]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - contrib/llvm/lib/Transforms/Scalar/RewriteStatepointsForGC.cpp
Merge llvm, clang, lld, lldb, compiler-rt and libc++ r303571, and update
[FreeBSD/FreeBSD.git] / contrib / llvm / lib / Transforms / Scalar / RewriteStatepointsForGC.cpp
1 //===- RewriteStatepointsForGC.cpp - Make GC relocations explicit ---------===//
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 // Rewrite an existing set of gc.statepoints such that they make potential
11 // relocations performed by the garbage collector explicit in the IR.
12 //
13 //===----------------------------------------------------------------------===//
14
15 #include "llvm/Pass.h"
16 #include "llvm/Analysis/CFG.h"
17 #include "llvm/Analysis/TargetTransformInfo.h"
18 #include "llvm/ADT/SetOperations.h"
19 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
20 #include "llvm/ADT/DenseSet.h"
21 #include "llvm/ADT/SetVector.h"
22 #include "llvm/ADT/StringRef.h"
23 #include "llvm/ADT/MapVector.h"
24 #include "llvm/IR/BasicBlock.h"
25 #include "llvm/IR/CallSite.h"
26 #include "llvm/IR/Dominators.h"
27 #include "llvm/IR/Function.h"
28 #include "llvm/IR/IRBuilder.h"
29 #include "llvm/IR/InstIterator.h"
30 #include "llvm/IR/Instructions.h"
31 #include "llvm/IR/Intrinsics.h"
32 #include "llvm/IR/IntrinsicInst.h"
33 #include "llvm/IR/Module.h"
34 #include "llvm/IR/MDBuilder.h"
35 #include "llvm/IR/Statepoint.h"
36 #include "llvm/IR/Value.h"
37 #include "llvm/IR/Verifier.h"
38 #include "llvm/Support/Debug.h"
39 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
40 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
41 #include "llvm/Transforms/Utils/BasicBlockUtils.h"
42 #include "llvm/Transforms/Utils/Cloning.h"
43 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
44 #include "llvm/Transforms/Utils/PromoteMemToReg.h"
45
46 #define DEBUG_TYPE "rewrite-statepoints-for-gc"
47
48 using namespace llvm;
49
50 // Print the liveset found at the insert location
51 static cl::opt<bool> PrintLiveSet("spp-print-liveset", cl::Hidden,
52                                   cl::init(false));
53 static cl::opt<bool> PrintLiveSetSize("spp-print-liveset-size", cl::Hidden,
54                                       cl::init(false));
55 // Print out the base pointers for debugging
56 static cl::opt<bool> PrintBasePointers("spp-print-base-pointers", cl::Hidden,
57                                        cl::init(false));
58
59 // Cost threshold measuring when it is profitable to rematerialize value instead
60 // of relocating it
61 static cl::opt<unsigned>
62 RematerializationThreshold("spp-rematerialization-threshold", cl::Hidden,
63                            cl::init(6));
64
65 #ifdef EXPENSIVE_CHECKS
66 static bool ClobberNonLive = true;
67 #else
68 static bool ClobberNonLive = false;
69 #endif
70 static cl::opt<bool, true> ClobberNonLiveOverride("rs4gc-clobber-non-live",
71                                                   cl::location(ClobberNonLive),
72                                                   cl::Hidden);
73
74 static cl::opt<bool>
75     AllowStatepointWithNoDeoptInfo("rs4gc-allow-statepoint-with-no-deopt-info",
76                                    cl::Hidden, cl::init(true));
77
78 namespace {
79 struct RewriteStatepointsForGC : public ModulePass {
80   static char ID; // Pass identification, replacement for typeid
81
82   RewriteStatepointsForGC() : ModulePass(ID) {
83     initializeRewriteStatepointsForGCPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
84   }
85   bool runOnFunction(Function &F);
86   bool runOnModule(Module &M) override {
87     bool Changed = false;
88     for (Function &F : M)
89       Changed |= runOnFunction(F);
90
91     if (Changed) {
92       // stripNonValidAttributes asserts that shouldRewriteStatepointsIn
93       // returns true for at least one function in the module.  Since at least
94       // one function changed, we know that the precondition is satisfied.
95       stripNonValidAttributes(M);
96     }
97
98     return Changed;
99   }
100
101   void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const override {
102     // We add and rewrite a bunch of instructions, but don't really do much
103     // else.  We could in theory preserve a lot more analyses here.
104     AU.addRequired<DominatorTreeWrapperPass>();
105     AU.addRequired<TargetTransformInfoWrapperPass>();
106   }
107
108   /// The IR fed into RewriteStatepointsForGC may have had attributes implying
109   /// dereferenceability that are no longer valid/correct after
110   /// RewriteStatepointsForGC has run.  This is because semantically, after
111   /// RewriteStatepointsForGC runs, all calls to gc.statepoint "free" the entire
112   /// heap.  stripNonValidAttributes (conservatively) restores correctness
113   /// by erasing all attributes in the module that externally imply
114   /// dereferenceability.
115   /// Similar reasoning also applies to the noalias attributes. gc.statepoint
116   /// can touch the entire heap including noalias objects.
117   void stripNonValidAttributes(Module &M);
118
119   // Helpers for stripNonValidAttributes
120   void stripNonValidAttributesFromBody(Function &F);
121   void stripNonValidAttributesFromPrototype(Function &F);
122 };
123 } // namespace
124
125 char RewriteStatepointsForGC::ID = 0;
126
127 ModulePass *llvm::createRewriteStatepointsForGCPass() {
128   return new RewriteStatepointsForGC();
129 }
130
131 INITIALIZE_PASS_BEGIN(RewriteStatepointsForGC, "rewrite-statepoints-for-gc",
132                       "Make relocations explicit at statepoints", false, false)
133 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(DominatorTreeWrapperPass)
134 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(TargetTransformInfoWrapperPass)
135 INITIALIZE_PASS_END(RewriteStatepointsForGC, "rewrite-statepoints-for-gc",
136                     "Make relocations explicit at statepoints", false, false)
137
138 namespace {
139 struct GCPtrLivenessData {
140   /// Values defined in this block.
141   MapVector<BasicBlock *, SetVector<Value *>> KillSet;
142   /// Values used in this block (and thus live); does not included values
143   /// killed within this block.
144   MapVector<BasicBlock *, SetVector<Value *>> LiveSet;
145
146   /// Values live into this basic block (i.e. used by any
147   /// instruction in this basic block or ones reachable from here)
148   MapVector<BasicBlock *, SetVector<Value *>> LiveIn;
149
150   /// Values live out of this basic block (i.e. live into
151   /// any successor block)
152   MapVector<BasicBlock *, SetVector<Value *>> LiveOut;
153 };
154
155 // The type of the internal cache used inside the findBasePointers family
156 // of functions.  From the callers perspective, this is an opaque type and
157 // should not be inspected.
158 //
159 // In the actual implementation this caches two relations:
160 // - The base relation itself (i.e. this pointer is based on that one)
161 // - The base defining value relation (i.e. before base_phi insertion)
162 // Generally, after the execution of a full findBasePointer call, only the
163 // base relation will remain.  Internally, we add a mixture of the two
164 // types, then update all the second type to the first type
165 typedef MapVector<Value *, Value *> DefiningValueMapTy;
166 typedef SetVector<Value *> StatepointLiveSetTy;
167 typedef MapVector<AssertingVH<Instruction>, AssertingVH<Value>>
168   RematerializedValueMapTy;
169
170 struct PartiallyConstructedSafepointRecord {
171   /// The set of values known to be live across this safepoint
172   StatepointLiveSetTy LiveSet;
173
174   /// Mapping from live pointers to a base-defining-value
175   MapVector<Value *, Value *> PointerToBase;
176
177   /// The *new* gc.statepoint instruction itself.  This produces the token
178   /// that normal path gc.relocates and the gc.result are tied to.
179   Instruction *StatepointToken;
180
181   /// Instruction to which exceptional gc relocates are attached
182   /// Makes it easier to iterate through them during relocationViaAlloca.
183   Instruction *UnwindToken;
184
185   /// Record live values we are rematerialized instead of relocating.
186   /// They are not included into 'LiveSet' field.
187   /// Maps rematerialized copy to it's original value.
188   RematerializedValueMapTy RematerializedValues;
189 };
190 }
191
192 static ArrayRef<Use> GetDeoptBundleOperands(ImmutableCallSite CS) {
193   Optional<OperandBundleUse> DeoptBundle =
194       CS.getOperandBundle(LLVMContext::OB_deopt);
195
196   if (!DeoptBundle.hasValue()) {
197     assert(AllowStatepointWithNoDeoptInfo &&
198            "Found non-leaf call without deopt info!");
199     return None;
200   }
201
202   return DeoptBundle.getValue().Inputs;
203 }
204
205 /// Compute the live-in set for every basic block in the function
206 static void computeLiveInValues(DominatorTree &DT, Function &F,
207                                 GCPtrLivenessData &Data);
208
209 /// Given results from the dataflow liveness computation, find the set of live
210 /// Values at a particular instruction.
211 static void findLiveSetAtInst(Instruction *inst, GCPtrLivenessData &Data,
212                               StatepointLiveSetTy &out);
213
214 // TODO: Once we can get to the GCStrategy, this becomes
215 // Optional<bool> isGCManagedPointer(const Type *Ty) const override {
216
217 static bool isGCPointerType(Type *T) {
218   if (auto *PT = dyn_cast<PointerType>(T))
219     // For the sake of this example GC, we arbitrarily pick addrspace(1) as our
220     // GC managed heap.  We know that a pointer into this heap needs to be
221     // updated and that no other pointer does.
222     return PT->getAddressSpace() == 1;
223   return false;
224 }
225
226 // Return true if this type is one which a) is a gc pointer or contains a GC
227 // pointer and b) is of a type this code expects to encounter as a live value.
228 // (The insertion code will assert that a type which matches (a) and not (b)
229 // is not encountered.)
230 static bool isHandledGCPointerType(Type *T) {
231   // We fully support gc pointers
232   if (isGCPointerType(T))
233     return true;
234   // We partially support vectors of gc pointers. The code will assert if it
235   // can't handle something.
236   if (auto VT = dyn_cast<VectorType>(T))
237     if (isGCPointerType(VT->getElementType()))
238       return true;
239   return false;
240 }
241
242 #ifndef NDEBUG
243 /// Returns true if this type contains a gc pointer whether we know how to
244 /// handle that type or not.
245 static bool containsGCPtrType(Type *Ty) {
246   if (isGCPointerType(Ty))
247     return true;
248   if (VectorType *VT = dyn_cast<VectorType>(Ty))
249     return isGCPointerType(VT->getScalarType());
250   if (ArrayType *AT = dyn_cast<ArrayType>(Ty))
251     return containsGCPtrType(AT->getElementType());
252   if (StructType *ST = dyn_cast<StructType>(Ty))
253     return any_of(ST->subtypes(), containsGCPtrType);
254   return false;
255 }
256
257 // Returns true if this is a type which a) is a gc pointer or contains a GC
258 // pointer and b) is of a type which the code doesn't expect (i.e. first class
259 // aggregates).  Used to trip assertions.
260 static bool isUnhandledGCPointerType(Type *Ty) {
261   return containsGCPtrType(Ty) && !isHandledGCPointerType(Ty);
262 }
263 #endif
264
265 // Return the name of the value suffixed with the provided value, or if the
266 // value didn't have a name, the default value specified.
267 static std::string suffixed_name_or(Value *V, StringRef Suffix,
268                                     StringRef DefaultName) {
269   return V->hasName() ? (V->getName() + Suffix).str() : DefaultName.str();
270 }
271
272 // Conservatively identifies any definitions which might be live at the
273 // given instruction. The  analysis is performed immediately before the
274 // given instruction. Values defined by that instruction are not considered
275 // live.  Values used by that instruction are considered live.
276 static void
277 analyzeParsePointLiveness(DominatorTree &DT,
278                           GCPtrLivenessData &OriginalLivenessData, CallSite CS,
279                           PartiallyConstructedSafepointRecord &Result) {
280   Instruction *Inst = CS.getInstruction();
281
282   StatepointLiveSetTy LiveSet;
283   findLiveSetAtInst(Inst, OriginalLivenessData, LiveSet);
284
285   if (PrintLiveSet) {
286     dbgs() << "Live Variables:\n";
287     for (Value *V : LiveSet)
288       dbgs() << " " << V->getName() << " " << *V << "\n";
289   }
290   if (PrintLiveSetSize) {
291     dbgs() << "Safepoint For: " << CS.getCalledValue()->getName() << "\n";
292     dbgs() << "Number live values: " << LiveSet.size() << "\n";
293   }
294   Result.LiveSet = LiveSet;
295 }
296
297 static bool isKnownBaseResult(Value *V);
298 namespace {
299 /// A single base defining value - An immediate base defining value for an
300 /// instruction 'Def' is an input to 'Def' whose base is also a base of 'Def'.
301 /// For instructions which have multiple pointer [vector] inputs or that
302 /// transition between vector and scalar types, there is no immediate base
303 /// defining value.  The 'base defining value' for 'Def' is the transitive
304 /// closure of this relation stopping at the first instruction which has no
305 /// immediate base defining value.  The b.d.v. might itself be a base pointer,
306 /// but it can also be an arbitrary derived pointer. 
307 struct BaseDefiningValueResult {
308   /// Contains the value which is the base defining value.
309   Value * const BDV;
310   /// True if the base defining value is also known to be an actual base
311   /// pointer.
312   const bool IsKnownBase;
313   BaseDefiningValueResult(Value *BDV, bool IsKnownBase)
314     : BDV(BDV), IsKnownBase(IsKnownBase) {
315 #ifndef NDEBUG
316     // Check consistency between new and old means of checking whether a BDV is
317     // a base.
318     bool MustBeBase = isKnownBaseResult(BDV);
319     assert(!MustBeBase || MustBeBase == IsKnownBase);
320 #endif
321   }
322 };
323 }
324
325 static BaseDefiningValueResult findBaseDefiningValue(Value *I);
326
327 /// Return a base defining value for the 'Index' element of the given vector
328 /// instruction 'I'.  If Index is null, returns a BDV for the entire vector
329 /// 'I'.  As an optimization, this method will try to determine when the 
330 /// element is known to already be a base pointer.  If this can be established,
331 /// the second value in the returned pair will be true.  Note that either a
332 /// vector or a pointer typed value can be returned.  For the former, the
333 /// vector returned is a BDV (and possibly a base) of the entire vector 'I'.
334 /// If the later, the return pointer is a BDV (or possibly a base) for the
335 /// particular element in 'I'.  
336 static BaseDefiningValueResult
337 findBaseDefiningValueOfVector(Value *I) {
338   // Each case parallels findBaseDefiningValue below, see that code for
339   // detailed motivation.
340
341   if (isa<Argument>(I))
342     // An incoming argument to the function is a base pointer
343     return BaseDefiningValueResult(I, true);
344
345   if (isa<Constant>(I))
346     // Base of constant vector consists only of constant null pointers. 
347     // For reasoning see similar case inside 'findBaseDefiningValue' function.
348     return BaseDefiningValueResult(ConstantAggregateZero::get(I->getType()),
349                                    true);
350
351   if (isa<LoadInst>(I))
352     return BaseDefiningValueResult(I, true);
353
354   if (isa<InsertElementInst>(I))
355     // We don't know whether this vector contains entirely base pointers or
356     // not.  To be conservatively correct, we treat it as a BDV and will
357     // duplicate code as needed to construct a parallel vector of bases.
358     return BaseDefiningValueResult(I, false);
359
360   if (isa<ShuffleVectorInst>(I))
361     // We don't know whether this vector contains entirely base pointers or
362     // not.  To be conservatively correct, we treat it as a BDV and will
363     // duplicate code as needed to construct a parallel vector of bases.
364     // TODO: There a number of local optimizations which could be applied here
365     // for particular sufflevector patterns.
366     return BaseDefiningValueResult(I, false);
367
368   // The behavior of getelementptr instructions is the same for vector and
369   // non-vector data types.
370   if (auto *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(I))
371     return findBaseDefiningValue(GEP->getPointerOperand());
372
373   // A PHI or Select is a base defining value.  The outer findBasePointer
374   // algorithm is responsible for constructing a base value for this BDV.
375   assert((isa<SelectInst>(I) || isa<PHINode>(I)) &&
376          "unknown vector instruction - no base found for vector element");
377   return BaseDefiningValueResult(I, false);
378 }
379
380 /// Helper function for findBasePointer - Will return a value which either a)
381 /// defines the base pointer for the input, b) blocks the simple search
382 /// (i.e. a PHI or Select of two derived pointers), or c) involves a change
383 /// from pointer to vector type or back.
384 static BaseDefiningValueResult findBaseDefiningValue(Value *I) {
385   assert(I->getType()->isPtrOrPtrVectorTy() &&
386          "Illegal to ask for the base pointer of a non-pointer type");
387
388   if (I->getType()->isVectorTy())
389     return findBaseDefiningValueOfVector(I);
390
391   if (isa<Argument>(I))
392     // An incoming argument to the function is a base pointer
393     // We should have never reached here if this argument isn't an gc value
394     return BaseDefiningValueResult(I, true);
395
396   if (isa<Constant>(I)) {
397     // We assume that objects with a constant base (e.g. a global) can't move
398     // and don't need to be reported to the collector because they are always
399     // live. Besides global references, all kinds of constants (e.g. undef, 
400     // constant expressions, null pointers) can be introduced by the inliner or
401     // the optimizer, especially on dynamically dead paths.
402     // Here we treat all of them as having single null base. By doing this we
403     // trying to avoid problems reporting various conflicts in a form of 
404     // "phi (const1, const2)" or "phi (const, regular gc ptr)".
405     // See constant.ll file for relevant test cases.
406
407     return BaseDefiningValueResult(
408         ConstantPointerNull::get(cast<PointerType>(I->getType())), true);
409   }
410
411   if (CastInst *CI = dyn_cast<CastInst>(I)) {
412     Value *Def = CI->stripPointerCasts();
413     // If stripping pointer casts changes the address space there is an
414     // addrspacecast in between.
415     assert(cast<PointerType>(Def->getType())->getAddressSpace() ==
416                cast<PointerType>(CI->getType())->getAddressSpace() &&
417            "unsupported addrspacecast");
418     // If we find a cast instruction here, it means we've found a cast which is
419     // not simply a pointer cast (i.e. an inttoptr).  We don't know how to
420     // handle int->ptr conversion.
421     assert(!isa<CastInst>(Def) && "shouldn't find another cast here");
422     return findBaseDefiningValue(Def);
423   }
424
425   if (isa<LoadInst>(I))
426     // The value loaded is an gc base itself
427     return BaseDefiningValueResult(I, true);
428   
429
430   if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(I))
431     // The base of this GEP is the base
432     return findBaseDefiningValue(GEP->getPointerOperand());
433
434   if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(I)) {
435     switch (II->getIntrinsicID()) {
436     default:
437       // fall through to general call handling
438       break;
439     case Intrinsic::experimental_gc_statepoint:
440       llvm_unreachable("statepoints don't produce pointers");
441     case Intrinsic::experimental_gc_relocate: {
442       // Rerunning safepoint insertion after safepoints are already
443       // inserted is not supported.  It could probably be made to work,
444       // but why are you doing this?  There's no good reason.
445       llvm_unreachable("repeat safepoint insertion is not supported");
446     }
447     case Intrinsic::gcroot:
448       // Currently, this mechanism hasn't been extended to work with gcroot.
449       // There's no reason it couldn't be, but I haven't thought about the
450       // implications much.
451       llvm_unreachable(
452           "interaction with the gcroot mechanism is not supported");
453     }
454   }
455   // We assume that functions in the source language only return base
456   // pointers.  This should probably be generalized via attributes to support
457   // both source language and internal functions.
458   if (isa<CallInst>(I) || isa<InvokeInst>(I))
459     return BaseDefiningValueResult(I, true);
460
461   // TODO: I have absolutely no idea how to implement this part yet.  It's not
462   // necessarily hard, I just haven't really looked at it yet.
463   assert(!isa<LandingPadInst>(I) && "Landing Pad is unimplemented");
464
465   if (isa<AtomicCmpXchgInst>(I))
466     // A CAS is effectively a atomic store and load combined under a
467     // predicate.  From the perspective of base pointers, we just treat it
468     // like a load.
469     return BaseDefiningValueResult(I, true);
470
471   assert(!isa<AtomicRMWInst>(I) && "Xchg handled above, all others are "
472                                    "binary ops which don't apply to pointers");
473
474   // The aggregate ops.  Aggregates can either be in the heap or on the
475   // stack, but in either case, this is simply a field load.  As a result,
476   // this is a defining definition of the base just like a load is.
477   if (isa<ExtractValueInst>(I))
478     return BaseDefiningValueResult(I, true);
479
480   // We should never see an insert vector since that would require we be
481   // tracing back a struct value not a pointer value.
482   assert(!isa<InsertValueInst>(I) &&
483          "Base pointer for a struct is meaningless");
484
485   // An extractelement produces a base result exactly when it's input does.
486   // We may need to insert a parallel instruction to extract the appropriate
487   // element out of the base vector corresponding to the input. Given this,
488   // it's analogous to the phi and select case even though it's not a merge.
489   if (isa<ExtractElementInst>(I))
490     // Note: There a lot of obvious peephole cases here.  This are deliberately
491     // handled after the main base pointer inference algorithm to make writing
492     // test cases to exercise that code easier.
493     return BaseDefiningValueResult(I, false);
494
495   // The last two cases here don't return a base pointer.  Instead, they
496   // return a value which dynamically selects from among several base
497   // derived pointers (each with it's own base potentially).  It's the job of
498   // the caller to resolve these.
499   assert((isa<SelectInst>(I) || isa<PHINode>(I)) &&
500          "missing instruction case in findBaseDefiningValing");
501   return BaseDefiningValueResult(I, false);
502 }
503
504 /// Returns the base defining value for this value.
505 static Value *findBaseDefiningValueCached(Value *I, DefiningValueMapTy &Cache) {
506   Value *&Cached = Cache[I];
507   if (!Cached) {
508     Cached = findBaseDefiningValue(I).BDV;
509     DEBUG(dbgs() << "fBDV-cached: " << I->getName() << " -> "
510                  << Cached->getName() << "\n");
511   }
512   assert(Cache[I] != nullptr);
513   return Cached;
514 }
515
516 /// Return a base pointer for this value if known.  Otherwise, return it's
517 /// base defining value.
518 static Value *findBaseOrBDV(Value *I, DefiningValueMapTy &Cache) {
519   Value *Def = findBaseDefiningValueCached(I, Cache);
520   auto Found = Cache.find(Def);
521   if (Found != Cache.end()) {
522     // Either a base-of relation, or a self reference.  Caller must check.
523     return Found->second;
524   }
525   // Only a BDV available
526   return Def;
527 }
528
529 /// Given the result of a call to findBaseDefiningValue, or findBaseOrBDV,
530 /// is it known to be a base pointer?  Or do we need to continue searching.
531 static bool isKnownBaseResult(Value *V) {
532   if (!isa<PHINode>(V) && !isa<SelectInst>(V) &&
533       !isa<ExtractElementInst>(V) && !isa<InsertElementInst>(V) &&
534       !isa<ShuffleVectorInst>(V)) {
535     // no recursion possible
536     return true;
537   }
538   if (isa<Instruction>(V) &&
539       cast<Instruction>(V)->getMetadata("is_base_value")) {
540     // This is a previously inserted base phi or select.  We know
541     // that this is a base value.
542     return true;
543   }
544
545   // We need to keep searching
546   return false;
547 }
548
549 namespace {
550 /// Models the state of a single base defining value in the findBasePointer
551 /// algorithm for determining where a new instruction is needed to propagate
552 /// the base of this BDV.
553 class BDVState {
554 public:
555   enum Status { Unknown, Base, Conflict };
556
557   BDVState() : Status(Unknown), BaseValue(nullptr) {}
558
559   explicit BDVState(Status Status, Value *BaseValue = nullptr)
560       : Status(Status), BaseValue(BaseValue) {
561     assert(Status != Base || BaseValue);
562   }
563
564   explicit BDVState(Value *BaseValue) : Status(Base), BaseValue(BaseValue) {}
565
566   Status getStatus() const { return Status; }
567   Value *getBaseValue() const { return BaseValue; }
568
569   bool isBase() const { return getStatus() == Base; }
570   bool isUnknown() const { return getStatus() == Unknown; }
571   bool isConflict() const { return getStatus() == Conflict; }
572
573   bool operator==(const BDVState &Other) const {
574     return BaseValue == Other.BaseValue && Status == Other.Status;
575   }
576
577   bool operator!=(const BDVState &other) const { return !(*this == other); }
578
579   LLVM_DUMP_METHOD
580   void dump() const {
581     print(dbgs());
582     dbgs() << '\n';
583   }
584
585   void print(raw_ostream &OS) const {
586     switch (getStatus()) {
587     case Unknown:
588       OS << "U";
589       break;
590     case Base:
591       OS << "B";
592       break;
593     case Conflict:
594       OS << "C";
595       break;
596     };
597     OS << " (" << getBaseValue() << " - "
598        << (getBaseValue() ? getBaseValue()->getName() : "nullptr") << "): ";
599   }
600
601 private:
602   Status Status;
603   AssertingVH<Value> BaseValue; // Non-null only if Status == Base.
604 };
605 }
606
607 #ifndef NDEBUG
608 static raw_ostream &operator<<(raw_ostream &OS, const BDVState &State) {
609   State.print(OS);
610   return OS;
611 }
612 #endif
613
614 static BDVState meetBDVStateImpl(const BDVState &LHS, const BDVState &RHS) {
615   switch (LHS.getStatus()) {
616   case BDVState::Unknown:
617     return RHS;
618
619   case BDVState::Base:
620     assert(LHS.getBaseValue() && "can't be null");
621     if (RHS.isUnknown())
622       return LHS;
623
624     if (RHS.isBase()) {
625       if (LHS.getBaseValue() == RHS.getBaseValue()) {
626         assert(LHS == RHS && "equality broken!");
627         return LHS;
628       }
629       return BDVState(BDVState::Conflict);
630     }
631     assert(RHS.isConflict() && "only three states!");
632     return BDVState(BDVState::Conflict);
633
634   case BDVState::Conflict:
635     return LHS;
636   }
637   llvm_unreachable("only three states!");
638 }
639
640 // Values of type BDVState form a lattice, and this function implements the meet
641 // operation.
642 static BDVState meetBDVState(const BDVState &LHS, const BDVState &RHS) {
643   BDVState Result = meetBDVStateImpl(LHS, RHS);
644   assert(Result == meetBDVStateImpl(RHS, LHS) &&
645          "Math is wrong: meet does not commute!");
646   return Result;
647 }
648
649 /// For a given value or instruction, figure out what base ptr its derived from.
650 /// For gc objects, this is simply itself.  On success, returns a value which is
651 /// the base pointer.  (This is reliable and can be used for relocation.)  On
652 /// failure, returns nullptr.
653 static Value *findBasePointer(Value *I, DefiningValueMapTy &Cache) {
654   Value *Def = findBaseOrBDV(I, Cache);
655
656   if (isKnownBaseResult(Def))
657     return Def;
658
659   // Here's the rough algorithm:
660   // - For every SSA value, construct a mapping to either an actual base
661   //   pointer or a PHI which obscures the base pointer.
662   // - Construct a mapping from PHI to unknown TOP state.  Use an
663   //   optimistic algorithm to propagate base pointer information.  Lattice
664   //   looks like:
665   //   UNKNOWN
666   //   b1 b2 b3 b4
667   //   CONFLICT
668   //   When algorithm terminates, all PHIs will either have a single concrete
669   //   base or be in a conflict state.
670   // - For every conflict, insert a dummy PHI node without arguments.  Add
671   //   these to the base[Instruction] = BasePtr mapping.  For every
672   //   non-conflict, add the actual base.
673   //  - For every conflict, add arguments for the base[a] of each input
674   //   arguments.
675   //
676   // Note: A simpler form of this would be to add the conflict form of all
677   // PHIs without running the optimistic algorithm.  This would be
678   // analogous to pessimistic data flow and would likely lead to an
679   // overall worse solution.
680
681 #ifndef NDEBUG
682   auto isExpectedBDVType = [](Value *BDV) {
683     return isa<PHINode>(BDV) || isa<SelectInst>(BDV) ||
684            isa<ExtractElementInst>(BDV) || isa<InsertElementInst>(BDV) ||
685            isa<ShuffleVectorInst>(BDV);
686   };
687 #endif
688
689   // Once populated, will contain a mapping from each potentially non-base BDV
690   // to a lattice value (described above) which corresponds to that BDV.
691   // We use the order of insertion (DFS over the def/use graph) to provide a
692   // stable deterministic ordering for visiting DenseMaps (which are unordered)
693   // below.  This is important for deterministic compilation.
694   MapVector<Value *, BDVState> States;
695
696   // Recursively fill in all base defining values reachable from the initial
697   // one for which we don't already know a definite base value for
698   /* scope */ {
699     SmallVector<Value*, 16> Worklist;
700     Worklist.push_back(Def);
701     States.insert({Def, BDVState()});
702     while (!Worklist.empty()) {
703       Value *Current = Worklist.pop_back_val();
704       assert(!isKnownBaseResult(Current) && "why did it get added?");
705
706       auto visitIncomingValue = [&](Value *InVal) {
707         Value *Base = findBaseOrBDV(InVal, Cache);
708         if (isKnownBaseResult(Base))
709           // Known bases won't need new instructions introduced and can be
710           // ignored safely
711           return;
712         assert(isExpectedBDVType(Base) && "the only non-base values "
713                "we see should be base defining values");
714         if (States.insert(std::make_pair(Base, BDVState())).second)
715           Worklist.push_back(Base);
716       };
717       if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(Current)) {
718         for (Value *InVal : PN->incoming_values())
719           visitIncomingValue(InVal);
720       } else if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(Current)) {
721         visitIncomingValue(SI->getTrueValue());
722         visitIncomingValue(SI->getFalseValue());
723       } else if (auto *EE = dyn_cast<ExtractElementInst>(Current)) {
724         visitIncomingValue(EE->getVectorOperand());
725       } else if (auto *IE = dyn_cast<InsertElementInst>(Current)) {
726         visitIncomingValue(IE->getOperand(0)); // vector operand
727         visitIncomingValue(IE->getOperand(1)); // scalar operand
728       } else if (auto *SV = dyn_cast<ShuffleVectorInst>(Current)) {
729         visitIncomingValue(SV->getOperand(0));
730         visitIncomingValue(SV->getOperand(1));
731       }
732       else {
733         llvm_unreachable("Unimplemented instruction case");
734       }
735     }
736   }
737
738 #ifndef NDEBUG
739   DEBUG(dbgs() << "States after initialization:\n");
740   for (auto Pair : States) {
741     DEBUG(dbgs() << " " << Pair.second << " for " << *Pair.first << "\n");
742   }
743 #endif
744
745   // Return a phi state for a base defining value.  We'll generate a new
746   // base state for known bases and expect to find a cached state otherwise.
747   auto getStateForBDV = [&](Value *baseValue) {
748     if (isKnownBaseResult(baseValue))
749       return BDVState(baseValue);
750     auto I = States.find(baseValue);
751     assert(I != States.end() && "lookup failed!");
752     return I->second;
753   };
754
755   bool Progress = true;
756   while (Progress) {
757 #ifndef NDEBUG
758     const size_t OldSize = States.size();
759 #endif
760     Progress = false;
761     // We're only changing values in this loop, thus safe to keep iterators.
762     // Since this is computing a fixed point, the order of visit does not
763     // effect the result.  TODO: We could use a worklist here and make this run
764     // much faster.
765     for (auto Pair : States) {
766       Value *BDV = Pair.first;
767       assert(!isKnownBaseResult(BDV) && "why did it get added?");
768
769       // Given an input value for the current instruction, return a BDVState
770       // instance which represents the BDV of that value.
771       auto getStateForInput = [&](Value *V) mutable {
772         Value *BDV = findBaseOrBDV(V, Cache);
773         return getStateForBDV(BDV);
774       };
775
776       BDVState NewState;
777       if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(BDV)) {
778         NewState = meetBDVState(NewState, getStateForInput(SI->getTrueValue()));
779         NewState =
780             meetBDVState(NewState, getStateForInput(SI->getFalseValue()));
781       } else if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(BDV)) {
782         for (Value *Val : PN->incoming_values())
783           NewState = meetBDVState(NewState, getStateForInput(Val));
784       } else if (auto *EE = dyn_cast<ExtractElementInst>(BDV)) {
785         // The 'meet' for an extractelement is slightly trivial, but it's still
786         // useful in that it drives us to conflict if our input is.
787         NewState =
788             meetBDVState(NewState, getStateForInput(EE->getVectorOperand()));
789       } else if (auto *IE = dyn_cast<InsertElementInst>(BDV)){
790         // Given there's a inherent type mismatch between the operands, will
791         // *always* produce Conflict.
792         NewState = meetBDVState(NewState, getStateForInput(IE->getOperand(0)));
793         NewState = meetBDVState(NewState, getStateForInput(IE->getOperand(1)));
794       } else {
795         // The only instance this does not return a Conflict is when both the
796         // vector operands are the same vector.
797         auto *SV = cast<ShuffleVectorInst>(BDV);
798         NewState = meetBDVState(NewState, getStateForInput(SV->getOperand(0)));
799         NewState = meetBDVState(NewState, getStateForInput(SV->getOperand(1)));
800       }
801
802       BDVState OldState = States[BDV];
803       if (OldState != NewState) {
804         Progress = true;
805         States[BDV] = NewState;
806       }
807     }
808
809     assert(OldSize == States.size() &&
810            "fixed point shouldn't be adding any new nodes to state");
811   }
812
813 #ifndef NDEBUG
814   DEBUG(dbgs() << "States after meet iteration:\n");
815   for (auto Pair : States) {
816     DEBUG(dbgs() << " " << Pair.second << " for " << *Pair.first << "\n");
817   }
818 #endif
819
820   // Insert Phis for all conflicts
821   // TODO: adjust naming patterns to avoid this order of iteration dependency
822   for (auto Pair : States) {
823     Instruction *I = cast<Instruction>(Pair.first);
824     BDVState State = Pair.second;
825     assert(!isKnownBaseResult(I) && "why did it get added?");
826     assert(!State.isUnknown() && "Optimistic algorithm didn't complete!");
827
828     // extractelement instructions are a bit special in that we may need to
829     // insert an extract even when we know an exact base for the instruction.
830     // The problem is that we need to convert from a vector base to a scalar
831     // base for the particular indice we're interested in.
832     if (State.isBase() && isa<ExtractElementInst>(I) &&
833         isa<VectorType>(State.getBaseValue()->getType())) {
834       auto *EE = cast<ExtractElementInst>(I);
835       // TODO: In many cases, the new instruction is just EE itself.  We should
836       // exploit this, but can't do it here since it would break the invariant
837       // about the BDV not being known to be a base.
838       auto *BaseInst = ExtractElementInst::Create(
839           State.getBaseValue(), EE->getIndexOperand(), "base_ee", EE);
840       BaseInst->setMetadata("is_base_value", MDNode::get(I->getContext(), {}));
841       States[I] = BDVState(BDVState::Base, BaseInst);
842     }
843
844     // Since we're joining a vector and scalar base, they can never be the
845     // same.  As a result, we should always see insert element having reached
846     // the conflict state.
847     assert(!isa<InsertElementInst>(I) || State.isConflict());
848
849     if (!State.isConflict())
850       continue;
851
852     /// Create and insert a new instruction which will represent the base of
853     /// the given instruction 'I'.
854     auto MakeBaseInstPlaceholder = [](Instruction *I) -> Instruction* {
855       if (isa<PHINode>(I)) {
856         BasicBlock *BB = I->getParent();
857         int NumPreds = std::distance(pred_begin(BB), pred_end(BB));
858         assert(NumPreds > 0 && "how did we reach here");
859         std::string Name = suffixed_name_or(I, ".base", "base_phi");
860         return PHINode::Create(I->getType(), NumPreds, Name, I);
861       } else if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(I)) {
862         // The undef will be replaced later
863         UndefValue *Undef = UndefValue::get(SI->getType());
864         std::string Name = suffixed_name_or(I, ".base", "base_select");
865         return SelectInst::Create(SI->getCondition(), Undef, Undef, Name, SI);
866       } else if (auto *EE = dyn_cast<ExtractElementInst>(I)) {
867         UndefValue *Undef = UndefValue::get(EE->getVectorOperand()->getType());
868         std::string Name = suffixed_name_or(I, ".base", "base_ee");
869         return ExtractElementInst::Create(Undef, EE->getIndexOperand(), Name,
870                                           EE);
871       } else if (auto *IE = dyn_cast<InsertElementInst>(I)) {
872         UndefValue *VecUndef = UndefValue::get(IE->getOperand(0)->getType());
873         UndefValue *ScalarUndef = UndefValue::get(IE->getOperand(1)->getType());
874         std::string Name = suffixed_name_or(I, ".base", "base_ie");
875         return InsertElementInst::Create(VecUndef, ScalarUndef,
876                                          IE->getOperand(2), Name, IE);
877       } else {
878         auto *SV = cast<ShuffleVectorInst>(I);
879         UndefValue *VecUndef = UndefValue::get(SV->getOperand(0)->getType());
880         std::string Name = suffixed_name_or(I, ".base", "base_sv");
881         return new ShuffleVectorInst(VecUndef, VecUndef, SV->getOperand(2),
882                                      Name, SV);
883       }
884     };
885     Instruction *BaseInst = MakeBaseInstPlaceholder(I);
886     // Add metadata marking this as a base value
887     BaseInst->setMetadata("is_base_value", MDNode::get(I->getContext(), {}));
888     States[I] = BDVState(BDVState::Conflict, BaseInst);
889   }
890
891   // Returns a instruction which produces the base pointer for a given
892   // instruction.  The instruction is assumed to be an input to one of the BDVs
893   // seen in the inference algorithm above.  As such, we must either already
894   // know it's base defining value is a base, or have inserted a new
895   // instruction to propagate the base of it's BDV and have entered that newly
896   // introduced instruction into the state table.  In either case, we are
897   // assured to be able to determine an instruction which produces it's base
898   // pointer.
899   auto getBaseForInput = [&](Value *Input, Instruction *InsertPt) {
900     Value *BDV = findBaseOrBDV(Input, Cache);
901     Value *Base = nullptr;
902     if (isKnownBaseResult(BDV)) {
903       Base = BDV;
904     } else {
905       // Either conflict or base.
906       assert(States.count(BDV));
907       Base = States[BDV].getBaseValue();
908     }
909     assert(Base && "Can't be null");
910     // The cast is needed since base traversal may strip away bitcasts
911     if (Base->getType() != Input->getType() && InsertPt)
912       Base = new BitCastInst(Base, Input->getType(), "cast", InsertPt);
913     return Base;
914   };
915
916   // Fixup all the inputs of the new PHIs.  Visit order needs to be
917   // deterministic and predictable because we're naming newly created
918   // instructions.
919   for (auto Pair : States) {
920     Instruction *BDV = cast<Instruction>(Pair.first);
921     BDVState State = Pair.second;
922
923     assert(!isKnownBaseResult(BDV) && "why did it get added?");
924     assert(!State.isUnknown() && "Optimistic algorithm didn't complete!");
925     if (!State.isConflict())
926       continue;
927
928     if (PHINode *BasePHI = dyn_cast<PHINode>(State.getBaseValue())) {
929       PHINode *PN = cast<PHINode>(BDV);
930       unsigned NumPHIValues = PN->getNumIncomingValues();
931       for (unsigned i = 0; i < NumPHIValues; i++) {
932         Value *InVal = PN->getIncomingValue(i);
933         BasicBlock *InBB = PN->getIncomingBlock(i);
934
935         // If we've already seen InBB, add the same incoming value
936         // we added for it earlier.  The IR verifier requires phi
937         // nodes with multiple entries from the same basic block
938         // to have the same incoming value for each of those
939         // entries.  If we don't do this check here and basephi
940         // has a different type than base, we'll end up adding two
941         // bitcasts (and hence two distinct values) as incoming
942         // values for the same basic block.
943
944         int BlockIndex = BasePHI->getBasicBlockIndex(InBB);
945         if (BlockIndex != -1) {
946           Value *OldBase = BasePHI->getIncomingValue(BlockIndex);
947           BasePHI->addIncoming(OldBase, InBB);
948
949 #ifndef NDEBUG
950           Value *Base = getBaseForInput(InVal, nullptr);
951           // In essence this assert states: the only way two values
952           // incoming from the same basic block may be different is by
953           // being different bitcasts of the same value.  A cleanup
954           // that remains TODO is changing findBaseOrBDV to return an
955           // llvm::Value of the correct type (and still remain pure).
956           // This will remove the need to add bitcasts.
957           assert(Base->stripPointerCasts() == OldBase->stripPointerCasts() &&
958                  "Sanity -- findBaseOrBDV should be pure!");
959 #endif
960           continue;
961         }
962
963         // Find the instruction which produces the base for each input.  We may
964         // need to insert a bitcast in the incoming block.
965         // TODO: Need to split critical edges if insertion is needed
966         Value *Base = getBaseForInput(InVal, InBB->getTerminator());
967         BasePHI->addIncoming(Base, InBB);
968       }
969       assert(BasePHI->getNumIncomingValues() == NumPHIValues);
970     } else if (SelectInst *BaseSI =
971                    dyn_cast<SelectInst>(State.getBaseValue())) {
972       SelectInst *SI = cast<SelectInst>(BDV);
973
974       // Find the instruction which produces the base for each input.
975       // We may need to insert a bitcast.
976       BaseSI->setTrueValue(getBaseForInput(SI->getTrueValue(), BaseSI));
977       BaseSI->setFalseValue(getBaseForInput(SI->getFalseValue(), BaseSI));
978     } else if (auto *BaseEE =
979                    dyn_cast<ExtractElementInst>(State.getBaseValue())) {
980       Value *InVal = cast<ExtractElementInst>(BDV)->getVectorOperand();
981       // Find the instruction which produces the base for each input.  We may
982       // need to insert a bitcast.
983       BaseEE->setOperand(0, getBaseForInput(InVal, BaseEE));
984     } else if (auto *BaseIE = dyn_cast<InsertElementInst>(State.getBaseValue())){
985       auto *BdvIE = cast<InsertElementInst>(BDV);
986       auto UpdateOperand = [&](int OperandIdx) {
987         Value *InVal = BdvIE->getOperand(OperandIdx);
988         Value *Base = getBaseForInput(InVal, BaseIE);
989         BaseIE->setOperand(OperandIdx, Base);
990       };
991       UpdateOperand(0); // vector operand
992       UpdateOperand(1); // scalar operand
993     } else {
994       auto *BaseSV = cast<ShuffleVectorInst>(State.getBaseValue());
995       auto *BdvSV = cast<ShuffleVectorInst>(BDV);
996       auto UpdateOperand = [&](int OperandIdx) {
997         Value *InVal = BdvSV->getOperand(OperandIdx);
998         Value *Base = getBaseForInput(InVal, BaseSV);
999         BaseSV->setOperand(OperandIdx, Base);
1000       };
1001       UpdateOperand(0); // vector operand
1002       UpdateOperand(1); // vector operand
1003     }
1004   }
1005
1006   // Cache all of our results so we can cheaply reuse them
1007   // NOTE: This is actually two caches: one of the base defining value
1008   // relation and one of the base pointer relation!  FIXME
1009   for (auto Pair : States) {
1010     auto *BDV = Pair.first;
1011     Value *Base = Pair.second.getBaseValue();
1012     assert(BDV && Base);
1013     assert(!isKnownBaseResult(BDV) && "why did it get added?");
1014
1015     DEBUG(dbgs() << "Updating base value cache"
1016                  << " for: " << BDV->getName() << " from: "
1017                  << (Cache.count(BDV) ? Cache[BDV]->getName().str() : "none")
1018                  << " to: " << Base->getName() << "\n");
1019
1020     if (Cache.count(BDV)) {
1021       assert(isKnownBaseResult(Base) &&
1022              "must be something we 'know' is a base pointer");
1023       // Once we transition from the BDV relation being store in the Cache to
1024       // the base relation being stored, it must be stable
1025       assert((!isKnownBaseResult(Cache[BDV]) || Cache[BDV] == Base) &&
1026              "base relation should be stable");
1027     }
1028     Cache[BDV] = Base;
1029   }
1030   assert(Cache.count(Def));
1031   return Cache[Def];
1032 }
1033
1034 // For a set of live pointers (base and/or derived), identify the base
1035 // pointer of the object which they are derived from.  This routine will
1036 // mutate the IR graph as needed to make the 'base' pointer live at the
1037 // definition site of 'derived'.  This ensures that any use of 'derived' can
1038 // also use 'base'.  This may involve the insertion of a number of
1039 // additional PHI nodes.
1040 //
1041 // preconditions: live is a set of pointer type Values
1042 //
1043 // side effects: may insert PHI nodes into the existing CFG, will preserve
1044 // CFG, will not remove or mutate any existing nodes
1045 //
1046 // post condition: PointerToBase contains one (derived, base) pair for every
1047 // pointer in live.  Note that derived can be equal to base if the original
1048 // pointer was a base pointer.
1049 static void
1050 findBasePointers(const StatepointLiveSetTy &live,
1051                  MapVector<Value *, Value *> &PointerToBase,
1052                  DominatorTree *DT, DefiningValueMapTy &DVCache) {
1053   for (Value *ptr : live) {
1054     Value *base = findBasePointer(ptr, DVCache);
1055     assert(base && "failed to find base pointer");
1056     PointerToBase[ptr] = base;
1057     assert((!isa<Instruction>(base) || !isa<Instruction>(ptr) ||
1058             DT->dominates(cast<Instruction>(base)->getParent(),
1059                           cast<Instruction>(ptr)->getParent())) &&
1060            "The base we found better dominate the derived pointer");
1061   }
1062 }
1063
1064 /// Find the required based pointers (and adjust the live set) for the given
1065 /// parse point.
1066 static void findBasePointers(DominatorTree &DT, DefiningValueMapTy &DVCache,
1067                              CallSite CS,
1068                              PartiallyConstructedSafepointRecord &result) {
1069   MapVector<Value *, Value *> PointerToBase;
1070   findBasePointers(result.LiveSet, PointerToBase, &DT, DVCache);
1071
1072   if (PrintBasePointers) {
1073     errs() << "Base Pairs (w/o Relocation):\n";
1074     for (auto &Pair : PointerToBase) {
1075       errs() << " derived ";
1076       Pair.first->printAsOperand(errs(), false);
1077       errs() << " base ";
1078       Pair.second->printAsOperand(errs(), false);
1079       errs() << "\n";;
1080     }
1081   }
1082
1083   result.PointerToBase = PointerToBase;
1084 }
1085
1086 /// Given an updated version of the dataflow liveness results, update the
1087 /// liveset and base pointer maps for the call site CS.
1088 static void recomputeLiveInValues(GCPtrLivenessData &RevisedLivenessData,
1089                                   CallSite CS,
1090                                   PartiallyConstructedSafepointRecord &result);
1091
1092 static void recomputeLiveInValues(
1093     Function &F, DominatorTree &DT, ArrayRef<CallSite> toUpdate,
1094     MutableArrayRef<struct PartiallyConstructedSafepointRecord> records) {
1095   // TODO-PERF: reuse the original liveness, then simply run the dataflow
1096   // again.  The old values are still live and will help it stabilize quickly.
1097   GCPtrLivenessData RevisedLivenessData;
1098   computeLiveInValues(DT, F, RevisedLivenessData);
1099   for (size_t i = 0; i < records.size(); i++) {
1100     struct PartiallyConstructedSafepointRecord &info = records[i];
1101     recomputeLiveInValues(RevisedLivenessData, toUpdate[i], info);
1102   }
1103 }
1104
1105 // When inserting gc.relocate and gc.result calls, we need to ensure there are
1106 // no uses of the original value / return value between the gc.statepoint and
1107 // the gc.relocate / gc.result call.  One case which can arise is a phi node
1108 // starting one of the successor blocks.  We also need to be able to insert the
1109 // gc.relocates only on the path which goes through the statepoint.  We might
1110 // need to split an edge to make this possible.
1111 static BasicBlock *
1112 normalizeForInvokeSafepoint(BasicBlock *BB, BasicBlock *InvokeParent,
1113                             DominatorTree &DT) {
1114   BasicBlock *Ret = BB;
1115   if (!BB->getUniquePredecessor())
1116     Ret = SplitBlockPredecessors(BB, InvokeParent, "", &DT);
1117
1118   // Now that 'Ret' has unique predecessor we can safely remove all phi nodes
1119   // from it
1120   FoldSingleEntryPHINodes(Ret);
1121   assert(!isa<PHINode>(Ret->begin()) &&
1122          "All PHI nodes should have been removed!");
1123
1124   // At this point, we can safely insert a gc.relocate or gc.result as the first
1125   // instruction in Ret if needed.
1126   return Ret;
1127 }
1128
1129 // Create new attribute set containing only attributes which can be transferred
1130 // from original call to the safepoint.
1131 static AttributeList legalizeCallAttributes(AttributeList AL) {
1132   if (AL.isEmpty())
1133     return AL;
1134
1135   // Remove the readonly, readnone, and statepoint function attributes.
1136   AttrBuilder FnAttrs = AL.getFnAttributes();
1137   FnAttrs.removeAttribute(Attribute::ReadNone);
1138   FnAttrs.removeAttribute(Attribute::ReadOnly);
1139   for (Attribute A : AL.getFnAttributes()) {
1140     if (isStatepointDirectiveAttr(A))
1141       FnAttrs.remove(A);
1142   }
1143
1144   // Just skip parameter and return attributes for now
1145   LLVMContext &Ctx = AL.getContext();
1146   return AttributeList::get(Ctx, AttributeList::FunctionIndex,
1147                             AttributeSet::get(Ctx, FnAttrs));
1148 }
1149
1150 /// Helper function to place all gc relocates necessary for the given
1151 /// statepoint.
1152 /// Inputs:
1153 ///   liveVariables - list of variables to be relocated.
1154 ///   liveStart - index of the first live variable.
1155 ///   basePtrs - base pointers.
1156 ///   statepointToken - statepoint instruction to which relocates should be
1157 ///   bound.
1158 ///   Builder - Llvm IR builder to be used to construct new calls.
1159 static void CreateGCRelocates(ArrayRef<Value *> LiveVariables,
1160                               const int LiveStart,
1161                               ArrayRef<Value *> BasePtrs,
1162                               Instruction *StatepointToken,
1163                               IRBuilder<> Builder) {
1164   if (LiveVariables.empty())
1165     return;
1166
1167   auto FindIndex = [](ArrayRef<Value *> LiveVec, Value *Val) {
1168     auto ValIt = find(LiveVec, Val);
1169     assert(ValIt != LiveVec.end() && "Val not found in LiveVec!");
1170     size_t Index = std::distance(LiveVec.begin(), ValIt);
1171     assert(Index < LiveVec.size() && "Bug in std::find?");
1172     return Index;
1173   };
1174   Module *M = StatepointToken->getModule();
1175   
1176   // All gc_relocate are generated as i8 addrspace(1)* (or a vector type whose
1177   // element type is i8 addrspace(1)*). We originally generated unique
1178   // declarations for each pointer type, but this proved problematic because
1179   // the intrinsic mangling code is incomplete and fragile.  Since we're moving
1180   // towards a single unified pointer type anyways, we can just cast everything
1181   // to an i8* of the right address space.  A bitcast is added later to convert
1182   // gc_relocate to the actual value's type.  
1183   auto getGCRelocateDecl = [&] (Type *Ty) {
1184     assert(isHandledGCPointerType(Ty));
1185     auto AS = Ty->getScalarType()->getPointerAddressSpace();
1186     Type *NewTy = Type::getInt8PtrTy(M->getContext(), AS);
1187     if (auto *VT = dyn_cast<VectorType>(Ty))
1188       NewTy = VectorType::get(NewTy, VT->getNumElements());
1189     return Intrinsic::getDeclaration(M, Intrinsic::experimental_gc_relocate,
1190                                      {NewTy});
1191   };
1192
1193   // Lazily populated map from input types to the canonicalized form mentioned
1194   // in the comment above.  This should probably be cached somewhere more
1195   // broadly.
1196   DenseMap<Type*, Value*> TypeToDeclMap;
1197
1198   for (unsigned i = 0; i < LiveVariables.size(); i++) {
1199     // Generate the gc.relocate call and save the result
1200     Value *BaseIdx =
1201       Builder.getInt32(LiveStart + FindIndex(LiveVariables, BasePtrs[i]));
1202     Value *LiveIdx = Builder.getInt32(LiveStart + i);
1203
1204     Type *Ty = LiveVariables[i]->getType();
1205     if (!TypeToDeclMap.count(Ty))
1206       TypeToDeclMap[Ty] = getGCRelocateDecl(Ty);
1207     Value *GCRelocateDecl = TypeToDeclMap[Ty];
1208
1209     // only specify a debug name if we can give a useful one
1210     CallInst *Reloc = Builder.CreateCall(
1211         GCRelocateDecl, {StatepointToken, BaseIdx, LiveIdx},
1212         suffixed_name_or(LiveVariables[i], ".relocated", ""));
1213     // Trick CodeGen into thinking there are lots of free registers at this
1214     // fake call.
1215     Reloc->setCallingConv(CallingConv::Cold);
1216   }
1217 }
1218
1219 namespace {
1220
1221 /// This struct is used to defer RAUWs and `eraseFromParent` s.  Using this
1222 /// avoids having to worry about keeping around dangling pointers to Values.
1223 class DeferredReplacement {
1224   AssertingVH<Instruction> Old;
1225   AssertingVH<Instruction> New;
1226   bool IsDeoptimize = false;
1227
1228   DeferredReplacement() {}
1229
1230 public:
1231   static DeferredReplacement createRAUW(Instruction *Old, Instruction *New) {
1232     assert(Old != New && Old && New &&
1233            "Cannot RAUW equal values or to / from null!");
1234
1235     DeferredReplacement D;
1236     D.Old = Old;
1237     D.New = New;
1238     return D;
1239   }
1240
1241   static DeferredReplacement createDelete(Instruction *ToErase) {
1242     DeferredReplacement D;
1243     D.Old = ToErase;
1244     return D;
1245   }
1246
1247   static DeferredReplacement createDeoptimizeReplacement(Instruction *Old) {
1248 #ifndef NDEBUG
1249     auto *F = cast<CallInst>(Old)->getCalledFunction();
1250     assert(F && F->getIntrinsicID() == Intrinsic::experimental_deoptimize &&
1251            "Only way to construct a deoptimize deferred replacement");
1252 #endif
1253     DeferredReplacement D;
1254     D.Old = Old;
1255     D.IsDeoptimize = true;
1256     return D;
1257   }
1258
1259   /// Does the task represented by this instance.
1260   void doReplacement() {
1261     Instruction *OldI = Old;
1262     Instruction *NewI = New;
1263
1264     assert(OldI != NewI && "Disallowed at construction?!");
1265     assert((!IsDeoptimize || !New) &&
1266            "Deoptimize instrinsics are not replaced!");
1267
1268     Old = nullptr;
1269     New = nullptr;
1270
1271     if (NewI)
1272       OldI->replaceAllUsesWith(NewI);
1273
1274     if (IsDeoptimize) {
1275       // Note: we've inserted instructions, so the call to llvm.deoptimize may
1276       // not necessarilly be followed by the matching return.
1277       auto *RI = cast<ReturnInst>(OldI->getParent()->getTerminator());
1278       new UnreachableInst(RI->getContext(), RI);
1279       RI->eraseFromParent();
1280     }
1281
1282     OldI->eraseFromParent();
1283   }
1284 };
1285 }
1286
1287 static StringRef getDeoptLowering(CallSite CS) {
1288   const char *DeoptLowering = "deopt-lowering";
1289   if (CS.hasFnAttr(DeoptLowering)) {
1290     // FIXME: CallSite has a *really* confusing interface around attributes
1291     // with values.
1292     const AttributeList &CSAS = CS.getAttributes();
1293     if (CSAS.hasAttribute(AttributeList::FunctionIndex, DeoptLowering))
1294       return CSAS.getAttribute(AttributeList::FunctionIndex, DeoptLowering)
1295           .getValueAsString();
1296     Function *F = CS.getCalledFunction();
1297     assert(F && F->hasFnAttribute(DeoptLowering));
1298     return F->getFnAttribute(DeoptLowering).getValueAsString();
1299   }
1300   return "live-through";
1301 }
1302     
1303
1304 static void
1305 makeStatepointExplicitImpl(const CallSite CS, /* to replace */
1306                            const SmallVectorImpl<Value *> &BasePtrs,
1307                            const SmallVectorImpl<Value *> &LiveVariables,
1308                            PartiallyConstructedSafepointRecord &Result,
1309                            std::vector<DeferredReplacement> &Replacements) {
1310   assert(BasePtrs.size() == LiveVariables.size());
1311
1312   // Then go ahead and use the builder do actually do the inserts.  We insert
1313   // immediately before the previous instruction under the assumption that all
1314   // arguments will be available here.  We can't insert afterwards since we may
1315   // be replacing a terminator.
1316   Instruction *InsertBefore = CS.getInstruction();
1317   IRBuilder<> Builder(InsertBefore);
1318
1319   ArrayRef<Value *> GCArgs(LiveVariables);
1320   uint64_t StatepointID = StatepointDirectives::DefaultStatepointID;
1321   uint32_t NumPatchBytes = 0;
1322   uint32_t Flags = uint32_t(StatepointFlags::None);
1323
1324   ArrayRef<Use> CallArgs(CS.arg_begin(), CS.arg_end());
1325   ArrayRef<Use> DeoptArgs = GetDeoptBundleOperands(CS);
1326   ArrayRef<Use> TransitionArgs;
1327   if (auto TransitionBundle =
1328       CS.getOperandBundle(LLVMContext::OB_gc_transition)) {
1329     Flags |= uint32_t(StatepointFlags::GCTransition);
1330     TransitionArgs = TransitionBundle->Inputs;
1331   }
1332
1333   // Instead of lowering calls to @llvm.experimental.deoptimize as normal calls
1334   // with a return value, we lower then as never returning calls to
1335   // __llvm_deoptimize that are followed by unreachable to get better codegen.
1336   bool IsDeoptimize = false;
1337
1338   StatepointDirectives SD =
1339       parseStatepointDirectivesFromAttrs(CS.getAttributes());
1340   if (SD.NumPatchBytes)
1341     NumPatchBytes = *SD.NumPatchBytes;
1342   if (SD.StatepointID)
1343     StatepointID = *SD.StatepointID;
1344
1345   // Pass through the requested lowering if any.  The default is live-through.
1346   StringRef DeoptLowering = getDeoptLowering(CS);
1347   if (DeoptLowering.equals("live-in"))
1348     Flags |= uint32_t(StatepointFlags::DeoptLiveIn);
1349   else {
1350     assert(DeoptLowering.equals("live-through") && "Unsupported value!");
1351   }
1352
1353   Value *CallTarget = CS.getCalledValue();
1354   if (Function *F = dyn_cast<Function>(CallTarget)) {
1355     if (F->getIntrinsicID() == Intrinsic::experimental_deoptimize) {
1356       // Calls to llvm.experimental.deoptimize are lowered to calls to the
1357       // __llvm_deoptimize symbol.  We want to resolve this now, since the
1358       // verifier does not allow taking the address of an intrinsic function.
1359
1360       SmallVector<Type *, 8> DomainTy;
1361       for (Value *Arg : CallArgs)
1362         DomainTy.push_back(Arg->getType());
1363       auto *FTy = FunctionType::get(Type::getVoidTy(F->getContext()), DomainTy,
1364                                     /* isVarArg = */ false);
1365
1366       // Note: CallTarget can be a bitcast instruction of a symbol if there are
1367       // calls to @llvm.experimental.deoptimize with different argument types in
1368       // the same module.  This is fine -- we assume the frontend knew what it
1369       // was doing when generating this kind of IR.
1370       CallTarget =
1371           F->getParent()->getOrInsertFunction("__llvm_deoptimize", FTy);
1372
1373       IsDeoptimize = true;
1374     }
1375   }
1376
1377   // Create the statepoint given all the arguments
1378   Instruction *Token = nullptr;
1379   if (CS.isCall()) {
1380     CallInst *ToReplace = cast<CallInst>(CS.getInstruction());
1381     CallInst *Call = Builder.CreateGCStatepointCall(
1382         StatepointID, NumPatchBytes, CallTarget, Flags, CallArgs,
1383         TransitionArgs, DeoptArgs, GCArgs, "safepoint_token");
1384
1385     Call->setTailCallKind(ToReplace->getTailCallKind());
1386     Call->setCallingConv(ToReplace->getCallingConv());
1387
1388     // Currently we will fail on parameter attributes and on certain
1389     // function attributes.  In case if we can handle this set of attributes -
1390     // set up function attrs directly on statepoint and return attrs later for
1391     // gc_result intrinsic.
1392     Call->setAttributes(legalizeCallAttributes(ToReplace->getAttributes()));
1393
1394     Token = Call;
1395
1396     // Put the following gc_result and gc_relocate calls immediately after the
1397     // the old call (which we're about to delete)
1398     assert(ToReplace->getNextNode() && "Not a terminator, must have next!");
1399     Builder.SetInsertPoint(ToReplace->getNextNode());
1400     Builder.SetCurrentDebugLocation(ToReplace->getNextNode()->getDebugLoc());
1401   } else {
1402     InvokeInst *ToReplace = cast<InvokeInst>(CS.getInstruction());
1403
1404     // Insert the new invoke into the old block.  We'll remove the old one in a
1405     // moment at which point this will become the new terminator for the
1406     // original block.
1407     InvokeInst *Invoke = Builder.CreateGCStatepointInvoke(
1408         StatepointID, NumPatchBytes, CallTarget, ToReplace->getNormalDest(),
1409         ToReplace->getUnwindDest(), Flags, CallArgs, TransitionArgs, DeoptArgs,
1410         GCArgs, "statepoint_token");
1411
1412     Invoke->setCallingConv(ToReplace->getCallingConv());
1413
1414     // Currently we will fail on parameter attributes and on certain
1415     // function attributes.  In case if we can handle this set of attributes -
1416     // set up function attrs directly on statepoint and return attrs later for
1417     // gc_result intrinsic.
1418     Invoke->setAttributes(legalizeCallAttributes(ToReplace->getAttributes()));
1419
1420     Token = Invoke;
1421
1422     // Generate gc relocates in exceptional path
1423     BasicBlock *UnwindBlock = ToReplace->getUnwindDest();
1424     assert(!isa<PHINode>(UnwindBlock->begin()) &&
1425            UnwindBlock->getUniquePredecessor() &&
1426            "can't safely insert in this block!");
1427
1428     Builder.SetInsertPoint(&*UnwindBlock->getFirstInsertionPt());
1429     Builder.SetCurrentDebugLocation(ToReplace->getDebugLoc());
1430
1431     // Attach exceptional gc relocates to the landingpad.
1432     Instruction *ExceptionalToken = UnwindBlock->getLandingPadInst();
1433     Result.UnwindToken = ExceptionalToken;
1434
1435     const unsigned LiveStartIdx = Statepoint(Token).gcArgsStartIdx();
1436     CreateGCRelocates(LiveVariables, LiveStartIdx, BasePtrs, ExceptionalToken,
1437                       Builder);
1438
1439     // Generate gc relocates and returns for normal block
1440     BasicBlock *NormalDest = ToReplace->getNormalDest();
1441     assert(!isa<PHINode>(NormalDest->begin()) &&
1442            NormalDest->getUniquePredecessor() &&
1443            "can't safely insert in this block!");
1444
1445     Builder.SetInsertPoint(&*NormalDest->getFirstInsertionPt());
1446
1447     // gc relocates will be generated later as if it were regular call
1448     // statepoint
1449   }
1450   assert(Token && "Should be set in one of the above branches!");
1451
1452   if (IsDeoptimize) {
1453     // If we're wrapping an @llvm.experimental.deoptimize in a statepoint, we
1454     // transform the tail-call like structure to a call to a void function
1455     // followed by unreachable to get better codegen.
1456     Replacements.push_back(
1457         DeferredReplacement::createDeoptimizeReplacement(CS.getInstruction()));
1458   } else {
1459     Token->setName("statepoint_token");
1460     if (!CS.getType()->isVoidTy() && !CS.getInstruction()->use_empty()) {
1461       StringRef Name =
1462           CS.getInstruction()->hasName() ? CS.getInstruction()->getName() : "";
1463       CallInst *GCResult = Builder.CreateGCResult(Token, CS.getType(), Name);
1464       GCResult->setAttributes(
1465           AttributeList::get(GCResult->getContext(), AttributeList::ReturnIndex,
1466                              CS.getAttributes().getRetAttributes()));
1467
1468       // We cannot RAUW or delete CS.getInstruction() because it could be in the
1469       // live set of some other safepoint, in which case that safepoint's
1470       // PartiallyConstructedSafepointRecord will hold a raw pointer to this
1471       // llvm::Instruction.  Instead, we defer the replacement and deletion to
1472       // after the live sets have been made explicit in the IR, and we no longer
1473       // have raw pointers to worry about.
1474       Replacements.emplace_back(
1475           DeferredReplacement::createRAUW(CS.getInstruction(), GCResult));
1476     } else {
1477       Replacements.emplace_back(
1478           DeferredReplacement::createDelete(CS.getInstruction()));
1479     }
1480   }
1481
1482   Result.StatepointToken = Token;
1483
1484   // Second, create a gc.relocate for every live variable
1485   const unsigned LiveStartIdx = Statepoint(Token).gcArgsStartIdx();
1486   CreateGCRelocates(LiveVariables, LiveStartIdx, BasePtrs, Token, Builder);
1487 }
1488
1489 // Replace an existing gc.statepoint with a new one and a set of gc.relocates
1490 // which make the relocations happening at this safepoint explicit.
1491 //
1492 // WARNING: Does not do any fixup to adjust users of the original live
1493 // values.  That's the callers responsibility.
1494 static void
1495 makeStatepointExplicit(DominatorTree &DT, CallSite CS,
1496                        PartiallyConstructedSafepointRecord &Result,
1497                        std::vector<DeferredReplacement> &Replacements) {
1498   const auto &LiveSet = Result.LiveSet;
1499   const auto &PointerToBase = Result.PointerToBase;
1500
1501   // Convert to vector for efficient cross referencing.
1502   SmallVector<Value *, 64> BaseVec, LiveVec;
1503   LiveVec.reserve(LiveSet.size());
1504   BaseVec.reserve(LiveSet.size());
1505   for (Value *L : LiveSet) {
1506     LiveVec.push_back(L);
1507     assert(PointerToBase.count(L));
1508     Value *Base = PointerToBase.find(L)->second;
1509     BaseVec.push_back(Base);
1510   }
1511   assert(LiveVec.size() == BaseVec.size());
1512
1513   // Do the actual rewriting and delete the old statepoint
1514   makeStatepointExplicitImpl(CS, BaseVec, LiveVec, Result, Replacements);
1515 }
1516
1517 // Helper function for the relocationViaAlloca.
1518 //
1519 // It receives iterator to the statepoint gc relocates and emits a store to the
1520 // assigned location (via allocaMap) for the each one of them.  It adds the
1521 // visited values into the visitedLiveValues set, which we will later use them
1522 // for sanity checking.
1523 static void
1524 insertRelocationStores(iterator_range<Value::user_iterator> GCRelocs,
1525                        DenseMap<Value *, Value *> &AllocaMap,
1526                        DenseSet<Value *> &VisitedLiveValues) {
1527
1528   for (User *U : GCRelocs) {
1529     GCRelocateInst *Relocate = dyn_cast<GCRelocateInst>(U);
1530     if (!Relocate)
1531       continue;
1532
1533     Value *OriginalValue = Relocate->getDerivedPtr();
1534     assert(AllocaMap.count(OriginalValue));
1535     Value *Alloca = AllocaMap[OriginalValue];
1536
1537     // Emit store into the related alloca
1538     // All gc_relocates are i8 addrspace(1)* typed, and it must be bitcasted to
1539     // the correct type according to alloca.
1540     assert(Relocate->getNextNode() &&
1541            "Should always have one since it's not a terminator");
1542     IRBuilder<> Builder(Relocate->getNextNode());
1543     Value *CastedRelocatedValue =
1544       Builder.CreateBitCast(Relocate,
1545                             cast<AllocaInst>(Alloca)->getAllocatedType(),
1546                             suffixed_name_or(Relocate, ".casted", ""));
1547
1548     StoreInst *Store = new StoreInst(CastedRelocatedValue, Alloca);
1549     Store->insertAfter(cast<Instruction>(CastedRelocatedValue));
1550
1551 #ifndef NDEBUG
1552     VisitedLiveValues.insert(OriginalValue);
1553 #endif
1554   }
1555 }
1556
1557 // Helper function for the "relocationViaAlloca". Similar to the
1558 // "insertRelocationStores" but works for rematerialized values.
1559 static void insertRematerializationStores(
1560     const RematerializedValueMapTy &RematerializedValues,
1561     DenseMap<Value *, Value *> &AllocaMap,
1562     DenseSet<Value *> &VisitedLiveValues) {
1563
1564   for (auto RematerializedValuePair: RematerializedValues) {
1565     Instruction *RematerializedValue = RematerializedValuePair.first;
1566     Value *OriginalValue = RematerializedValuePair.second;
1567
1568     assert(AllocaMap.count(OriginalValue) &&
1569            "Can not find alloca for rematerialized value");
1570     Value *Alloca = AllocaMap[OriginalValue];
1571
1572     StoreInst *Store = new StoreInst(RematerializedValue, Alloca);
1573     Store->insertAfter(RematerializedValue);
1574
1575 #ifndef NDEBUG
1576     VisitedLiveValues.insert(OriginalValue);
1577 #endif
1578   }
1579 }
1580
1581 /// Do all the relocation update via allocas and mem2reg
1582 static void relocationViaAlloca(
1583     Function &F, DominatorTree &DT, ArrayRef<Value *> Live,
1584     ArrayRef<PartiallyConstructedSafepointRecord> Records) {
1585 #ifndef NDEBUG
1586   // record initial number of (static) allocas; we'll check we have the same
1587   // number when we get done.
1588   int InitialAllocaNum = 0;
1589   for (Instruction &I : F.getEntryBlock())
1590     if (isa<AllocaInst>(I))
1591       InitialAllocaNum++;
1592 #endif
1593
1594   // TODO-PERF: change data structures, reserve
1595   DenseMap<Value *, Value *> AllocaMap;
1596   SmallVector<AllocaInst *, 200> PromotableAllocas;
1597   // Used later to chack that we have enough allocas to store all values
1598   std::size_t NumRematerializedValues = 0;
1599   PromotableAllocas.reserve(Live.size());
1600
1601   // Emit alloca for "LiveValue" and record it in "allocaMap" and
1602   // "PromotableAllocas"
1603   const DataLayout &DL = F.getParent()->getDataLayout();
1604   auto emitAllocaFor = [&](Value *LiveValue) {
1605     AllocaInst *Alloca = new AllocaInst(LiveValue->getType(),
1606                                         DL.getAllocaAddrSpace(), "",
1607                                         F.getEntryBlock().getFirstNonPHI());
1608     AllocaMap[LiveValue] = Alloca;
1609     PromotableAllocas.push_back(Alloca);
1610   };
1611
1612   // Emit alloca for each live gc pointer
1613   for (Value *V : Live)
1614     emitAllocaFor(V);
1615
1616   // Emit allocas for rematerialized values
1617   for (const auto &Info : Records)
1618     for (auto RematerializedValuePair : Info.RematerializedValues) {
1619       Value *OriginalValue = RematerializedValuePair.second;
1620       if (AllocaMap.count(OriginalValue) != 0)
1621         continue;
1622
1623       emitAllocaFor(OriginalValue);
1624       ++NumRematerializedValues;
1625     }
1626
1627   // The next two loops are part of the same conceptual operation.  We need to
1628   // insert a store to the alloca after the original def and at each
1629   // redefinition.  We need to insert a load before each use.  These are split
1630   // into distinct loops for performance reasons.
1631
1632   // Update gc pointer after each statepoint: either store a relocated value or
1633   // null (if no relocated value was found for this gc pointer and it is not a
1634   // gc_result).  This must happen before we update the statepoint with load of
1635   // alloca otherwise we lose the link between statepoint and old def.
1636   for (const auto &Info : Records) {
1637     Value *Statepoint = Info.StatepointToken;
1638
1639     // This will be used for consistency check
1640     DenseSet<Value *> VisitedLiveValues;
1641
1642     // Insert stores for normal statepoint gc relocates
1643     insertRelocationStores(Statepoint->users(), AllocaMap, VisitedLiveValues);
1644
1645     // In case if it was invoke statepoint
1646     // we will insert stores for exceptional path gc relocates.
1647     if (isa<InvokeInst>(Statepoint)) {
1648       insertRelocationStores(Info.UnwindToken->users(), AllocaMap,
1649                              VisitedLiveValues);
1650     }
1651
1652     // Do similar thing with rematerialized values
1653     insertRematerializationStores(Info.RematerializedValues, AllocaMap,
1654                                   VisitedLiveValues);
1655
1656     if (ClobberNonLive) {
1657       // As a debugging aid, pretend that an unrelocated pointer becomes null at
1658       // the gc.statepoint.  This will turn some subtle GC problems into
1659       // slightly easier to debug SEGVs.  Note that on large IR files with
1660       // lots of gc.statepoints this is extremely costly both memory and time
1661       // wise.
1662       SmallVector<AllocaInst *, 64> ToClobber;
1663       for (auto Pair : AllocaMap) {
1664         Value *Def = Pair.first;
1665         AllocaInst *Alloca = cast<AllocaInst>(Pair.second);
1666
1667         // This value was relocated
1668         if (VisitedLiveValues.count(Def)) {
1669           continue;
1670         }
1671         ToClobber.push_back(Alloca);
1672       }
1673
1674       auto InsertClobbersAt = [&](Instruction *IP) {
1675         for (auto *AI : ToClobber) {
1676           auto PT = cast<PointerType>(AI->getAllocatedType());
1677           Constant *CPN = ConstantPointerNull::get(PT);
1678           StoreInst *Store = new StoreInst(CPN, AI);
1679           Store->insertBefore(IP);
1680         }
1681       };
1682
1683       // Insert the clobbering stores.  These may get intermixed with the
1684       // gc.results and gc.relocates, but that's fine.
1685       if (auto II = dyn_cast<InvokeInst>(Statepoint)) {
1686         InsertClobbersAt(&*II->getNormalDest()->getFirstInsertionPt());
1687         InsertClobbersAt(&*II->getUnwindDest()->getFirstInsertionPt());
1688       } else {
1689         InsertClobbersAt(cast<Instruction>(Statepoint)->getNextNode());
1690       }
1691     }
1692   }
1693
1694   // Update use with load allocas and add store for gc_relocated.
1695   for (auto Pair : AllocaMap) {
1696     Value *Def = Pair.first;
1697     Value *Alloca = Pair.second;
1698
1699     // We pre-record the uses of allocas so that we dont have to worry about
1700     // later update that changes the user information..
1701
1702     SmallVector<Instruction *, 20> Uses;
1703     // PERF: trade a linear scan for repeated reallocation
1704     Uses.reserve(std::distance(Def->user_begin(), Def->user_end()));
1705     for (User *U : Def->users()) {
1706       if (!isa<ConstantExpr>(U)) {
1707         // If the def has a ConstantExpr use, then the def is either a
1708         // ConstantExpr use itself or null.  In either case
1709         // (recursively in the first, directly in the second), the oop
1710         // it is ultimately dependent on is null and this particular
1711         // use does not need to be fixed up.
1712         Uses.push_back(cast<Instruction>(U));
1713       }
1714     }
1715
1716     std::sort(Uses.begin(), Uses.end());
1717     auto Last = std::unique(Uses.begin(), Uses.end());
1718     Uses.erase(Last, Uses.end());
1719
1720     for (Instruction *Use : Uses) {
1721       if (isa<PHINode>(Use)) {
1722         PHINode *Phi = cast<PHINode>(Use);
1723         for (unsigned i = 0; i < Phi->getNumIncomingValues(); i++) {
1724           if (Def == Phi->getIncomingValue(i)) {
1725             LoadInst *Load = new LoadInst(
1726                 Alloca, "", Phi->getIncomingBlock(i)->getTerminator());
1727             Phi->setIncomingValue(i, Load);
1728           }
1729         }
1730       } else {
1731         LoadInst *Load = new LoadInst(Alloca, "", Use);
1732         Use->replaceUsesOfWith(Def, Load);
1733       }
1734     }
1735
1736     // Emit store for the initial gc value.  Store must be inserted after load,
1737     // otherwise store will be in alloca's use list and an extra load will be
1738     // inserted before it.
1739     StoreInst *Store = new StoreInst(Def, Alloca);
1740     if (Instruction *Inst = dyn_cast<Instruction>(Def)) {
1741       if (InvokeInst *Invoke = dyn_cast<InvokeInst>(Inst)) {
1742         // InvokeInst is a TerminatorInst so the store need to be inserted
1743         // into its normal destination block.
1744         BasicBlock *NormalDest = Invoke->getNormalDest();
1745         Store->insertBefore(NormalDest->getFirstNonPHI());
1746       } else {
1747         assert(!Inst->isTerminator() &&
1748                "The only TerminatorInst that can produce a value is "
1749                "InvokeInst which is handled above.");
1750         Store->insertAfter(Inst);
1751       }
1752     } else {
1753       assert(isa<Argument>(Def));
1754       Store->insertAfter(cast<Instruction>(Alloca));
1755     }
1756   }
1757
1758   assert(PromotableAllocas.size() == Live.size() + NumRematerializedValues &&
1759          "we must have the same allocas with lives");
1760   if (!PromotableAllocas.empty()) {
1761     // Apply mem2reg to promote alloca to SSA
1762     PromoteMemToReg(PromotableAllocas, DT);
1763   }
1764
1765 #ifndef NDEBUG
1766   for (auto &I : F.getEntryBlock())
1767     if (isa<AllocaInst>(I))
1768       InitialAllocaNum--;
1769   assert(InitialAllocaNum == 0 && "We must not introduce any extra allocas");
1770 #endif
1771 }
1772
1773 /// Implement a unique function which doesn't require we sort the input
1774 /// vector.  Doing so has the effect of changing the output of a couple of
1775 /// tests in ways which make them less useful in testing fused safepoints.
1776 template <typename T> static void unique_unsorted(SmallVectorImpl<T> &Vec) {
1777   SmallSet<T, 8> Seen;
1778   Vec.erase(remove_if(Vec, [&](const T &V) { return !Seen.insert(V).second; }),
1779             Vec.end());
1780 }
1781
1782 /// Insert holders so that each Value is obviously live through the entire
1783 /// lifetime of the call.
1784 static void insertUseHolderAfter(CallSite &CS, const ArrayRef<Value *> Values,
1785                                  SmallVectorImpl<CallInst *> &Holders) {
1786   if (Values.empty())
1787     // No values to hold live, might as well not insert the empty holder
1788     return;
1789
1790   Module *M = CS.getInstruction()->getModule();
1791   // Use a dummy vararg function to actually hold the values live
1792   Function *Func = cast<Function>(M->getOrInsertFunction(
1793       "__tmp_use", FunctionType::get(Type::getVoidTy(M->getContext()), true)));
1794   if (CS.isCall()) {
1795     // For call safepoints insert dummy calls right after safepoint
1796     Holders.push_back(CallInst::Create(Func, Values, "",
1797                                        &*++CS.getInstruction()->getIterator()));
1798     return;
1799   }
1800   // For invoke safepooints insert dummy calls both in normal and
1801   // exceptional destination blocks
1802   auto *II = cast<InvokeInst>(CS.getInstruction());
1803   Holders.push_back(CallInst::Create(
1804       Func, Values, "", &*II->getNormalDest()->getFirstInsertionPt()));
1805   Holders.push_back(CallInst::Create(
1806       Func, Values, "", &*II->getUnwindDest()->getFirstInsertionPt()));
1807 }
1808
1809 static void findLiveReferences(
1810     Function &F, DominatorTree &DT, ArrayRef<CallSite> toUpdate,
1811     MutableArrayRef<struct PartiallyConstructedSafepointRecord> records) {
1812   GCPtrLivenessData OriginalLivenessData;
1813   computeLiveInValues(DT, F, OriginalLivenessData);
1814   for (size_t i = 0; i < records.size(); i++) {
1815     struct PartiallyConstructedSafepointRecord &info = records[i];
1816     analyzeParsePointLiveness(DT, OriginalLivenessData, toUpdate[i], info);
1817   }
1818 }
1819
1820 // Helper function for the "rematerializeLiveValues". It walks use chain
1821 // starting from the "CurrentValue" until it reaches the root of the chain, i.e.
1822 // the base or a value it cannot process. Only "simple" values are processed
1823 // (currently it is GEP's and casts). The returned root is  examined by the
1824 // callers of findRematerializableChainToBasePointer.  Fills "ChainToBase" array
1825 // with all visited values.
1826 static Value* findRematerializableChainToBasePointer(
1827   SmallVectorImpl<Instruction*> &ChainToBase,
1828   Value *CurrentValue) {
1829
1830   if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(CurrentValue)) {
1831     ChainToBase.push_back(GEP);
1832     return findRematerializableChainToBasePointer(ChainToBase,
1833                                                   GEP->getPointerOperand());
1834   }
1835
1836   if (CastInst *CI = dyn_cast<CastInst>(CurrentValue)) {
1837     if (!CI->isNoopCast(CI->getModule()->getDataLayout()))
1838       return CI;
1839
1840     ChainToBase.push_back(CI);
1841     return findRematerializableChainToBasePointer(ChainToBase,
1842                                                   CI->getOperand(0));
1843   }
1844
1845   // We have reached the root of the chain, which is either equal to the base or
1846   // is the first unsupported value along the use chain.
1847   return CurrentValue;
1848 }
1849
1850 // Helper function for the "rematerializeLiveValues". Compute cost of the use
1851 // chain we are going to rematerialize.
1852 static unsigned
1853 chainToBasePointerCost(SmallVectorImpl<Instruction*> &Chain,
1854                        TargetTransformInfo &TTI) {
1855   unsigned Cost = 0;
1856
1857   for (Instruction *Instr : Chain) {
1858     if (CastInst *CI = dyn_cast<CastInst>(Instr)) {
1859       assert(CI->isNoopCast(CI->getModule()->getDataLayout()) &&
1860              "non noop cast is found during rematerialization");
1861
1862       Type *SrcTy = CI->getOperand(0)->getType();
1863       Cost += TTI.getCastInstrCost(CI->getOpcode(), CI->getType(), SrcTy, CI);
1864
1865     } else if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(Instr)) {
1866       // Cost of the address calculation
1867       Type *ValTy = GEP->getSourceElementType();
1868       Cost += TTI.getAddressComputationCost(ValTy);
1869
1870       // And cost of the GEP itself
1871       // TODO: Use TTI->getGEPCost here (it exists, but appears to be not
1872       //       allowed for the external usage)
1873       if (!GEP->hasAllConstantIndices())
1874         Cost += 2;
1875
1876     } else {
1877       llvm_unreachable("unsupported instruciton type during rematerialization");
1878     }
1879   }
1880
1881   return Cost;
1882 }
1883
1884 static bool AreEquivalentPhiNodes(PHINode &OrigRootPhi, PHINode &AlternateRootPhi) {
1885
1886   unsigned PhiNum = OrigRootPhi.getNumIncomingValues();
1887   if (PhiNum != AlternateRootPhi.getNumIncomingValues() ||
1888       OrigRootPhi.getParent() != AlternateRootPhi.getParent())
1889     return false;
1890   // Map of incoming values and their corresponding basic blocks of
1891   // OrigRootPhi.
1892   SmallDenseMap<Value *, BasicBlock *, 8> CurrentIncomingValues;
1893   for (unsigned i = 0; i < PhiNum; i++)
1894     CurrentIncomingValues[OrigRootPhi.getIncomingValue(i)] =
1895         OrigRootPhi.getIncomingBlock(i);
1896
1897   // Both current and base PHIs should have same incoming values and
1898   // the same basic blocks corresponding to the incoming values.
1899   for (unsigned i = 0; i < PhiNum; i++) {
1900     auto CIVI =
1901         CurrentIncomingValues.find(AlternateRootPhi.getIncomingValue(i));
1902     if (CIVI == CurrentIncomingValues.end())
1903       return false;
1904     BasicBlock *CurrentIncomingBB = CIVI->second;
1905     if (CurrentIncomingBB != AlternateRootPhi.getIncomingBlock(i))
1906       return false;
1907   }
1908   return true;
1909
1910 }
1911
1912 // From the statepoint live set pick values that are cheaper to recompute then
1913 // to relocate. Remove this values from the live set, rematerialize them after
1914 // statepoint and record them in "Info" structure. Note that similar to
1915 // relocated values we don't do any user adjustments here.
1916 static void rematerializeLiveValues(CallSite CS,
1917                                     PartiallyConstructedSafepointRecord &Info,
1918                                     TargetTransformInfo &TTI) {
1919   const unsigned int ChainLengthThreshold = 10;
1920
1921   // Record values we are going to delete from this statepoint live set.
1922   // We can not di this in following loop due to iterator invalidation.
1923   SmallVector<Value *, 32> LiveValuesToBeDeleted;
1924
1925   for (Value *LiveValue: Info.LiveSet) {
1926     // For each live pointer find it's defining chain
1927     SmallVector<Instruction *, 3> ChainToBase;
1928     assert(Info.PointerToBase.count(LiveValue));
1929     Value *RootOfChain =
1930       findRematerializableChainToBasePointer(ChainToBase,
1931                                              LiveValue);
1932
1933     // Nothing to do, or chain is too long
1934     if ( ChainToBase.size() == 0 ||
1935         ChainToBase.size() > ChainLengthThreshold)
1936       continue;
1937
1938     // Handle the scenario where the RootOfChain is not equal to the
1939     // Base Value, but they are essentially the same phi values.
1940     if (RootOfChain != Info.PointerToBase[LiveValue]) {
1941       PHINode *OrigRootPhi = dyn_cast<PHINode>(RootOfChain);
1942       PHINode *AlternateRootPhi = dyn_cast<PHINode>(Info.PointerToBase[LiveValue]);
1943       if (!OrigRootPhi || !AlternateRootPhi)
1944         continue;
1945       // PHI nodes that have the same incoming values, and belonging to the same
1946       // basic blocks are essentially the same SSA value.  When the original phi
1947       // has incoming values with different base pointers, the original phi is
1948       // marked as conflict, and an additional `AlternateRootPhi` with the same
1949       // incoming values get generated by the findBasePointer function. We need
1950       // to identify the newly generated AlternateRootPhi (.base version of phi)
1951       // and RootOfChain (the original phi node itself) are the same, so that we
1952       // can rematerialize the gep and casts. This is a workaround for the
1953       // deficieny in the findBasePointer algorithm.
1954       if (!AreEquivalentPhiNodes(*OrigRootPhi, *AlternateRootPhi))
1955         continue;
1956       // Now that the phi nodes are proved to be the same, assert that
1957       // findBasePointer's newly generated AlternateRootPhi is present in the
1958       // liveset of the call.
1959       assert(Info.LiveSet.count(AlternateRootPhi));
1960     }
1961     // Compute cost of this chain
1962     unsigned Cost = chainToBasePointerCost(ChainToBase, TTI);
1963     // TODO: We can also account for cases when we will be able to remove some
1964     //       of the rematerialized values by later optimization passes. I.e if
1965     //       we rematerialized several intersecting chains. Or if original values
1966     //       don't have any uses besides this statepoint.
1967
1968     // For invokes we need to rematerialize each chain twice - for normal and
1969     // for unwind basic blocks. Model this by multiplying cost by two.
1970     if (CS.isInvoke()) {
1971       Cost *= 2;
1972     }
1973     // If it's too expensive - skip it
1974     if (Cost >= RematerializationThreshold)
1975       continue;
1976
1977     // Remove value from the live set
1978     LiveValuesToBeDeleted.push_back(LiveValue);
1979
1980     // Clone instructions and record them inside "Info" structure
1981
1982     // Walk backwards to visit top-most instructions first
1983     std::reverse(ChainToBase.begin(), ChainToBase.end());
1984
1985     // Utility function which clones all instructions from "ChainToBase"
1986     // and inserts them before "InsertBefore". Returns rematerialized value
1987     // which should be used after statepoint.
1988     auto rematerializeChain = [&ChainToBase](
1989         Instruction *InsertBefore, Value *RootOfChain, Value *AlternateLiveBase) {
1990       Instruction *LastClonedValue = nullptr;
1991       Instruction *LastValue = nullptr;
1992       for (Instruction *Instr: ChainToBase) {
1993         // Only GEP's and casts are suported as we need to be careful to not
1994         // introduce any new uses of pointers not in the liveset.
1995         // Note that it's fine to introduce new uses of pointers which were
1996         // otherwise not used after this statepoint.
1997         assert(isa<GetElementPtrInst>(Instr) || isa<CastInst>(Instr));
1998
1999         Instruction *ClonedValue = Instr->clone();
2000         ClonedValue->insertBefore(InsertBefore);
2001         ClonedValue->setName(Instr->getName() + ".remat");
2002
2003         // If it is not first instruction in the chain then it uses previously
2004         // cloned value. We should update it to use cloned value.
2005         if (LastClonedValue) {
2006           assert(LastValue);
2007           ClonedValue->replaceUsesOfWith(LastValue, LastClonedValue);
2008 #ifndef NDEBUG
2009           for (auto OpValue : ClonedValue->operand_values()) {
2010             // Assert that cloned instruction does not use any instructions from
2011             // this chain other than LastClonedValue
2012             assert(!is_contained(ChainToBase, OpValue) &&
2013                    "incorrect use in rematerialization chain");
2014             // Assert that the cloned instruction does not use the RootOfChain
2015             // or the AlternateLiveBase.
2016             assert(OpValue != RootOfChain && OpValue != AlternateLiveBase);
2017           }
2018 #endif
2019         } else {
2020           // For the first instruction, replace the use of unrelocated base i.e.
2021           // RootOfChain/OrigRootPhi, with the corresponding PHI present in the
2022           // live set. They have been proved to be the same PHI nodes.  Note
2023           // that the *only* use of the RootOfChain in the ChainToBase list is
2024           // the first Value in the list.
2025           if (RootOfChain != AlternateLiveBase)
2026             ClonedValue->replaceUsesOfWith(RootOfChain, AlternateLiveBase);
2027         }
2028
2029         LastClonedValue = ClonedValue;
2030         LastValue = Instr;
2031       }
2032       assert(LastClonedValue);
2033       return LastClonedValue;
2034     };
2035
2036     // Different cases for calls and invokes. For invokes we need to clone
2037     // instructions both on normal and unwind path.
2038     if (CS.isCall()) {
2039       Instruction *InsertBefore = CS.getInstruction()->getNextNode();
2040       assert(InsertBefore);
2041       Instruction *RematerializedValue = rematerializeChain(
2042           InsertBefore, RootOfChain, Info.PointerToBase[LiveValue]);
2043       Info.RematerializedValues[RematerializedValue] = LiveValue;
2044     } else {
2045       InvokeInst *Invoke = cast<InvokeInst>(CS.getInstruction());
2046
2047       Instruction *NormalInsertBefore =
2048           &*Invoke->getNormalDest()->getFirstInsertionPt();
2049       Instruction *UnwindInsertBefore =
2050           &*Invoke->getUnwindDest()->getFirstInsertionPt();
2051
2052       Instruction *NormalRematerializedValue = rematerializeChain(
2053           NormalInsertBefore, RootOfChain, Info.PointerToBase[LiveValue]);
2054       Instruction *UnwindRematerializedValue = rematerializeChain(
2055           UnwindInsertBefore, RootOfChain, Info.PointerToBase[LiveValue]);
2056
2057       Info.RematerializedValues[NormalRematerializedValue] = LiveValue;
2058       Info.RematerializedValues[UnwindRematerializedValue] = LiveValue;
2059     }
2060   }
2061
2062   // Remove rematerializaed values from the live set
2063   for (auto LiveValue: LiveValuesToBeDeleted) {
2064     Info.LiveSet.remove(LiveValue);
2065   }
2066 }
2067
2068 static bool insertParsePoints(Function &F, DominatorTree &DT,
2069                               TargetTransformInfo &TTI,
2070                               SmallVectorImpl<CallSite> &ToUpdate) {
2071 #ifndef NDEBUG
2072   // sanity check the input
2073   std::set<CallSite> Uniqued;
2074   Uniqued.insert(ToUpdate.begin(), ToUpdate.end());
2075   assert(Uniqued.size() == ToUpdate.size() && "no duplicates please!");
2076
2077   for (CallSite CS : ToUpdate)
2078     assert(CS.getInstruction()->getFunction() == &F);
2079 #endif
2080
2081   // When inserting gc.relocates for invokes, we need to be able to insert at
2082   // the top of the successor blocks.  See the comment on
2083   // normalForInvokeSafepoint on exactly what is needed.  Note that this step
2084   // may restructure the CFG.
2085   for (CallSite CS : ToUpdate) {
2086     if (!CS.isInvoke())
2087       continue;
2088     auto *II = cast<InvokeInst>(CS.getInstruction());
2089     normalizeForInvokeSafepoint(II->getNormalDest(), II->getParent(), DT);
2090     normalizeForInvokeSafepoint(II->getUnwindDest(), II->getParent(), DT);
2091   }
2092
2093   // A list of dummy calls added to the IR to keep various values obviously
2094   // live in the IR.  We'll remove all of these when done.
2095   SmallVector<CallInst *, 64> Holders;
2096
2097   // Insert a dummy call with all of the arguments to the vm_state we'll need
2098   // for the actual safepoint insertion.  This ensures reference arguments in
2099   // the deopt argument list are considered live through the safepoint (and
2100   // thus makes sure they get relocated.)
2101   for (CallSite CS : ToUpdate) {
2102     SmallVector<Value *, 64> DeoptValues;
2103
2104     for (Value *Arg : GetDeoptBundleOperands(CS)) {
2105       assert(!isUnhandledGCPointerType(Arg->getType()) &&
2106              "support for FCA unimplemented");
2107       if (isHandledGCPointerType(Arg->getType()))
2108         DeoptValues.push_back(Arg);
2109     }
2110
2111     insertUseHolderAfter(CS, DeoptValues, Holders);
2112   }
2113
2114   SmallVector<PartiallyConstructedSafepointRecord, 64> Records(ToUpdate.size());
2115
2116   // A) Identify all gc pointers which are statically live at the given call
2117   // site.
2118   findLiveReferences(F, DT, ToUpdate, Records);
2119
2120   // B) Find the base pointers for each live pointer
2121   /* scope for caching */ {
2122     // Cache the 'defining value' relation used in the computation and
2123     // insertion of base phis and selects.  This ensures that we don't insert
2124     // large numbers of duplicate base_phis.
2125     DefiningValueMapTy DVCache;
2126
2127     for (size_t i = 0; i < Records.size(); i++) {
2128       PartiallyConstructedSafepointRecord &info = Records[i];
2129       findBasePointers(DT, DVCache, ToUpdate[i], info);
2130     }
2131   } // end of cache scope
2132
2133   // The base phi insertion logic (for any safepoint) may have inserted new
2134   // instructions which are now live at some safepoint.  The simplest such
2135   // example is:
2136   // loop:
2137   //   phi a  <-- will be a new base_phi here
2138   //   safepoint 1 <-- that needs to be live here
2139   //   gep a + 1
2140   //   safepoint 2
2141   //   br loop
2142   // We insert some dummy calls after each safepoint to definitely hold live
2143   // the base pointers which were identified for that safepoint.  We'll then
2144   // ask liveness for _every_ base inserted to see what is now live.  Then we
2145   // remove the dummy calls.
2146   Holders.reserve(Holders.size() + Records.size());
2147   for (size_t i = 0; i < Records.size(); i++) {
2148     PartiallyConstructedSafepointRecord &Info = Records[i];
2149
2150     SmallVector<Value *, 128> Bases;
2151     for (auto Pair : Info.PointerToBase)
2152       Bases.push_back(Pair.second);
2153
2154     insertUseHolderAfter(ToUpdate[i], Bases, Holders);
2155   }
2156
2157   // By selecting base pointers, we've effectively inserted new uses. Thus, we
2158   // need to rerun liveness.  We may *also* have inserted new defs, but that's
2159   // not the key issue.
2160   recomputeLiveInValues(F, DT, ToUpdate, Records);
2161
2162   if (PrintBasePointers) {
2163     for (auto &Info : Records) {
2164       errs() << "Base Pairs: (w/Relocation)\n";
2165       for (auto Pair : Info.PointerToBase) {
2166         errs() << " derived ";
2167         Pair.first->printAsOperand(errs(), false);
2168         errs() << " base ";
2169         Pair.second->printAsOperand(errs(), false);
2170         errs() << "\n";
2171       }
2172     }
2173   }
2174
2175   // It is possible that non-constant live variables have a constant base.  For
2176   // example, a GEP with a variable offset from a global.  In this case we can
2177   // remove it from the liveset.  We already don't add constants to the liveset
2178   // because we assume they won't move at runtime and the GC doesn't need to be
2179   // informed about them.  The same reasoning applies if the base is constant.
2180   // Note that the relocation placement code relies on this filtering for
2181   // correctness as it expects the base to be in the liveset, which isn't true
2182   // if the base is constant.
2183   for (auto &Info : Records)
2184     for (auto &BasePair : Info.PointerToBase)
2185       if (isa<Constant>(BasePair.second))
2186         Info.LiveSet.remove(BasePair.first);
2187
2188   for (CallInst *CI : Holders)
2189     CI->eraseFromParent();
2190
2191   Holders.clear();
2192
2193   // In order to reduce live set of statepoint we might choose to rematerialize
2194   // some values instead of relocating them. This is purely an optimization and
2195   // does not influence correctness.
2196   for (size_t i = 0; i < Records.size(); i++)
2197     rematerializeLiveValues(ToUpdate[i], Records[i], TTI);
2198
2199   // We need this to safely RAUW and delete call or invoke return values that
2200   // may themselves be live over a statepoint.  For details, please see usage in
2201   // makeStatepointExplicitImpl.
2202   std::vector<DeferredReplacement> Replacements;
2203
2204   // Now run through and replace the existing statepoints with new ones with
2205   // the live variables listed.  We do not yet update uses of the values being
2206   // relocated. We have references to live variables that need to
2207   // survive to the last iteration of this loop.  (By construction, the
2208   // previous statepoint can not be a live variable, thus we can and remove
2209   // the old statepoint calls as we go.)
2210   for (size_t i = 0; i < Records.size(); i++)
2211     makeStatepointExplicit(DT, ToUpdate[i], Records[i], Replacements);
2212
2213   ToUpdate.clear(); // prevent accident use of invalid CallSites
2214
2215   for (auto &PR : Replacements)
2216     PR.doReplacement();
2217
2218   Replacements.clear();
2219
2220   for (auto &Info : Records) {
2221     // These live sets may contain state Value pointers, since we replaced calls
2222     // with operand bundles with calls wrapped in gc.statepoint, and some of
2223     // those calls may have been def'ing live gc pointers.  Clear these out to
2224     // avoid accidentally using them.
2225     //
2226     // TODO: We should create a separate data structure that does not contain
2227     // these live sets, and migrate to using that data structure from this point
2228     // onward.
2229     Info.LiveSet.clear();
2230     Info.PointerToBase.clear();
2231   }
2232
2233   // Do all the fixups of the original live variables to their relocated selves
2234   SmallVector<Value *, 128> Live;
2235   for (size_t i = 0; i < Records.size(); i++) {
2236     PartiallyConstructedSafepointRecord &Info = Records[i];
2237
2238     // We can't simply save the live set from the original insertion.  One of
2239     // the live values might be the result of a call which needs a safepoint.
2240     // That Value* no longer exists and we need to use the new gc_result.
2241     // Thankfully, the live set is embedded in the statepoint (and updated), so
2242     // we just grab that.
2243     Statepoint Statepoint(Info.StatepointToken);
2244     Live.insert(Live.end(), Statepoint.gc_args_begin(),
2245                 Statepoint.gc_args_end());
2246 #ifndef NDEBUG
2247     // Do some basic sanity checks on our liveness results before performing
2248     // relocation.  Relocation can and will turn mistakes in liveness results
2249     // into non-sensical code which is must harder to debug.
2250     // TODO: It would be nice to test consistency as well
2251     assert(DT.isReachableFromEntry(Info.StatepointToken->getParent()) &&
2252            "statepoint must be reachable or liveness is meaningless");
2253     for (Value *V : Statepoint.gc_args()) {
2254       if (!isa<Instruction>(V))
2255         // Non-instruction values trivial dominate all possible uses
2256         continue;
2257       auto *LiveInst = cast<Instruction>(V);
2258       assert(DT.isReachableFromEntry(LiveInst->getParent()) &&
2259              "unreachable values should never be live");
2260       assert(DT.dominates(LiveInst, Info.StatepointToken) &&
2261              "basic SSA liveness expectation violated by liveness analysis");
2262     }
2263 #endif
2264   }
2265   unique_unsorted(Live);
2266
2267 #ifndef NDEBUG
2268   // sanity check
2269   for (auto *Ptr : Live)
2270     assert(isHandledGCPointerType(Ptr->getType()) &&
2271            "must be a gc pointer type");
2272 #endif
2273
2274   relocationViaAlloca(F, DT, Live, Records);
2275   return !Records.empty();
2276 }
2277
2278 // Handles both return values and arguments for Functions and CallSites.
2279 template <typename AttrHolder>
2280 static void RemoveNonValidAttrAtIndex(LLVMContext &Ctx, AttrHolder &AH,
2281                                       unsigned Index) {
2282   AttrBuilder R;
2283   if (AH.getDereferenceableBytes(Index))
2284     R.addAttribute(Attribute::get(Ctx, Attribute::Dereferenceable,
2285                                   AH.getDereferenceableBytes(Index)));
2286   if (AH.getDereferenceableOrNullBytes(Index))
2287     R.addAttribute(Attribute::get(Ctx, Attribute::DereferenceableOrNull,
2288                                   AH.getDereferenceableOrNullBytes(Index)));
2289   if (AH.getAttributes().hasAttribute(Index, Attribute::NoAlias))
2290     R.addAttribute(Attribute::NoAlias);
2291
2292   if (!R.empty())
2293     AH.setAttributes(AH.getAttributes().removeAttributes(Ctx, Index, R));
2294 }
2295
2296 void
2297 RewriteStatepointsForGC::stripNonValidAttributesFromPrototype(Function &F) {
2298   LLVMContext &Ctx = F.getContext();
2299
2300   for (Argument &A : F.args())
2301     if (isa<PointerType>(A.getType()))
2302       RemoveNonValidAttrAtIndex(Ctx, F,
2303                                 A.getArgNo() + AttributeList::FirstArgIndex);
2304
2305   if (isa<PointerType>(F.getReturnType()))
2306     RemoveNonValidAttrAtIndex(Ctx, F, AttributeList::ReturnIndex);
2307 }
2308
2309 void RewriteStatepointsForGC::stripNonValidAttributesFromBody(Function &F) {
2310   if (F.empty())
2311     return;
2312
2313   LLVMContext &Ctx = F.getContext();
2314   MDBuilder Builder(Ctx);
2315
2316   for (Instruction &I : instructions(F)) {
2317     if (const MDNode *MD = I.getMetadata(LLVMContext::MD_tbaa)) {
2318       assert(MD->getNumOperands() < 5 && "unrecognized metadata shape!");
2319       bool IsImmutableTBAA =
2320           MD->getNumOperands() == 4 &&
2321           mdconst::extract<ConstantInt>(MD->getOperand(3))->getValue() == 1;
2322
2323       if (!IsImmutableTBAA)
2324         continue; // no work to do, MD_tbaa is already marked mutable
2325
2326       MDNode *Base = cast<MDNode>(MD->getOperand(0));
2327       MDNode *Access = cast<MDNode>(MD->getOperand(1));
2328       uint64_t Offset =
2329           mdconst::extract<ConstantInt>(MD->getOperand(2))->getZExtValue();
2330
2331       MDNode *MutableTBAA =
2332           Builder.createTBAAStructTagNode(Base, Access, Offset);
2333       I.setMetadata(LLVMContext::MD_tbaa, MutableTBAA);
2334     }
2335
2336     if (CallSite CS = CallSite(&I)) {
2337       for (int i = 0, e = CS.arg_size(); i != e; i++)
2338         if (isa<PointerType>(CS.getArgument(i)->getType()))
2339           RemoveNonValidAttrAtIndex(Ctx, CS, i + AttributeList::FirstArgIndex);
2340       if (isa<PointerType>(CS.getType()))
2341         RemoveNonValidAttrAtIndex(Ctx, CS, AttributeList::ReturnIndex);
2342     }
2343   }
2344 }
2345
2346 /// Returns true if this function should be rewritten by this pass.  The main
2347 /// point of this function is as an extension point for custom logic.
2348 static bool shouldRewriteStatepointsIn(Function &F) {
2349   // TODO: This should check the GCStrategy
2350   if (F.hasGC()) {
2351     const auto &FunctionGCName = F.getGC();
2352     const StringRef StatepointExampleName("statepoint-example");
2353     const StringRef CoreCLRName("coreclr");
2354     return (StatepointExampleName == FunctionGCName) ||
2355            (CoreCLRName == FunctionGCName);
2356   } else
2357     return false;
2358 }
2359
2360 void RewriteStatepointsForGC::stripNonValidAttributes(Module &M) {
2361 #ifndef NDEBUG
2362   assert(any_of(M, shouldRewriteStatepointsIn) && "precondition!");
2363 #endif
2364
2365   for (Function &F : M)
2366     stripNonValidAttributesFromPrototype(F);
2367
2368   for (Function &F : M)
2369     stripNonValidAttributesFromBody(F);
2370 }
2371
2372 bool RewriteStatepointsForGC::runOnFunction(Function &F) {
2373   // Nothing to do for declarations.
2374   if (F.isDeclaration() || F.empty())
2375     return false;
2376
2377   // Policy choice says not to rewrite - the most common reason is that we're
2378   // compiling code without a GCStrategy.
2379   if (!shouldRewriteStatepointsIn(F))
2380     return false;
2381
2382   DominatorTree &DT = getAnalysis<DominatorTreeWrapperPass>(F).getDomTree();
2383   TargetTransformInfo &TTI =
2384       getAnalysis<TargetTransformInfoWrapperPass>().getTTI(F);
2385
2386   auto NeedsRewrite = [](Instruction &I) {
2387     if (ImmutableCallSite CS = ImmutableCallSite(&I))
2388       return !callsGCLeafFunction(CS) && !isStatepoint(CS);
2389     return false;
2390   };
2391
2392   // Gather all the statepoints which need rewritten.  Be careful to only
2393   // consider those in reachable code since we need to ask dominance queries
2394   // when rewriting.  We'll delete the unreachable ones in a moment.
2395   SmallVector<CallSite, 64> ParsePointNeeded;
2396   bool HasUnreachableStatepoint = false;
2397   for (Instruction &I : instructions(F)) {
2398     // TODO: only the ones with the flag set!
2399     if (NeedsRewrite(I)) {
2400       if (DT.isReachableFromEntry(I.getParent()))
2401         ParsePointNeeded.push_back(CallSite(&I));
2402       else
2403         HasUnreachableStatepoint = true;
2404     }
2405   }
2406
2407   bool MadeChange = false;
2408
2409   // Delete any unreachable statepoints so that we don't have unrewritten
2410   // statepoints surviving this pass.  This makes testing easier and the
2411   // resulting IR less confusing to human readers.  Rather than be fancy, we
2412   // just reuse a utility function which removes the unreachable blocks.
2413   if (HasUnreachableStatepoint)
2414     MadeChange |= removeUnreachableBlocks(F);
2415
2416   // Return early if no work to do.
2417   if (ParsePointNeeded.empty())
2418     return MadeChange;
2419
2420   // As a prepass, go ahead and aggressively destroy single entry phi nodes.
2421   // These are created by LCSSA.  They have the effect of increasing the size
2422   // of liveness sets for no good reason.  It may be harder to do this post
2423   // insertion since relocations and base phis can confuse things.
2424   for (BasicBlock &BB : F)
2425     if (BB.getUniquePredecessor()) {
2426       MadeChange = true;
2427       FoldSingleEntryPHINodes(&BB);
2428     }
2429
2430   // Before we start introducing relocations, we want to tweak the IR a bit to
2431   // avoid unfortunate code generation effects.  The main example is that we 
2432   // want to try to make sure the comparison feeding a branch is after any
2433   // safepoints.  Otherwise, we end up with a comparison of pre-relocation
2434   // values feeding a branch after relocation.  This is semantically correct,
2435   // but results in extra register pressure since both the pre-relocation and
2436   // post-relocation copies must be available in registers.  For code without
2437   // relocations this is handled elsewhere, but teaching the scheduler to
2438   // reverse the transform we're about to do would be slightly complex.
2439   // Note: This may extend the live range of the inputs to the icmp and thus
2440   // increase the liveset of any statepoint we move over.  This is profitable
2441   // as long as all statepoints are in rare blocks.  If we had in-register
2442   // lowering for live values this would be a much safer transform.
2443   auto getConditionInst = [](TerminatorInst *TI) -> Instruction* {
2444     if (auto *BI = dyn_cast<BranchInst>(TI))
2445       if (BI->isConditional())
2446         return dyn_cast<Instruction>(BI->getCondition());
2447     // TODO: Extend this to handle switches
2448     return nullptr;
2449   };
2450   for (BasicBlock &BB : F) {
2451     TerminatorInst *TI = BB.getTerminator();
2452     if (auto *Cond = getConditionInst(TI))
2453       // TODO: Handle more than just ICmps here.  We should be able to move
2454       // most instructions without side effects or memory access.  
2455       if (isa<ICmpInst>(Cond) && Cond->hasOneUse()) {
2456         MadeChange = true;
2457         Cond->moveBefore(TI);
2458       }
2459   }
2460
2461   MadeChange |= insertParsePoints(F, DT, TTI, ParsePointNeeded);
2462   return MadeChange;
2463 }
2464
2465 // liveness computation via standard dataflow
2466 // -------------------------------------------------------------------
2467
2468 // TODO: Consider using bitvectors for liveness, the set of potentially
2469 // interesting values should be small and easy to pre-compute.
2470
2471 /// Compute the live-in set for the location rbegin starting from
2472 /// the live-out set of the basic block
2473 static void computeLiveInValues(BasicBlock::reverse_iterator Begin,
2474                                 BasicBlock::reverse_iterator End,
2475                                 SetVector<Value *> &LiveTmp) {
2476   for (auto &I : make_range(Begin, End)) {
2477     // KILL/Def - Remove this definition from LiveIn
2478     LiveTmp.remove(&I);
2479
2480     // Don't consider *uses* in PHI nodes, we handle their contribution to
2481     // predecessor blocks when we seed the LiveOut sets
2482     if (isa<PHINode>(I))
2483       continue;
2484
2485     // USE - Add to the LiveIn set for this instruction
2486     for (Value *V : I.operands()) {
2487       assert(!isUnhandledGCPointerType(V->getType()) &&
2488              "support for FCA unimplemented");
2489       if (isHandledGCPointerType(V->getType()) && !isa<Constant>(V)) {
2490         // The choice to exclude all things constant here is slightly subtle.
2491         // There are two independent reasons:
2492         // - We assume that things which are constant (from LLVM's definition)
2493         // do not move at runtime.  For example, the address of a global
2494         // variable is fixed, even though it's contents may not be.
2495         // - Second, we can't disallow arbitrary inttoptr constants even
2496         // if the language frontend does.  Optimization passes are free to
2497         // locally exploit facts without respect to global reachability.  This
2498         // can create sections of code which are dynamically unreachable and
2499         // contain just about anything.  (see constants.ll in tests)
2500         LiveTmp.insert(V);
2501       }
2502     }
2503   }
2504 }
2505
2506 static void computeLiveOutSeed(BasicBlock *BB, SetVector<Value *> &LiveTmp) {
2507   for (BasicBlock *Succ : successors(BB)) {
2508     for (auto &I : *Succ) {
2509       PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(&I);
2510       if (!PN)
2511         break;
2512
2513       Value *V = PN->getIncomingValueForBlock(BB);
2514       assert(!isUnhandledGCPointerType(V->getType()) &&
2515              "support for FCA unimplemented");
2516       if (isHandledGCPointerType(V->getType()) && !isa<Constant>(V))
2517         LiveTmp.insert(V);
2518     }
2519   }
2520 }
2521
2522 static SetVector<Value *> computeKillSet(BasicBlock *BB) {
2523   SetVector<Value *> KillSet;
2524   for (Instruction &I : *BB)
2525     if (isHandledGCPointerType(I.getType()))
2526       KillSet.insert(&I);
2527   return KillSet;
2528 }
2529
2530 #ifndef NDEBUG
2531 /// Check that the items in 'Live' dominate 'TI'.  This is used as a basic
2532 /// sanity check for the liveness computation.
2533 static void checkBasicSSA(DominatorTree &DT, SetVector<Value *> &Live,
2534                           TerminatorInst *TI, bool TermOkay = false) {
2535   for (Value *V : Live) {
2536     if (auto *I = dyn_cast<Instruction>(V)) {
2537       // The terminator can be a member of the LiveOut set.  LLVM's definition
2538       // of instruction dominance states that V does not dominate itself.  As
2539       // such, we need to special case this to allow it.
2540       if (TermOkay && TI == I)
2541         continue;
2542       assert(DT.dominates(I, TI) &&
2543              "basic SSA liveness expectation violated by liveness analysis");
2544     }
2545   }
2546 }
2547
2548 /// Check that all the liveness sets used during the computation of liveness
2549 /// obey basic SSA properties.  This is useful for finding cases where we miss
2550 /// a def.
2551 static void checkBasicSSA(DominatorTree &DT, GCPtrLivenessData &Data,
2552                           BasicBlock &BB) {
2553   checkBasicSSA(DT, Data.LiveSet[&BB], BB.getTerminator());
2554   checkBasicSSA(DT, Data.LiveOut[&BB], BB.getTerminator(), true);
2555   checkBasicSSA(DT, Data.LiveIn[&BB], BB.getTerminator());
2556 }
2557 #endif
2558
2559 static void computeLiveInValues(DominatorTree &DT, Function &F,
2560                                 GCPtrLivenessData &Data) {
2561   SmallSetVector<BasicBlock *, 32> Worklist;
2562
2563   // Seed the liveness for each individual block
2564   for (BasicBlock &BB : F) {
2565     Data.KillSet[&BB] = computeKillSet(&BB);
2566     Data.LiveSet[&BB].clear();
2567     computeLiveInValues(BB.rbegin(), BB.rend(), Data.LiveSet[&BB]);
2568
2569 #ifndef NDEBUG
2570     for (Value *Kill : Data.KillSet[&BB])
2571       assert(!Data.LiveSet[&BB].count(Kill) && "live set contains kill");
2572 #endif
2573
2574     Data.LiveOut[&BB] = SetVector<Value *>();
2575     computeLiveOutSeed(&BB, Data.LiveOut[&BB]);
2576     Data.LiveIn[&BB] = Data.LiveSet[&BB];
2577     Data.LiveIn[&BB].set_union(Data.LiveOut[&BB]);
2578     Data.LiveIn[&BB].set_subtract(Data.KillSet[&BB]);
2579     if (!Data.LiveIn[&BB].empty())
2580       Worklist.insert(pred_begin(&BB), pred_end(&BB));
2581   }
2582
2583   // Propagate that liveness until stable
2584   while (!Worklist.empty()) {
2585     BasicBlock *BB = Worklist.pop_back_val();
2586
2587     // Compute our new liveout set, then exit early if it hasn't changed despite
2588     // the contribution of our successor.
2589     SetVector<Value *> LiveOut = Data.LiveOut[BB];
2590     const auto OldLiveOutSize = LiveOut.size();
2591     for (BasicBlock *Succ : successors(BB)) {
2592       assert(Data.LiveIn.count(Succ));
2593       LiveOut.set_union(Data.LiveIn[Succ]);
2594     }
2595     // assert OutLiveOut is a subset of LiveOut
2596     if (OldLiveOutSize == LiveOut.size()) {
2597       // If the sets are the same size, then we didn't actually add anything
2598       // when unioning our successors LiveIn.  Thus, the LiveIn of this block
2599       // hasn't changed.
2600       continue;
2601     }
2602     Data.LiveOut[BB] = LiveOut;
2603
2604     // Apply the effects of this basic block
2605     SetVector<Value *> LiveTmp = LiveOut;
2606     LiveTmp.set_union(Data.LiveSet[BB]);
2607     LiveTmp.set_subtract(Data.KillSet[BB]);
2608
2609     assert(Data.LiveIn.count(BB));
2610     const SetVector<Value *> &OldLiveIn = Data.LiveIn[BB];
2611     // assert: OldLiveIn is a subset of LiveTmp
2612     if (OldLiveIn.size() != LiveTmp.size()) {
2613       Data.LiveIn[BB] = LiveTmp;
2614       Worklist.insert(pred_begin(BB), pred_end(BB));
2615     }
2616   } // while (!Worklist.empty())
2617
2618 #ifndef NDEBUG
2619   // Sanity check our output against SSA properties.  This helps catch any
2620   // missing kills during the above iteration.
2621   for (BasicBlock &BB : F)
2622     checkBasicSSA(DT, Data, BB);
2623 #endif
2624 }
2625
2626 static void findLiveSetAtInst(Instruction *Inst, GCPtrLivenessData &Data,
2627                               StatepointLiveSetTy &Out) {
2628
2629   BasicBlock *BB = Inst->getParent();
2630
2631   // Note: The copy is intentional and required
2632   assert(Data.LiveOut.count(BB));
2633   SetVector<Value *> LiveOut = Data.LiveOut[BB];
2634
2635   // We want to handle the statepoint itself oddly.  It's
2636   // call result is not live (normal), nor are it's arguments
2637   // (unless they're used again later).  This adjustment is
2638   // specifically what we need to relocate
2639   computeLiveInValues(BB->rbegin(), ++Inst->getIterator().getReverse(),
2640                       LiveOut);
2641   LiveOut.remove(Inst);
2642   Out.insert(LiveOut.begin(), LiveOut.end());
2643 }
2644
2645 static void recomputeLiveInValues(GCPtrLivenessData &RevisedLivenessData,
2646                                   CallSite CS,
2647                                   PartiallyConstructedSafepointRecord &Info) {
2648   Instruction *Inst = CS.getInstruction();
2649   StatepointLiveSetTy Updated;
2650   findLiveSetAtInst(Inst, RevisedLivenessData, Updated);
2651
2652 #ifndef NDEBUG
2653   DenseSet<Value *> Bases;
2654   for (auto KVPair : Info.PointerToBase)
2655     Bases.insert(KVPair.second);
2656 #endif
2657
2658   // We may have base pointers which are now live that weren't before.  We need
2659   // to update the PointerToBase structure to reflect this.
2660   for (auto V : Updated)
2661     if (Info.PointerToBase.insert({V, V}).second) {
2662       assert(Bases.count(V) && "Can't find base for unexpected live value!");
2663       continue;
2664     }
2665
2666 #ifndef NDEBUG
2667   for (auto V : Updated)
2668     assert(Info.PointerToBase.count(V) &&
2669            "Must be able to find base for live value!");
2670 #endif
2671
2672   // Remove any stale base mappings - this can happen since our liveness is
2673   // more precise then the one inherent in the base pointer analysis.
2674   DenseSet<Value *> ToErase;
2675   for (auto KVPair : Info.PointerToBase)
2676     if (!Updated.count(KVPair.first))
2677       ToErase.insert(KVPair.first);
2678
2679   for (auto *V : ToErase)
2680     Info.PointerToBase.erase(V);
2681
2682 #ifndef NDEBUG
2683   for (auto KVPair : Info.PointerToBase)
2684     assert(Updated.count(KVPair.first) && "record for non-live value");
2685 #endif
2686
2687   Info.LiveSet = Updated;
2688 }