResults();
1475   };
1476   auto LookupAssumptionCache = [this, &F]() -> AssumptionCache & {
1477     return getAnalysis<AssumptionCacheTracker>().getAssumptionCache(F);
1478   };
1479   auto LookupDomTree = [this]() -> DominatorTree & {
1480     return getAnalysis<DominatorTreeWrapperPass>().getDomTree();
1481   };
1482
1483   return Impl.runImpl(F, MD, TLI, LookupAliasAnalysis, LookupAssumptionCache,
1484                       LookupDomTree);
1485 }