]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - contrib/llvm/lib/Transforms/Scalar/RewriteStatepointsForGC.cpp
Merge llvm, clang, lld and lldb trunk r300890, and update build glue.
[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 AS) {
1132   AttributeList Ret;
1133
1134   for (unsigned Slot = 0; Slot < AS.getNumSlots(); Slot++) {
1135     unsigned Index = AS.getSlotIndex(Slot);
1136
1137     if (Index == AttributeList::ReturnIndex ||
1138         Index == AttributeList::FunctionIndex) {
1139
1140       for (Attribute Attr : make_range(AS.begin(Slot), AS.end(Slot))) {
1141
1142         // Do not allow certain attributes - just skip them
1143         // Safepoint can not be read only or read none.
1144         if (Attr.hasAttribute(Attribute::ReadNone) ||
1145             Attr.hasAttribute(Attribute::ReadOnly))
1146           continue;
1147
1148         // These attributes control the generation of the gc.statepoint call /
1149         // invoke itself; and once the gc.statepoint is in place, they're of no
1150         // use.
1151         if (isStatepointDirectiveAttr(Attr))
1152           continue;
1153
1154         Ret = Ret.addAttributes(
1155             AS.getContext(), Index,
1156             AttributeList::get(AS.getContext(), Index, AttrBuilder(Attr)));
1157       }
1158     }
1159
1160     // Just skip parameter attributes for now
1161   }
1162
1163   return Ret;
1164 }
1165
1166 /// Helper function to place all gc relocates necessary for the given
1167 /// statepoint.
1168 /// Inputs:
1169 ///   liveVariables - list of variables to be relocated.
1170 ///   liveStart - index of the first live variable.
1171 ///   basePtrs - base pointers.
1172 ///   statepointToken - statepoint instruction to which relocates should be
1173 ///   bound.
1174 ///   Builder - Llvm IR builder to be used to construct new calls.
1175 static void CreateGCRelocates(ArrayRef<Value *> LiveVariables,
1176                               const int LiveStart,
1177                               ArrayRef<Value *> BasePtrs,
1178                               Instruction *StatepointToken,
1179                               IRBuilder<> Builder) {
1180   if (LiveVariables.empty())
1181     return;
1182
1183   auto FindIndex = [](ArrayRef<Value *> LiveVec, Value *Val) {
1184     auto ValIt = find(LiveVec, Val);
1185     assert(ValIt != LiveVec.end() && "Val not found in LiveVec!");
1186     size_t Index = std::distance(LiveVec.begin(), ValIt);
1187     assert(Index < LiveVec.size() && "Bug in std::find?");
1188     return Index;
1189   };
1190   Module *M = StatepointToken->getModule();
1191   
1192   // All gc_relocate are generated as i8 addrspace(1)* (or a vector type whose
1193   // element type is i8 addrspace(1)*). We originally generated unique
1194   // declarations for each pointer type, but this proved problematic because
1195   // the intrinsic mangling code is incomplete and fragile.  Since we're moving
1196   // towards a single unified pointer type anyways, we can just cast everything
1197   // to an i8* of the right address space.  A bitcast is added later to convert
1198   // gc_relocate to the actual value's type.  
1199   auto getGCRelocateDecl = [&] (Type *Ty) {
1200     assert(isHandledGCPointerType(Ty));
1201     auto AS = Ty->getScalarType()->getPointerAddressSpace();
1202     Type *NewTy = Type::getInt8PtrTy(M->getContext(), AS);
1203     if (auto *VT = dyn_cast<VectorType>(Ty))
1204       NewTy = VectorType::get(NewTy, VT->getNumElements());
1205     return Intrinsic::getDeclaration(M, Intrinsic::experimental_gc_relocate,
1206                                      {NewTy});
1207   };
1208
1209   // Lazily populated map from input types to the canonicalized form mentioned
1210   // in the comment above.  This should probably be cached somewhere more
1211   // broadly.
1212   DenseMap<Type*, Value*> TypeToDeclMap;
1213
1214   for (unsigned i = 0; i < LiveVariables.size(); i++) {
1215     // Generate the gc.relocate call and save the result
1216     Value *BaseIdx =
1217       Builder.getInt32(LiveStart + FindIndex(LiveVariables, BasePtrs[i]));
1218     Value *LiveIdx = Builder.getInt32(LiveStart + i);
1219
1220     Type *Ty = LiveVariables[i]->getType();
1221     if (!TypeToDeclMap.count(Ty))
1222       TypeToDeclMap[Ty] = getGCRelocateDecl(Ty);
1223     Value *GCRelocateDecl = TypeToDeclMap[Ty];
1224
1225     // only specify a debug name if we can give a useful one
1226     CallInst *Reloc = Builder.CreateCall(
1227         GCRelocateDecl, {StatepointToken, BaseIdx, LiveIdx},
1228         suffixed_name_or(LiveVariables[i], ".relocated", ""));
1229     // Trick CodeGen into thinking there are lots of free registers at this
1230     // fake call.
1231     Reloc->setCallingConv(CallingConv::Cold);
1232   }
1233 }
1234
1235 namespace {
1236
1237 /// This struct is used to defer RAUWs and `eraseFromParent` s.  Using this
1238 /// avoids having to worry about keeping around dangling pointers to Values.
1239 class DeferredReplacement {
1240   AssertingVH<Instruction> Old;
1241   AssertingVH<Instruction> New;
1242   bool IsDeoptimize = false;
1243
1244   DeferredReplacement() {}
1245
1246 public:
1247   static DeferredReplacement createRAUW(Instruction *Old, Instruction *New) {
1248     assert(Old != New && Old && New &&
1249            "Cannot RAUW equal values or to / from null!");
1250
1251     DeferredReplacement D;
1252     D.Old = Old;
1253     D.New = New;
1254     return D;
1255   }
1256
1257   static DeferredReplacement createDelete(Instruction *ToErase) {
1258     DeferredReplacement D;
1259     D.Old = ToErase;
1260     return D;
1261   }
1262
1263   static DeferredReplacement createDeoptimizeReplacement(Instruction *Old) {
1264 #ifndef NDEBUG
1265     auto *F = cast<CallInst>(Old)->getCalledFunction();
1266     assert(F && F->getIntrinsicID() == Intrinsic::experimental_deoptimize &&
1267            "Only way to construct a deoptimize deferred replacement");
1268 #endif
1269     DeferredReplacement D;
1270     D.Old = Old;
1271     D.IsDeoptimize = true;
1272     return D;
1273   }
1274
1275   /// Does the task represented by this instance.
1276   void doReplacement() {
1277     Instruction *OldI = Old;
1278     Instruction *NewI = New;
1279
1280     assert(OldI != NewI && "Disallowed at construction?!");
1281     assert((!IsDeoptimize || !New) &&
1282            "Deoptimize instrinsics are not replaced!");
1283
1284     Old = nullptr;
1285     New = nullptr;
1286
1287     if (NewI)
1288       OldI->replaceAllUsesWith(NewI);
1289
1290     if (IsDeoptimize) {
1291       // Note: we've inserted instructions, so the call to llvm.deoptimize may
1292       // not necessarilly be followed by the matching return.
1293       auto *RI = cast<ReturnInst>(OldI->getParent()->getTerminator());
1294       new UnreachableInst(RI->getContext(), RI);
1295       RI->eraseFromParent();
1296     }
1297
1298     OldI->eraseFromParent();
1299   }
1300 };
1301 }
1302
1303 static StringRef getDeoptLowering(CallSite CS) {
1304   const char *DeoptLowering = "deopt-lowering";
1305   if (CS.hasFnAttr(DeoptLowering)) {
1306     // FIXME: CallSite has a *really* confusing interface around attributes
1307     // with values.
1308     const AttributeList &CSAS = CS.getAttributes();
1309     if (CSAS.hasAttribute(AttributeList::FunctionIndex, DeoptLowering))
1310       return CSAS.getAttribute(AttributeList::FunctionIndex, DeoptLowering)
1311           .getValueAsString();
1312     Function *F = CS.getCalledFunction();
1313     assert(F && F->hasFnAttribute(DeoptLowering));
1314     return F->getFnAttribute(DeoptLowering).getValueAsString();
1315   }
1316   return "live-through";
1317 }
1318     
1319
1320 static void
1321 makeStatepointExplicitImpl(const CallSite CS, /* to replace */
1322                            const SmallVectorImpl<Value *> &BasePtrs,
1323                            const SmallVectorImpl<Value *> &LiveVariables,
1324                            PartiallyConstructedSafepointRecord &Result,
1325                            std::vector<DeferredReplacement> &Replacements) {
1326   assert(BasePtrs.size() == LiveVariables.size());
1327
1328   // Then go ahead and use the builder do actually do the inserts.  We insert
1329   // immediately before the previous instruction under the assumption that all
1330   // arguments will be available here.  We can't insert afterwards since we may
1331   // be replacing a terminator.
1332   Instruction *InsertBefore = CS.getInstruction();
1333   IRBuilder<> Builder(InsertBefore);
1334
1335   ArrayRef<Value *> GCArgs(LiveVariables);
1336   uint64_t StatepointID = StatepointDirectives::DefaultStatepointID;
1337   uint32_t NumPatchBytes = 0;
1338   uint32_t Flags = uint32_t(StatepointFlags::None);
1339
1340   ArrayRef<Use> CallArgs(CS.arg_begin(), CS.arg_end());
1341   ArrayRef<Use> DeoptArgs = GetDeoptBundleOperands(CS);
1342   ArrayRef<Use> TransitionArgs;
1343   if (auto TransitionBundle =
1344       CS.getOperandBundle(LLVMContext::OB_gc_transition)) {
1345     Flags |= uint32_t(StatepointFlags::GCTransition);
1346     TransitionArgs = TransitionBundle->Inputs;
1347   }
1348
1349   // Instead of lowering calls to @llvm.experimental.deoptimize as normal calls
1350   // with a return value, we lower then as never returning calls to
1351   // __llvm_deoptimize that are followed by unreachable to get better codegen.
1352   bool IsDeoptimize = false;
1353
1354   StatepointDirectives SD =
1355       parseStatepointDirectivesFromAttrs(CS.getAttributes());
1356   if (SD.NumPatchBytes)
1357     NumPatchBytes = *SD.NumPatchBytes;
1358   if (SD.StatepointID)
1359     StatepointID = *SD.StatepointID;
1360
1361   // Pass through the requested lowering if any.  The default is live-through.
1362   StringRef DeoptLowering = getDeoptLowering(CS);
1363   if (DeoptLowering.equals("live-in"))
1364     Flags |= uint32_t(StatepointFlags::DeoptLiveIn);
1365   else {
1366     assert(DeoptLowering.equals("live-through") && "Unsupported value!");
1367   }
1368
1369   Value *CallTarget = CS.getCalledValue();
1370   if (Function *F = dyn_cast<Function>(CallTarget)) {
1371     if (F->getIntrinsicID() == Intrinsic::experimental_deoptimize) {
1372       // Calls to llvm.experimental.deoptimize are lowered to calls to the
1373       // __llvm_deoptimize symbol.  We want to resolve this now, since the
1374       // verifier does not allow taking the address of an intrinsic function.
1375
1376       SmallVector<Type *, 8> DomainTy;
1377       for (Value *Arg : CallArgs)
1378         DomainTy.push_back(Arg->getType());
1379       auto *FTy = FunctionType::get(Type::getVoidTy(F->getContext()), DomainTy,
1380                                     /* isVarArg = */ false);
1381
1382       // Note: CallTarget can be a bitcast instruction of a symbol if there are
1383       // calls to @llvm.experimental.deoptimize with different argument types in
1384       // the same module.  This is fine -- we assume the frontend knew what it
1385       // was doing when generating this kind of IR.
1386       CallTarget =
1387           F->getParent()->getOrInsertFunction("__llvm_deoptimize", FTy);
1388
1389       IsDeoptimize = true;
1390     }
1391   }
1392
1393   // Create the statepoint given all the arguments
1394   Instruction *Token = nullptr;
1395   if (CS.isCall()) {
1396     CallInst *ToReplace = cast<CallInst>(CS.getInstruction());
1397     CallInst *Call = Builder.CreateGCStatepointCall(
1398         StatepointID, NumPatchBytes, CallTarget, Flags, CallArgs,
1399         TransitionArgs, DeoptArgs, GCArgs, "safepoint_token");
1400
1401     Call->setTailCallKind(ToReplace->getTailCallKind());
1402     Call->setCallingConv(ToReplace->getCallingConv());
1403
1404     // Currently we will fail on parameter attributes and on certain
1405     // function attributes.
1406     AttributeList NewAttrs = legalizeCallAttributes(ToReplace->getAttributes());
1407     // In case if we can handle this set of attributes - set up function attrs
1408     // directly on statepoint and return attrs later for gc_result intrinsic.
1409     Call->setAttributes(AttributeList::get(Call->getContext(),
1410                                            AttributeList::FunctionIndex,
1411                                            NewAttrs.getFnAttributes()));
1412
1413     Token = Call;
1414
1415     // Put the following gc_result and gc_relocate calls immediately after the
1416     // the old call (which we're about to delete)
1417     assert(ToReplace->getNextNode() && "Not a terminator, must have next!");
1418     Builder.SetInsertPoint(ToReplace->getNextNode());
1419     Builder.SetCurrentDebugLocation(ToReplace->getNextNode()->getDebugLoc());
1420   } else {
1421     InvokeInst *ToReplace = cast<InvokeInst>(CS.getInstruction());
1422
1423     // Insert the new invoke into the old block.  We'll remove the old one in a
1424     // moment at which point this will become the new terminator for the
1425     // original block.
1426     InvokeInst *Invoke = Builder.CreateGCStatepointInvoke(
1427         StatepointID, NumPatchBytes, CallTarget, ToReplace->getNormalDest(),
1428         ToReplace->getUnwindDest(), Flags, CallArgs, TransitionArgs, DeoptArgs,
1429         GCArgs, "statepoint_token");
1430
1431     Invoke->setCallingConv(ToReplace->getCallingConv());
1432
1433     // Currently we will fail on parameter attributes and on certain
1434     // function attributes.
1435     AttributeList NewAttrs = legalizeCallAttributes(ToReplace->getAttributes());
1436     // In case if we can handle this set of attributes - set up function attrs
1437     // directly on statepoint and return attrs later for gc_result intrinsic.
1438     Invoke->setAttributes(AttributeList::get(Invoke->getContext(),
1439                                              AttributeList::FunctionIndex,
1440                                              NewAttrs.getFnAttributes()));
1441
1442     Token = Invoke;
1443
1444     // Generate gc relocates in exceptional path
1445     BasicBlock *UnwindBlock = ToReplace->getUnwindDest();
1446     assert(!isa<PHINode>(UnwindBlock->begin()) &&
1447            UnwindBlock->getUniquePredecessor() &&
1448            "can't safely insert in this block!");
1449
1450     Builder.SetInsertPoint(&*UnwindBlock->getFirstInsertionPt());
1451     Builder.SetCurrentDebugLocation(ToReplace->getDebugLoc());
1452
1453     // Attach exceptional gc relocates to the landingpad.
1454     Instruction *ExceptionalToken = UnwindBlock->getLandingPadInst();
1455     Result.UnwindToken = ExceptionalToken;
1456
1457     const unsigned LiveStartIdx = Statepoint(Token).gcArgsStartIdx();
1458     CreateGCRelocates(LiveVariables, LiveStartIdx, BasePtrs, ExceptionalToken,
1459                       Builder);
1460
1461     // Generate gc relocates and returns for normal block
1462     BasicBlock *NormalDest = ToReplace->getNormalDest();
1463     assert(!isa<PHINode>(NormalDest->begin()) &&
1464            NormalDest->getUniquePredecessor() &&
1465            "can't safely insert in this block!");
1466
1467     Builder.SetInsertPoint(&*NormalDest->getFirstInsertionPt());
1468
1469     // gc relocates will be generated later as if it were regular call
1470     // statepoint
1471   }
1472   assert(Token && "Should be set in one of the above branches!");
1473
1474   if (IsDeoptimize) {
1475     // If we're wrapping an @llvm.experimental.deoptimize in a statepoint, we
1476     // transform the tail-call like structure to a call to a void function
1477     // followed by unreachable to get better codegen.
1478     Replacements.push_back(
1479         DeferredReplacement::createDeoptimizeReplacement(CS.getInstruction()));
1480   } else {
1481     Token->setName("statepoint_token");
1482     if (!CS.getType()->isVoidTy() && !CS.getInstruction()->use_empty()) {
1483       StringRef Name =
1484           CS.getInstruction()->hasName() ? CS.getInstruction()->getName() : "";
1485       CallInst *GCResult = Builder.CreateGCResult(Token, CS.getType(), Name);
1486       GCResult->setAttributes(
1487           AttributeList::get(GCResult->getContext(), AttributeList::ReturnIndex,
1488                              CS.getAttributes().getRetAttributes()));
1489
1490       // We cannot RAUW or delete CS.getInstruction() because it could be in the
1491       // live set of some other safepoint, in which case that safepoint's
1492       // PartiallyConstructedSafepointRecord will hold a raw pointer to this
1493       // llvm::Instruction.  Instead, we defer the replacement and deletion to
1494       // after the live sets have been made explicit in the IR, and we no longer
1495       // have raw pointers to worry about.
1496       Replacements.emplace_back(
1497           DeferredReplacement::createRAUW(CS.getInstruction(), GCResult));
1498     } else {
1499       Replacements.emplace_back(
1500           DeferredReplacement::createDelete(CS.getInstruction()));
1501     }
1502   }
1503
1504   Result.StatepointToken = Token;
1505
1506   // Second, create a gc.relocate for every live variable
1507   const unsigned LiveStartIdx = Statepoint(Token).gcArgsStartIdx();
1508   CreateGCRelocates(LiveVariables, LiveStartIdx, BasePtrs, Token, Builder);
1509 }
1510
1511 // Replace an existing gc.statepoint with a new one and a set of gc.relocates
1512 // which make the relocations happening at this safepoint explicit.
1513 //
1514 // WARNING: Does not do any fixup to adjust users of the original live
1515 // values.  That's the callers responsibility.
1516 static void
1517 makeStatepointExplicit(DominatorTree &DT, CallSite CS,
1518                        PartiallyConstructedSafepointRecord &Result,
1519                        std::vector<DeferredReplacement> &Replacements) {
1520   const auto &LiveSet = Result.LiveSet;
1521   const auto &PointerToBase = Result.PointerToBase;
1522
1523   // Convert to vector for efficient cross referencing.
1524   SmallVector<Value *, 64> BaseVec, LiveVec;
1525   LiveVec.reserve(LiveSet.size());
1526   BaseVec.reserve(LiveSet.size());
1527   for (Value *L : LiveSet) {
1528     LiveVec.push_back(L);
1529     assert(PointerToBase.count(L));
1530     Value *Base = PointerToBase.find(L)->second;
1531     BaseVec.push_back(Base);
1532   }
1533   assert(LiveVec.size() == BaseVec.size());
1534
1535   // Do the actual rewriting and delete the old statepoint
1536   makeStatepointExplicitImpl(CS, BaseVec, LiveVec, Result, Replacements);
1537 }
1538
1539 // Helper function for the relocationViaAlloca.
1540 //
1541 // It receives iterator to the statepoint gc relocates and emits a store to the
1542 // assigned location (via allocaMap) for the each one of them.  It adds the
1543 // visited values into the visitedLiveValues set, which we will later use them
1544 // for sanity checking.
1545 static void
1546 insertRelocationStores(iterator_range<Value::user_iterator> GCRelocs,
1547                        DenseMap<Value *, Value *> &AllocaMap,
1548                        DenseSet<Value *> &VisitedLiveValues) {
1549
1550   for (User *U : GCRelocs) {
1551     GCRelocateInst *Relocate = dyn_cast<GCRelocateInst>(U);
1552     if (!Relocate)
1553       continue;
1554
1555     Value *OriginalValue = Relocate->getDerivedPtr();
1556     assert(AllocaMap.count(OriginalValue));
1557     Value *Alloca = AllocaMap[OriginalValue];
1558
1559     // Emit store into the related alloca
1560     // All gc_relocates are i8 addrspace(1)* typed, and it must be bitcasted to
1561     // the correct type according to alloca.
1562     assert(Relocate->getNextNode() &&
1563            "Should always have one since it's not a terminator");
1564     IRBuilder<> Builder(Relocate->getNextNode());
1565     Value *CastedRelocatedValue =
1566       Builder.CreateBitCast(Relocate,
1567                             cast<AllocaInst>(Alloca)->getAllocatedType(),
1568                             suffixed_name_or(Relocate, ".casted", ""));
1569
1570     StoreInst *Store = new StoreInst(CastedRelocatedValue, Alloca);
1571     Store->insertAfter(cast<Instruction>(CastedRelocatedValue));
1572
1573 #ifndef NDEBUG
1574     VisitedLiveValues.insert(OriginalValue);
1575 #endif
1576   }
1577 }
1578
1579 // Helper function for the "relocationViaAlloca". Similar to the
1580 // "insertRelocationStores" but works for rematerialized values.
1581 static void insertRematerializationStores(
1582     const RematerializedValueMapTy &RematerializedValues,
1583     DenseMap<Value *, Value *> &AllocaMap,
1584     DenseSet<Value *> &VisitedLiveValues) {
1585
1586   for (auto RematerializedValuePair: RematerializedValues) {
1587     Instruction *RematerializedValue = RematerializedValuePair.first;
1588     Value *OriginalValue = RematerializedValuePair.second;
1589
1590     assert(AllocaMap.count(OriginalValue) &&
1591            "Can not find alloca for rematerialized value");
1592     Value *Alloca = AllocaMap[OriginalValue];
1593
1594     StoreInst *Store = new StoreInst(RematerializedValue, Alloca);
1595     Store->insertAfter(RematerializedValue);
1596
1597 #ifndef NDEBUG
1598     VisitedLiveValues.insert(OriginalValue);
1599 #endif
1600   }
1601 }
1602
1603 /// Do all the relocation update via allocas and mem2reg
1604 static void relocationViaAlloca(
1605     Function &F, DominatorTree &DT, ArrayRef<Value *> Live,
1606     ArrayRef<PartiallyConstructedSafepointRecord> Records) {
1607 #ifndef NDEBUG
1608   // record initial number of (static) allocas; we'll check we have the same
1609   // number when we get done.
1610   int InitialAllocaNum = 0;
1611   for (Instruction &I : F.getEntryBlock())
1612     if (isa<AllocaInst>(I))
1613       InitialAllocaNum++;
1614 #endif
1615
1616   // TODO-PERF: change data structures, reserve
1617   DenseMap<Value *, Value *> AllocaMap;
1618   SmallVector<AllocaInst *, 200> PromotableAllocas;
1619   // Used later to chack that we have enough allocas to store all values
1620   std::size_t NumRematerializedValues = 0;
1621   PromotableAllocas.reserve(Live.size());
1622
1623   // Emit alloca for "LiveValue" and record it in "allocaMap" and
1624   // "PromotableAllocas"
1625   const DataLayout &DL = F.getParent()->getDataLayout();
1626   auto emitAllocaFor = [&](Value *LiveValue) {
1627     AllocaInst *Alloca = new AllocaInst(LiveValue->getType(),
1628                                         DL.getAllocaAddrSpace(), "",
1629                                         F.getEntryBlock().getFirstNonPHI());
1630     AllocaMap[LiveValue] = Alloca;
1631     PromotableAllocas.push_back(Alloca);
1632   };
1633
1634   // Emit alloca for each live gc pointer
1635   for (Value *V : Live)
1636     emitAllocaFor(V);
1637
1638   // Emit allocas for rematerialized values
1639   for (const auto &Info : Records)
1640     for (auto RematerializedValuePair : Info.RematerializedValues) {
1641       Value *OriginalValue = RematerializedValuePair.second;
1642       if (AllocaMap.count(OriginalValue) != 0)
1643         continue;
1644
1645       emitAllocaFor(OriginalValue);
1646       ++NumRematerializedValues;
1647     }
1648
1649   // The next two loops are part of the same conceptual operation.  We need to
1650   // insert a store to the alloca after the original def and at each
1651   // redefinition.  We need to insert a load before each use.  These are split
1652   // into distinct loops for performance reasons.
1653
1654   // Update gc pointer after each statepoint: either store a relocated value or
1655   // null (if no relocated value was found for this gc pointer and it is not a
1656   // gc_result).  This must happen before we update the statepoint with load of
1657   // alloca otherwise we lose the link between statepoint and old def.
1658   for (const auto &Info : Records) {
1659     Value *Statepoint = Info.StatepointToken;
1660
1661     // This will be used for consistency check
1662     DenseSet<Value *> VisitedLiveValues;
1663
1664     // Insert stores for normal statepoint gc relocates
1665     insertRelocationStores(Statepoint->users(), AllocaMap, VisitedLiveValues);
1666
1667     // In case if it was invoke statepoint
1668     // we will insert stores for exceptional path gc relocates.
1669     if (isa<InvokeInst>(Statepoint)) {
1670       insertRelocationStores(Info.UnwindToken->users(), AllocaMap,
1671                              VisitedLiveValues);
1672     }
1673
1674     // Do similar thing with rematerialized values
1675     insertRematerializationStores(Info.RematerializedValues, AllocaMap,
1676                                   VisitedLiveValues);
1677
1678     if (ClobberNonLive) {
1679       // As a debugging aid, pretend that an unrelocated pointer becomes null at
1680       // the gc.statepoint.  This will turn some subtle GC problems into
1681       // slightly easier to debug SEGVs.  Note that on large IR files with
1682       // lots of gc.statepoints this is extremely costly both memory and time
1683       // wise.
1684       SmallVector<AllocaInst *, 64> ToClobber;
1685       for (auto Pair : AllocaMap) {
1686         Value *Def = Pair.first;
1687         AllocaInst *Alloca = cast<AllocaInst>(Pair.second);
1688
1689         // This value was relocated
1690         if (VisitedLiveValues.count(Def)) {
1691           continue;
1692         }
1693         ToClobber.push_back(Alloca);
1694       }
1695
1696       auto InsertClobbersAt = [&](Instruction *IP) {
1697         for (auto *AI : ToClobber) {
1698           auto PT = cast<PointerType>(AI->getAllocatedType());
1699           Constant *CPN = ConstantPointerNull::get(PT);
1700           StoreInst *Store = new StoreInst(CPN, AI);
1701           Store->insertBefore(IP);
1702         }
1703       };
1704
1705       // Insert the clobbering stores.  These may get intermixed with the
1706       // gc.results and gc.relocates, but that's fine.
1707       if (auto II = dyn_cast<InvokeInst>(Statepoint)) {
1708         InsertClobbersAt(&*II->getNormalDest()->getFirstInsertionPt());
1709         InsertClobbersAt(&*II->getUnwindDest()->getFirstInsertionPt());
1710       } else {
1711         InsertClobbersAt(cast<Instruction>(Statepoint)->getNextNode());
1712       }
1713     }
1714   }
1715
1716   // Update use with load allocas and add store for gc_relocated.
1717   for (auto Pair : AllocaMap) {
1718     Value *Def = Pair.first;
1719     Value *Alloca = Pair.second;
1720
1721     // We pre-record the uses of allocas so that we dont have to worry about
1722     // later update that changes the user information..
1723
1724     SmallVector<Instruction *, 20> Uses;
1725     // PERF: trade a linear scan for repeated reallocation
1726     Uses.reserve(std::distance(Def->user_begin(), Def->user_end()));
1727     for (User *U : Def->users()) {
1728       if (!isa<ConstantExpr>(U)) {
1729         // If the def has a ConstantExpr use, then the def is either a
1730         // ConstantExpr use itself or null.  In either case
1731         // (recursively in the first, directly in the second), the oop
1732         // it is ultimately dependent on is null and this particular
1733         // use does not need to be fixed up.
1734         Uses.push_back(cast<Instruction>(U));
1735       }
1736     }
1737
1738     std::sort(Uses.begin(), Uses.end());
1739     auto Last = std::unique(Uses.begin(), Uses.end());
1740     Uses.erase(Last, Uses.end());
1741
1742     for (Instruction *Use : Uses) {
1743       if (isa<PHINode>(Use)) {
1744         PHINode *Phi = cast<PHINode>(Use);
1745         for (unsigned i = 0; i < Phi->getNumIncomingValues(); i++) {
1746           if (Def == Phi->getIncomingValue(i)) {
1747             LoadInst *Load = new LoadInst(
1748                 Alloca, "", Phi->getIncomingBlock(i)->getTerminator());
1749             Phi->setIncomingValue(i, Load);
1750           }
1751         }
1752       } else {
1753         LoadInst *Load = new LoadInst(Alloca, "", Use);
1754         Use->replaceUsesOfWith(Def, Load);
1755       }
1756     }
1757
1758     // Emit store for the initial gc value.  Store must be inserted after load,
1759     // otherwise store will be in alloca's use list and an extra load will be
1760     // inserted before it.
1761     StoreInst *Store = new StoreInst(Def, Alloca);
1762     if (Instruction *Inst = dyn_cast<Instruction>(Def)) {
1763       if (InvokeInst *Invoke = dyn_cast<InvokeInst>(Inst)) {
1764         // InvokeInst is a TerminatorInst so the store need to be inserted
1765         // into its normal destination block.
1766         BasicBlock *NormalDest = Invoke->getNormalDest();
1767         Store->insertBefore(NormalDest->getFirstNonPHI());
1768       } else {
1769         assert(!Inst->isTerminator() &&
1770                "The only TerminatorInst that can produce a value is "
1771                "InvokeInst which is handled above.");
1772         Store->insertAfter(Inst);
1773       }
1774     } else {
1775       assert(isa<Argument>(Def));
1776       Store->insertAfter(cast<Instruction>(Alloca));
1777     }
1778   }
1779
1780   assert(PromotableAllocas.size() == Live.size() + NumRematerializedValues &&
1781          "we must have the same allocas with lives");
1782   if (!PromotableAllocas.empty()) {
1783     // Apply mem2reg to promote alloca to SSA
1784     PromoteMemToReg(PromotableAllocas, DT);
1785   }
1786
1787 #ifndef NDEBUG
1788   for (auto &I : F.getEntryBlock())
1789     if (isa<AllocaInst>(I))
1790       InitialAllocaNum--;
1791   assert(InitialAllocaNum == 0 && "We must not introduce any extra allocas");
1792 #endif
1793 }
1794
1795 /// Implement a unique function which doesn't require we sort the input
1796 /// vector.  Doing so has the effect of changing the output of a couple of
1797 /// tests in ways which make them less useful in testing fused safepoints.
1798 template <typename T> static void unique_unsorted(SmallVectorImpl<T> &Vec) {
1799   SmallSet<T, 8> Seen;
1800   Vec.erase(remove_if(Vec, [&](const T &V) { return !Seen.insert(V).second; }),
1801             Vec.end());
1802 }
1803
1804 /// Insert holders so that each Value is obviously live through the entire
1805 /// lifetime of the call.
1806 static void insertUseHolderAfter(CallSite &CS, const ArrayRef<Value *> Values,
1807                                  SmallVectorImpl<CallInst *> &Holders) {
1808   if (Values.empty())
1809     // No values to hold live, might as well not insert the empty holder
1810     return;
1811
1812   Module *M = CS.getInstruction()->getModule();
1813   // Use a dummy vararg function to actually hold the values live
1814   Function *Func = cast<Function>(M->getOrInsertFunction(
1815       "__tmp_use", FunctionType::get(Type::getVoidTy(M->getContext()), true)));
1816   if (CS.isCall()) {
1817     // For call safepoints insert dummy calls right after safepoint
1818     Holders.push_back(CallInst::Create(Func, Values, "",
1819                                        &*++CS.getInstruction()->getIterator()));
1820     return;
1821   }
1822   // For invoke safepooints insert dummy calls both in normal and
1823   // exceptional destination blocks
1824   auto *II = cast<InvokeInst>(CS.getInstruction());
1825   Holders.push_back(CallInst::Create(
1826       Func, Values, "", &*II->getNormalDest()->getFirstInsertionPt()));
1827   Holders.push_back(CallInst::Create(
1828       Func, Values, "", &*II->getUnwindDest()->getFirstInsertionPt()));
1829 }
1830
1831 static void findLiveReferences(
1832     Function &F, DominatorTree &DT, ArrayRef<CallSite> toUpdate,
1833     MutableArrayRef<struct PartiallyConstructedSafepointRecord> records) {
1834   GCPtrLivenessData OriginalLivenessData;
1835   computeLiveInValues(DT, F, OriginalLivenessData);
1836   for (size_t i = 0; i < records.size(); i++) {
1837     struct PartiallyConstructedSafepointRecord &info = records[i];
1838     analyzeParsePointLiveness(DT, OriginalLivenessData, toUpdate[i], info);
1839   }
1840 }
1841
1842 // Helper function for the "rematerializeLiveValues". It walks use chain
1843 // starting from the "CurrentValue" until it reaches the root of the chain, i.e.
1844 // the base or a value it cannot process. Only "simple" values are processed
1845 // (currently it is GEP's and casts). The returned root is  examined by the
1846 // callers of findRematerializableChainToBasePointer.  Fills "ChainToBase" array
1847 // with all visited values.
1848 static Value* findRematerializableChainToBasePointer(
1849   SmallVectorImpl<Instruction*> &ChainToBase,
1850   Value *CurrentValue) {
1851
1852   if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(CurrentValue)) {
1853     ChainToBase.push_back(GEP);
1854     return findRematerializableChainToBasePointer(ChainToBase,
1855                                                   GEP->getPointerOperand());
1856   }
1857
1858   if (CastInst *CI = dyn_cast<CastInst>(CurrentValue)) {
1859     if (!CI->isNoopCast(CI->getModule()->getDataLayout()))
1860       return CI;
1861
1862     ChainToBase.push_back(CI);
1863     return findRematerializableChainToBasePointer(ChainToBase,
1864                                                   CI->getOperand(0));
1865   }
1866
1867   // We have reached the root of the chain, which is either equal to the base or
1868   // is the first unsupported value along the use chain.
1869   return CurrentValue;
1870 }
1871
1872 // Helper function for the "rematerializeLiveValues". Compute cost of the use
1873 // chain we are going to rematerialize.
1874 static unsigned
1875 chainToBasePointerCost(SmallVectorImpl<Instruction*> &Chain,
1876                        TargetTransformInfo &TTI) {
1877   unsigned Cost = 0;
1878
1879   for (Instruction *Instr : Chain) {
1880     if (CastInst *CI = dyn_cast<CastInst>(Instr)) {
1881       assert(CI->isNoopCast(CI->getModule()->getDataLayout()) &&
1882              "non noop cast is found during rematerialization");
1883
1884       Type *SrcTy = CI->getOperand(0)->getType();
1885       Cost += TTI.getCastInstrCost(CI->getOpcode(), CI->getType(), SrcTy, CI);
1886
1887     } else if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(Instr)) {
1888       // Cost of the address calculation
1889       Type *ValTy = GEP->getSourceElementType();
1890       Cost += TTI.getAddressComputationCost(ValTy);
1891
1892       // And cost of the GEP itself
1893       // TODO: Use TTI->getGEPCost here (it exists, but appears to be not
1894       //       allowed for the external usage)
1895       if (!GEP->hasAllConstantIndices())
1896         Cost += 2;
1897
1898     } else {
1899       llvm_unreachable("unsupported instruciton type during rematerialization");
1900     }
1901   }
1902
1903   return Cost;
1904 }
1905
1906 static bool AreEquivalentPhiNodes(PHINode &OrigRootPhi, PHINode &AlternateRootPhi) {
1907
1908   unsigned PhiNum = OrigRootPhi.getNumIncomingValues();
1909   if (PhiNum != AlternateRootPhi.getNumIncomingValues() ||
1910       OrigRootPhi.getParent() != AlternateRootPhi.getParent())
1911     return false;
1912   // Map of incoming values and their corresponding basic blocks of
1913   // OrigRootPhi.
1914   SmallDenseMap<Value *, BasicBlock *, 8> CurrentIncomingValues;
1915   for (unsigned i = 0; i < PhiNum; i++)
1916     CurrentIncomingValues[OrigRootPhi.getIncomingValue(i)] =
1917         OrigRootPhi.getIncomingBlock(i);
1918
1919   // Both current and base PHIs should have same incoming values and
1920   // the same basic blocks corresponding to the incoming values.
1921   for (unsigned i = 0; i < PhiNum; i++) {
1922     auto CIVI =
1923         CurrentIncomingValues.find(AlternateRootPhi.getIncomingValue(i));
1924     if (CIVI == CurrentIncomingValues.end())
1925       return false;
1926     BasicBlock *CurrentIncomingBB = CIVI->second;
1927     if (CurrentIncomingBB != AlternateRootPhi.getIncomingBlock(i))
1928       return false;
1929   }
1930   return true;
1931
1932 }
1933
1934 // From the statepoint live set pick values that are cheaper to recompute then
1935 // to relocate. Remove this values from the live set, rematerialize them after
1936 // statepoint and record them in "Info" structure. Note that similar to
1937 // relocated values we don't do any user adjustments here.
1938 static void rematerializeLiveValues(CallSite CS,
1939                                     PartiallyConstructedSafepointRecord &Info,
1940                                     TargetTransformInfo &TTI) {
1941   const unsigned int ChainLengthThreshold = 10;
1942
1943   // Record values we are going to delete from this statepoint live set.
1944   // We can not di this in following loop due to iterator invalidation.
1945   SmallVector<Value *, 32> LiveValuesToBeDeleted;
1946
1947   for (Value *LiveValue: Info.LiveSet) {
1948     // For each live pointer find it's defining chain
1949     SmallVector<Instruction *, 3> ChainToBase;
1950     assert(Info.PointerToBase.count(LiveValue));
1951     Value *RootOfChain =
1952       findRematerializableChainToBasePointer(ChainToBase,
1953                                              LiveValue);
1954
1955     // Nothing to do, or chain is too long
1956     if ( ChainToBase.size() == 0 ||
1957         ChainToBase.size() > ChainLengthThreshold)
1958       continue;
1959
1960     // Handle the scenario where the RootOfChain is not equal to the
1961     // Base Value, but they are essentially the same phi values.
1962     if (RootOfChain != Info.PointerToBase[LiveValue]) {
1963       PHINode *OrigRootPhi = dyn_cast<PHINode>(RootOfChain);
1964       PHINode *AlternateRootPhi = dyn_cast<PHINode>(Info.PointerToBase[LiveValue]);
1965       if (!OrigRootPhi || !AlternateRootPhi)
1966         continue;
1967       // PHI nodes that have the same incoming values, and belonging to the same
1968       // basic blocks are essentially the same SSA value.  When the original phi
1969       // has incoming values with different base pointers, the original phi is
1970       // marked as conflict, and an additional `AlternateRootPhi` with the same
1971       // incoming values get generated by the findBasePointer function. We need
1972       // to identify the newly generated AlternateRootPhi (.base version of phi)
1973       // and RootOfChain (the original phi node itself) are the same, so that we
1974       // can rematerialize the gep and casts. This is a workaround for the
1975       // deficieny in the findBasePointer algorithm.
1976       if (!AreEquivalentPhiNodes(*OrigRootPhi, *AlternateRootPhi))
1977         continue;
1978       // Now that the phi nodes are proved to be the same, assert that
1979       // findBasePointer's newly generated AlternateRootPhi is present in the
1980       // liveset of the call.
1981       assert(Info.LiveSet.count(AlternateRootPhi));
1982     }
1983     // Compute cost of this chain
1984     unsigned Cost = chainToBasePointerCost(ChainToBase, TTI);
1985     // TODO: We can also account for cases when we will be able to remove some
1986     //       of the rematerialized values by later optimization passes. I.e if
1987     //       we rematerialized several intersecting chains. Or if original values
1988     //       don't have any uses besides this statepoint.
1989
1990     // For invokes we need to rematerialize each chain twice - for normal and
1991     // for unwind basic blocks. Model this by multiplying cost by two.
1992     if (CS.isInvoke()) {
1993       Cost *= 2;
1994     }
1995     // If it's too expensive - skip it
1996     if (Cost >= RematerializationThreshold)
1997       continue;
1998
1999     // Remove value from the live set
2000     LiveValuesToBeDeleted.push_back(LiveValue);
2001
2002     // Clone instructions and record them inside "Info" structure
2003
2004     // Walk backwards to visit top-most instructions first
2005     std::reverse(ChainToBase.begin(), ChainToBase.end());
2006
2007     // Utility function which clones all instructions from "ChainToBase"
2008     // and inserts them before "InsertBefore". Returns rematerialized value
2009     // which should be used after statepoint.
2010     auto rematerializeChain = [&ChainToBase](
2011         Instruction *InsertBefore, Value *RootOfChain, Value *AlternateLiveBase) {
2012       Instruction *LastClonedValue = nullptr;
2013       Instruction *LastValue = nullptr;
2014       for (Instruction *Instr: ChainToBase) {
2015         // Only GEP's and casts are suported as we need to be careful to not
2016         // introduce any new uses of pointers not in the liveset.
2017         // Note that it's fine to introduce new uses of pointers which were
2018         // otherwise not used after this statepoint.
2019         assert(isa<GetElementPtrInst>(Instr) || isa<CastInst>(Instr));
2020
2021         Instruction *ClonedValue = Instr->clone();
2022         ClonedValue->insertBefore(InsertBefore);
2023         ClonedValue->setName(Instr->getName() + ".remat");
2024
2025         // If it is not first instruction in the chain then it uses previously
2026         // cloned value. We should update it to use cloned value.
2027         if (LastClonedValue) {
2028           assert(LastValue);
2029           ClonedValue->replaceUsesOfWith(LastValue, LastClonedValue);
2030 #ifndef NDEBUG
2031           for (auto OpValue : ClonedValue->operand_values()) {
2032             // Assert that cloned instruction does not use any instructions from
2033             // this chain other than LastClonedValue
2034             assert(!is_contained(ChainToBase, OpValue) &&
2035                    "incorrect use in rematerialization chain");
2036             // Assert that the cloned instruction does not use the RootOfChain
2037             // or the AlternateLiveBase.
2038             assert(OpValue != RootOfChain && OpValue != AlternateLiveBase);
2039           }
2040 #endif
2041         } else {
2042           // For the first instruction, replace the use of unrelocated base i.e.
2043           // RootOfChain/OrigRootPhi, with the corresponding PHI present in the
2044           // live set. They have been proved to be the same PHI nodes.  Note
2045           // that the *only* use of the RootOfChain in the ChainToBase list is
2046           // the first Value in the list.
2047           if (RootOfChain != AlternateLiveBase)
2048             ClonedValue->replaceUsesOfWith(RootOfChain, AlternateLiveBase);
2049         }
2050
2051         LastClonedValue = ClonedValue;
2052         LastValue = Instr;
2053       }
2054       assert(LastClonedValue);
2055       return LastClonedValue;
2056     };
2057
2058     // Different cases for calls and invokes. For invokes we need to clone
2059     // instructions both on normal and unwind path.
2060     if (CS.isCall()) {
2061       Instruction *InsertBefore = CS.getInstruction()->getNextNode();
2062       assert(InsertBefore);
2063       Instruction *RematerializedValue = rematerializeChain(
2064           InsertBefore, RootOfChain, Info.PointerToBase[LiveValue]);
2065       Info.RematerializedValues[RematerializedValue] = LiveValue;
2066     } else {
2067       InvokeInst *Invoke = cast<InvokeInst>(CS.getInstruction());
2068
2069       Instruction *NormalInsertBefore =
2070           &*Invoke->getNormalDest()->getFirstInsertionPt();
2071       Instruction *UnwindInsertBefore =
2072           &*Invoke->getUnwindDest()->getFirstInsertionPt();
2073
2074       Instruction *NormalRematerializedValue = rematerializeChain(
2075           NormalInsertBefore, RootOfChain, Info.PointerToBase[LiveValue]);
2076       Instruction *UnwindRematerializedValue = rematerializeChain(
2077           UnwindInsertBefore, RootOfChain, Info.PointerToBase[LiveValue]);
2078
2079       Info.RematerializedValues[NormalRematerializedValue] = LiveValue;
2080       Info.RematerializedValues[UnwindRematerializedValue] = LiveValue;
2081     }
2082   }
2083
2084   // Remove rematerializaed values from the live set
2085   for (auto LiveValue: LiveValuesToBeDeleted) {
2086     Info.LiveSet.remove(LiveValue);
2087   }
2088 }
2089
2090 static bool insertParsePoints(Function &F, DominatorTree &DT,
2091                               TargetTransformInfo &TTI,
2092                               SmallVectorImpl<CallSite> &ToUpdate) {
2093 #ifndef NDEBUG
2094   // sanity check the input
2095   std::set<CallSite> Uniqued;
2096   Uniqued.insert(ToUpdate.begin(), ToUpdate.end());
2097   assert(Uniqued.size() == ToUpdate.size() && "no duplicates please!");
2098
2099   for (CallSite CS : ToUpdate)
2100     assert(CS.getInstruction()->getFunction() == &F);
2101 #endif
2102
2103   // When inserting gc.relocates for invokes, we need to be able to insert at
2104   // the top of the successor blocks.  See the comment on
2105   // normalForInvokeSafepoint on exactly what is needed.  Note that this step
2106   // may restructure the CFG.
2107   for (CallSite CS : ToUpdate) {
2108     if (!CS.isInvoke())
2109       continue;
2110     auto *II = cast<InvokeInst>(CS.getInstruction());
2111     normalizeForInvokeSafepoint(II->getNormalDest(), II->getParent(), DT);
2112     normalizeForInvokeSafepoint(II->getUnwindDest(), II->getParent(), DT);
2113   }
2114
2115   // A list of dummy calls added to the IR to keep various values obviously
2116   // live in the IR.  We'll remove all of these when done.
2117   SmallVector<CallInst *, 64> Holders;
2118
2119   // Insert a dummy call with all of the arguments to the vm_state we'll need
2120   // for the actual safepoint insertion.  This ensures reference arguments in
2121   // the deopt argument list are considered live through the safepoint (and
2122   // thus makes sure they get relocated.)
2123   for (CallSite CS : ToUpdate) {
2124     SmallVector<Value *, 64> DeoptValues;
2125
2126     for (Value *Arg : GetDeoptBundleOperands(CS)) {
2127       assert(!isUnhandledGCPointerType(Arg->getType()) &&
2128              "support for FCA unimplemented");
2129       if (isHandledGCPointerType(Arg->getType()))
2130         DeoptValues.push_back(Arg);
2131     }
2132
2133     insertUseHolderAfter(CS, DeoptValues, Holders);
2134   }
2135
2136   SmallVector<PartiallyConstructedSafepointRecord, 64> Records(ToUpdate.size());
2137
2138   // A) Identify all gc pointers which are statically live at the given call
2139   // site.
2140   findLiveReferences(F, DT, ToUpdate, Records);
2141
2142   // B) Find the base pointers for each live pointer
2143   /* scope for caching */ {
2144     // Cache the 'defining value' relation used in the computation and
2145     // insertion of base phis and selects.  This ensures that we don't insert
2146     // large numbers of duplicate base_phis.
2147     DefiningValueMapTy DVCache;
2148
2149     for (size_t i = 0; i < Records.size(); i++) {
2150       PartiallyConstructedSafepointRecord &info = Records[i];
2151       findBasePointers(DT, DVCache, ToUpdate[i], info);
2152     }
2153   } // end of cache scope
2154
2155   // The base phi insertion logic (for any safepoint) may have inserted new
2156   // instructions which are now live at some safepoint.  The simplest such
2157   // example is:
2158   // loop:
2159   //   phi a  <-- will be a new base_phi here
2160   //   safepoint 1 <-- that needs to be live here
2161   //   gep a + 1
2162   //   safepoint 2
2163   //   br loop
2164   // We insert some dummy calls after each safepoint to definitely hold live
2165   // the base pointers which were identified for that safepoint.  We'll then
2166   // ask liveness for _every_ base inserted to see what is now live.  Then we
2167   // remove the dummy calls.
2168   Holders.reserve(Holders.size() + Records.size());
2169   for (size_t i = 0; i < Records.size(); i++) {
2170     PartiallyConstructedSafepointRecord &Info = Records[i];
2171
2172     SmallVector<Value *, 128> Bases;
2173     for (auto Pair : Info.PointerToBase)
2174       Bases.push_back(Pair.second);
2175
2176     insertUseHolderAfter(ToUpdate[i], Bases, Holders);
2177   }
2178
2179   // By selecting base pointers, we've effectively inserted new uses. Thus, we
2180   // need to rerun liveness.  We may *also* have inserted new defs, but that's
2181   // not the key issue.
2182   recomputeLiveInValues(F, DT, ToUpdate, Records);
2183
2184   if (PrintBasePointers) {
2185     for (auto &Info : Records) {
2186       errs() << "Base Pairs: (w/Relocation)\n";
2187       for (auto Pair : Info.PointerToBase) {
2188         errs() << " derived ";
2189         Pair.first->printAsOperand(errs(), false);
2190         errs() << " base ";
2191         Pair.second->printAsOperand(errs(), false);
2192         errs() << "\n";
2193       }
2194     }
2195   }
2196
2197   // It is possible that non-constant live variables have a constant base.  For
2198   // example, a GEP with a variable offset from a global.  In this case we can
2199   // remove it from the liveset.  We already don't add constants to the liveset
2200   // because we assume they won't move at runtime and the GC doesn't need to be
2201   // informed about them.  The same reasoning applies if the base is constant.
2202   // Note that the relocation placement code relies on this filtering for
2203   // correctness as it expects the base to be in the liveset, which isn't true
2204   // if the base is constant.
2205   for (auto &Info : Records)
2206     for (auto &BasePair : Info.PointerToBase)
2207       if (isa<Constant>(BasePair.second))
2208         Info.LiveSet.remove(BasePair.first);
2209
2210   for (CallInst *CI : Holders)
2211     CI->eraseFromParent();
2212
2213   Holders.clear();
2214
2215   // In order to reduce live set of statepoint we might choose to rematerialize
2216   // some values instead of relocating them. This is purely an optimization and
2217   // does not influence correctness.
2218   for (size_t i = 0; i < Records.size(); i++)
2219     rematerializeLiveValues(ToUpdate[i], Records[i], TTI);
2220
2221   // We need this to safely RAUW and delete call or invoke return values that
2222   // may themselves be live over a statepoint.  For details, please see usage in
2223   // makeStatepointExplicitImpl.
2224   std::vector<DeferredReplacement> Replacements;
2225
2226   // Now run through and replace the existing statepoints with new ones with
2227   // the live variables listed.  We do not yet update uses of the values being
2228   // relocated. We have references to live variables that need to
2229   // survive to the last iteration of this loop.  (By construction, the
2230   // previous statepoint can not be a live variable, thus we can and remove
2231   // the old statepoint calls as we go.)
2232   for (size_t i = 0; i < Records.size(); i++)
2233     makeStatepointExplicit(DT, ToUpdate[i], Records[i], Replacements);
2234
2235   ToUpdate.clear(); // prevent accident use of invalid CallSites
2236
2237   for (auto &PR : Replacements)
2238     PR.doReplacement();
2239
2240   Replacements.clear();
2241
2242   for (auto &Info : Records) {
2243     // These live sets may contain state Value pointers, since we replaced calls
2244     // with operand bundles with calls wrapped in gc.statepoint, and some of
2245     // those calls may have been def'ing live gc pointers.  Clear these out to
2246     // avoid accidentally using them.
2247     //
2248     // TODO: We should create a separate data structure that does not contain
2249     // these live sets, and migrate to using that data structure from this point
2250     // onward.
2251     Info.LiveSet.clear();
2252     Info.PointerToBase.clear();
2253   }
2254
2255   // Do all the fixups of the original live variables to their relocated selves
2256   SmallVector<Value *, 128> Live;
2257   for (size_t i = 0; i < Records.size(); i++) {
2258     PartiallyConstructedSafepointRecord &Info = Records[i];
2259
2260     // We can't simply save the live set from the original insertion.  One of
2261     // the live values might be the result of a call which needs a safepoint.
2262     // That Value* no longer exists and we need to use the new gc_result.
2263     // Thankfully, the live set is embedded in the statepoint (and updated), so
2264     // we just grab that.
2265     Statepoint Statepoint(Info.StatepointToken);
2266     Live.insert(Live.end(), Statepoint.gc_args_begin(),
2267                 Statepoint.gc_args_end());
2268 #ifndef NDEBUG
2269     // Do some basic sanity checks on our liveness results before performing
2270     // relocation.  Relocation can and will turn mistakes in liveness results
2271     // into non-sensical code which is must harder to debug.
2272     // TODO: It would be nice to test consistency as well
2273     assert(DT.isReachableFromEntry(Info.StatepointToken->getParent()) &&
2274            "statepoint must be reachable or liveness is meaningless");
2275     for (Value *V : Statepoint.gc_args()) {
2276       if (!isa<Instruction>(V))
2277         // Non-instruction values trivial dominate all possible uses
2278         continue;
2279       auto *LiveInst = cast<Instruction>(V);
2280       assert(DT.isReachableFromEntry(LiveInst->getParent()) &&
2281              "unreachable values should never be live");
2282       assert(DT.dominates(LiveInst, Info.StatepointToken) &&
2283              "basic SSA liveness expectation violated by liveness analysis");
2284     }
2285 #endif
2286   }
2287   unique_unsorted(Live);
2288
2289 #ifndef NDEBUG
2290   // sanity check
2291   for (auto *Ptr : Live)
2292     assert(isHandledGCPointerType(Ptr->getType()) &&
2293            "must be a gc pointer type");
2294 #endif
2295
2296   relocationViaAlloca(F, DT, Live, Records);
2297   return !Records.empty();
2298 }
2299
2300 // Handles both return values and arguments for Functions and CallSites.
2301 template <typename AttrHolder>
2302 static void RemoveNonValidAttrAtIndex(LLVMContext &Ctx, AttrHolder &AH,
2303                                       unsigned Index) {
2304   AttrBuilder R;
2305   if (AH.getDereferenceableBytes(Index))
2306     R.addAttribute(Attribute::get(Ctx, Attribute::Dereferenceable,
2307                                   AH.getDereferenceableBytes(Index)));
2308   if (AH.getDereferenceableOrNullBytes(Index))
2309     R.addAttribute(Attribute::get(Ctx, Attribute::DereferenceableOrNull,
2310                                   AH.getDereferenceableOrNullBytes(Index)));
2311   if (AH.doesNotAlias(Index))
2312     R.addAttribute(Attribute::NoAlias);
2313
2314   if (!R.empty())
2315     AH.setAttributes(AH.getAttributes().removeAttributes(
2316         Ctx, Index, AttributeList::get(Ctx, Index, R)));
2317 }
2318
2319 void
2320 RewriteStatepointsForGC::stripNonValidAttributesFromPrototype(Function &F) {
2321   LLVMContext &Ctx = F.getContext();
2322
2323   for (Argument &A : F.args())
2324     if (isa<PointerType>(A.getType()))
2325       RemoveNonValidAttrAtIndex(Ctx, F, A.getArgNo() + 1);
2326
2327   if (isa<PointerType>(F.getReturnType()))
2328     RemoveNonValidAttrAtIndex(Ctx, F, AttributeList::ReturnIndex);
2329 }
2330
2331 void RewriteStatepointsForGC::stripNonValidAttributesFromBody(Function &F) {
2332   if (F.empty())
2333     return;
2334
2335   LLVMContext &Ctx = F.getContext();
2336   MDBuilder Builder(Ctx);
2337
2338   for (Instruction &I : instructions(F)) {
2339     if (const MDNode *MD = I.getMetadata(LLVMContext::MD_tbaa)) {
2340       assert(MD->getNumOperands() < 5 && "unrecognized metadata shape!");
2341       bool IsImmutableTBAA =
2342           MD->getNumOperands() == 4 &&
2343           mdconst::extract<ConstantInt>(MD->getOperand(3))->getValue() == 1;
2344
2345       if (!IsImmutableTBAA)
2346         continue; // no work to do, MD_tbaa is already marked mutable
2347
2348       MDNode *Base = cast<MDNode>(MD->getOperand(0));
2349       MDNode *Access = cast<MDNode>(MD->getOperand(1));
2350       uint64_t Offset =
2351           mdconst::extract<ConstantInt>(MD->getOperand(2))->getZExtValue();
2352
2353       MDNode *MutableTBAA =
2354           Builder.createTBAAStructTagNode(Base, Access, Offset);
2355       I.setMetadata(LLVMContext::MD_tbaa, MutableTBAA);
2356     }
2357
2358     if (CallSite CS = CallSite(&I)) {
2359       for (int i = 0, e = CS.arg_size(); i != e; i++)
2360         if (isa<PointerType>(CS.getArgument(i)->getType()))
2361           RemoveNonValidAttrAtIndex(Ctx, CS, i + 1);
2362       if (isa<PointerType>(CS.getType()))
2363         RemoveNonValidAttrAtIndex(Ctx, CS, AttributeList::ReturnIndex);
2364     }
2365   }
2366 }
2367
2368 /// Returns true if this function should be rewritten by this pass.  The main
2369 /// point of this function is as an extension point for custom logic.
2370 static bool shouldRewriteStatepointsIn(Function &F) {
2371   // TODO: This should check the GCStrategy
2372   if (F.hasGC()) {
2373     const auto &FunctionGCName = F.getGC();
2374     const StringRef StatepointExampleName("statepoint-example");
2375     const StringRef CoreCLRName("coreclr");
2376     return (StatepointExampleName == FunctionGCName) ||
2377            (CoreCLRName == FunctionGCName);
2378   } else
2379     return false;
2380 }
2381
2382 void RewriteStatepointsForGC::stripNonValidAttributes(Module &M) {
2383 #ifndef NDEBUG
2384   assert(any_of(M, shouldRewriteStatepointsIn) && "precondition!");
2385 #endif
2386
2387   for (Function &F : M)
2388     stripNonValidAttributesFromPrototype(F);
2389
2390   for (Function &F : M)
2391     stripNonValidAttributesFromBody(F);
2392 }
2393
2394 bool RewriteStatepointsForGC::runOnFunction(Function &F) {
2395   // Nothing to do for declarations.
2396   if (F.isDeclaration() || F.empty())
2397     return false;
2398
2399   // Policy choice says not to rewrite - the most common reason is that we're
2400   // compiling code without a GCStrategy.
2401   if (!shouldRewriteStatepointsIn(F))
2402     return false;
2403
2404   DominatorTree &DT = getAnalysis<DominatorTreeWrapperPass>(F).getDomTree();
2405   TargetTransformInfo &TTI =
2406       getAnalysis<TargetTransformInfoWrapperPass>().getTTI(F);
2407
2408   auto NeedsRewrite = [](Instruction &I) {
2409     if (ImmutableCallSite CS = ImmutableCallSite(&I))
2410       return !callsGCLeafFunction(CS) && !isStatepoint(CS);
2411     return false;
2412   };
2413
2414   // Gather all the statepoints which need rewritten.  Be careful to only
2415   // consider those in reachable code since we need to ask dominance queries
2416   // when rewriting.  We'll delete the unreachable ones in a moment.
2417   SmallVector<CallSite, 64> ParsePointNeeded;
2418   bool HasUnreachableStatepoint = false;
2419   for (Instruction &I : instructions(F)) {
2420     // TODO: only the ones with the flag set!
2421     if (NeedsRewrite(I)) {
2422       if (DT.isReachableFromEntry(I.getParent()))
2423         ParsePointNeeded.push_back(CallSite(&I));
2424       else
2425         HasUnreachableStatepoint = true;
2426     }
2427   }
2428
2429   bool MadeChange = false;
2430
2431   // Delete any unreachable statepoints so that we don't have unrewritten
2432   // statepoints surviving this pass.  This makes testing easier and the
2433   // resulting IR less confusing to human readers.  Rather than be fancy, we
2434   // just reuse a utility function which removes the unreachable blocks.
2435   if (HasUnreachableStatepoint)
2436     MadeChange |= removeUnreachableBlocks(F);
2437
2438   // Return early if no work to do.
2439   if (ParsePointNeeded.empty())
2440     return MadeChange;
2441
2442   // As a prepass, go ahead and aggressively destroy single entry phi nodes.
2443   // These are created by LCSSA.  They have the effect of increasing the size
2444   // of liveness sets for no good reason.  It may be harder to do this post
2445   // insertion since relocations and base phis can confuse things.
2446   for (BasicBlock &BB : F)
2447     if (BB.getUniquePredecessor()) {
2448       MadeChange = true;
2449       FoldSingleEntryPHINodes(&BB);
2450     }
2451
2452   // Before we start introducing relocations, we want to tweak the IR a bit to
2453   // avoid unfortunate code generation effects.  The main example is that we 
2454   // want to try to make sure the comparison feeding a branch is after any
2455   // safepoints.  Otherwise, we end up with a comparison of pre-relocation
2456   // values feeding a branch after relocation.  This is semantically correct,
2457   // but results in extra register pressure since both the pre-relocation and
2458   // post-relocation copies must be available in registers.  For code without
2459   // relocations this is handled elsewhere, but teaching the scheduler to
2460   // reverse the transform we're about to do would be slightly complex.
2461   // Note: This may extend the live range of the inputs to the icmp and thus
2462   // increase the liveset of any statepoint we move over.  This is profitable
2463   // as long as all statepoints are in rare blocks.  If we had in-register
2464   // lowering for live values this would be a much safer transform.
2465   auto getConditionInst = [](TerminatorInst *TI) -> Instruction* {
2466     if (auto *BI = dyn_cast<BranchInst>(TI))
2467       if (BI->isConditional())
2468         return dyn_cast<Instruction>(BI->getCondition());
2469     // TODO: Extend this to handle switches
2470     return nullptr;
2471   };
2472   for (BasicBlock &BB : F) {
2473     TerminatorInst *TI = BB.getTerminator();
2474     if (auto *Cond = getConditionInst(TI))
2475       // TODO: Handle more than just ICmps here.  We should be able to move
2476       // most instructions without side effects or memory access.  
2477       if (isa<ICmpInst>(Cond) && Cond->hasOneUse()) {
2478         MadeChange = true;
2479         Cond->moveBefore(TI);
2480       }
2481   }
2482
2483   MadeChange |= insertParsePoints(F, DT, TTI, ParsePointNeeded);
2484   return MadeChange;
2485 }
2486
2487 // liveness computation via standard dataflow
2488 // -------------------------------------------------------------------
2489
2490 // TODO: Consider using bitvectors for liveness, the set of potentially
2491 // interesting values should be small and easy to pre-compute.
2492
2493 /// Compute the live-in set for the location rbegin starting from
2494 /// the live-out set of the basic block
2495 static void computeLiveInValues(BasicBlock::reverse_iterator Begin,
2496                                 BasicBlock::reverse_iterator End,
2497                                 SetVector<Value *> &LiveTmp) {
2498   for (auto &I : make_range(Begin, End)) {
2499     // KILL/Def - Remove this definition from LiveIn
2500     LiveTmp.remove(&I);
2501
2502     // Don't consider *uses* in PHI nodes, we handle their contribution to
2503     // predecessor blocks when we seed the LiveOut sets
2504     if (isa<PHINode>(I))
2505       continue;
2506
2507     // USE - Add to the LiveIn set for this instruction
2508     for (Value *V : I.operands()) {
2509       assert(!isUnhandledGCPointerType(V->getType()) &&
2510              "support for FCA unimplemented");
2511       if (isHandledGCPointerType(V->getType()) && !isa<Constant>(V)) {
2512         // The choice to exclude all things constant here is slightly subtle.
2513         // There are two independent reasons:
2514         // - We assume that things which are constant (from LLVM's definition)
2515         // do not move at runtime.  For example, the address of a global
2516         // variable is fixed, even though it's contents may not be.
2517         // - Second, we can't disallow arbitrary inttoptr constants even
2518         // if the language frontend does.  Optimization passes are free to
2519         // locally exploit facts without respect to global reachability.  This
2520         // can create sections of code which are dynamically unreachable and
2521         // contain just about anything.  (see constants.ll in tests)
2522         LiveTmp.insert(V);
2523       }
2524     }
2525   }
2526 }
2527
2528 static void computeLiveOutSeed(BasicBlock *BB, SetVector<Value *> &LiveTmp) {
2529   for (BasicBlock *Succ : successors(BB)) {
2530     for (auto &I : *Succ) {
2531       PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(&I);
2532       if (!PN)
2533         break;
2534
2535       Value *V = PN->getIncomingValueForBlock(BB);
2536       assert(!isUnhandledGCPointerType(V->getType()) &&
2537              "support for FCA unimplemented");
2538       if (isHandledGCPointerType(V->getType()) && !isa<Constant>(V))
2539         LiveTmp.insert(V);
2540     }
2541   }
2542 }
2543
2544 static SetVector<Value *> computeKillSet(BasicBlock *BB) {
2545   SetVector<Value *> KillSet;
2546   for (Instruction &I : *BB)
2547     if (isHandledGCPointerType(I.getType()))
2548       KillSet.insert(&I);
2549   return KillSet;
2550 }
2551
2552 #ifndef NDEBUG
2553 /// Check that the items in 'Live' dominate 'TI'.  This is used as a basic
2554 /// sanity check for the liveness computation.
2555 static void checkBasicSSA(DominatorTree &DT, SetVector<Value *> &Live,
2556                           TerminatorInst *TI, bool TermOkay = false) {
2557   for (Value *V : Live) {
2558     if (auto *I = dyn_cast<Instruction>(V)) {
2559       // The terminator can be a member of the LiveOut set.  LLVM's definition
2560       // of instruction dominance states that V does not dominate itself.  As
2561       // such, we need to special case this to allow it.
2562       if (TermOkay && TI == I)
2563         continue;
2564       assert(DT.dominates(I, TI) &&
2565              "basic SSA liveness expectation violated by liveness analysis");
2566     }
2567   }
2568 }
2569
2570 /// Check that all the liveness sets used during the computation of liveness
2571 /// obey basic SSA properties.  This is useful for finding cases where we miss
2572 /// a def.
2573 static void checkBasicSSA(DominatorTree &DT, GCPtrLivenessData &Data,
2574                           BasicBlock &BB) {
2575   checkBasicSSA(DT, Data.LiveSet[&BB], BB.getTerminator());
2576   checkBasicSSA(DT, Data.LiveOut[&BB], BB.getTerminator(), true);
2577   checkBasicSSA(DT, Data.LiveIn[&BB], BB.getTerminator());
2578 }
2579 #endif
2580
2581 static void computeLiveInValues(DominatorTree &DT, Function &F,
2582                                 GCPtrLivenessData &Data) {
2583   SmallSetVector<BasicBlock *, 32> Worklist;
2584
2585   // Seed the liveness for each individual block
2586   for (BasicBlock &BB : F) {
2587     Data.KillSet[&BB] = computeKillSet(&BB);
2588     Data.LiveSet[&BB].clear();
2589     computeLiveInValues(BB.rbegin(), BB.rend(), Data.LiveSet[&BB]);
2590
2591 #ifndef NDEBUG
2592     for (Value *Kill : Data.KillSet[&BB])
2593       assert(!Data.LiveSet[&BB].count(Kill) && "live set contains kill");
2594 #endif
2595
2596     Data.LiveOut[&BB] = SetVector<Value *>();
2597     computeLiveOutSeed(&BB, Data.LiveOut[&BB]);
2598     Data.LiveIn[&BB] = Data.LiveSet[&BB];
2599     Data.LiveIn[&BB].set_union(Data.LiveOut[&BB]);
2600     Data.LiveIn[&BB].set_subtract(Data.KillSet[&BB]);
2601     if (!Data.LiveIn[&BB].empty())
2602       Worklist.insert(pred_begin(&BB), pred_end(&BB));
2603   }
2604
2605   // Propagate that liveness until stable
2606   while (!Worklist.empty()) {
2607     BasicBlock *BB = Worklist.pop_back_val();
2608
2609     // Compute our new liveout set, then exit early if it hasn't changed despite
2610     // the contribution of our successor.
2611     SetVector<Value *> LiveOut = Data.LiveOut[BB];
2612     const auto OldLiveOutSize = LiveOut.size();
2613     for (BasicBlock *Succ : successors(BB)) {
2614       assert(Data.LiveIn.count(Succ));
2615       LiveOut.set_union(Data.LiveIn[Succ]);
2616     }
2617     // assert OutLiveOut is a subset of LiveOut
2618     if (OldLiveOutSize == LiveOut.size()) {
2619       // If the sets are the same size, then we didn't actually add anything
2620       // when unioning our successors LiveIn.  Thus, the LiveIn of this block
2621       // hasn't changed.
2622       continue;
2623     }
2624     Data.LiveOut[BB] = LiveOut;
2625
2626     // Apply the effects of this basic block
2627     SetVector<Value *> LiveTmp = LiveOut;
2628     LiveTmp.set_union(Data.LiveSet[BB]);
2629     LiveTmp.set_subtract(Data.KillSet[BB]);
2630
2631     assert(Data.LiveIn.count(BB));
2632     const SetVector<Value *> &OldLiveIn = Data.LiveIn[BB];
2633     // assert: OldLiveIn is a subset of LiveTmp
2634     if (OldLiveIn.size() != LiveTmp.size()) {
2635       Data.LiveIn[BB] = LiveTmp;
2636       Worklist.insert(pred_begin(BB), pred_end(BB));
2637     }
2638   } // while (!Worklist.empty())
2639
2640 #ifndef NDEBUG
2641   // Sanity check our output against SSA properties.  This helps catch any
2642   // missing kills during the above iteration.
2643   for (BasicBlock &BB : F)
2644     checkBasicSSA(DT, Data, BB);
2645 #endif
2646 }
2647
2648 static void findLiveSetAtInst(Instruction *Inst, GCPtrLivenessData &Data,
2649                               StatepointLiveSetTy &Out) {
2650
2651   BasicBlock *BB = Inst->getParent();
2652
2653   // Note: The copy is intentional and required
2654   assert(Data.LiveOut.count(BB));
2655   SetVector<Value *> LiveOut = Data.LiveOut[BB];
2656
2657   // We want to handle the statepoint itself oddly.  It's
2658   // call result is not live (normal), nor are it's arguments
2659   // (unless they're used again later).  This adjustment is
2660   // specifically what we need to relocate
2661   computeLiveInValues(BB->rbegin(), ++Inst->getIterator().getReverse(),
2662                       LiveOut);
2663   LiveOut.remove(Inst);
2664   Out.insert(LiveOut.begin(), LiveOut.end());
2665 }
2666
2667 static void recomputeLiveInValues(GCPtrLivenessData &RevisedLivenessData,
2668                                   CallSite CS,
2669                                   PartiallyConstructedSafepointRecord &Info) {
2670   Instruction *Inst = CS.getInstruction();
2671   StatepointLiveSetTy Updated;
2672   findLiveSetAtInst(Inst, RevisedLivenessData, Updated);
2673
2674 #ifndef NDEBUG
2675   DenseSet<Value *> Bases;
2676   for (auto KVPair : Info.PointerToBase)
2677     Bases.insert(KVPair.second);
2678 #endif
2679
2680   // We may have base pointers which are now live that weren't before.  We need
2681   // to update the PointerToBase structure to reflect this.
2682   for (auto V : Updated)
2683     if (Info.PointerToBase.insert({V, V}).second) {
2684       assert(Bases.count(V) && "Can't find base for unexpected live value!");
2685       continue;
2686     }
2687
2688 #ifndef NDEBUG
2689   for (auto V : Updated)
2690     assert(Info.PointerToBase.count(V) &&
2691            "Must be able to find base for live value!");
2692 #endif
2693
2694   // Remove any stale base mappings - this can happen since our liveness is
2695   // more precise then the one inherent in the base pointer analysis.
2696   DenseSet<Value *> ToErase;
2697   for (auto KVPair : Info.PointerToBase)
2698     if (!Updated.count(KVPair.first))
2699       ToErase.insert(KVPair.first);
2700
2701   for (auto *V : ToErase)
2702     Info.PointerToBase.erase(V);
2703
2704 #ifndef NDEBUG
2705   for (auto KVPair : Info.PointerToBase)
2706     assert(Updated.count(KVPair.first) && "record for non-live value");
2707 #endif
2708
2709   Info.LiveSet = Updated;
2710 }