]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - contrib/llvm/lib/Transforms/Scalar/RewriteStatepointsForGC.cpp
Merge ^/head r314420 through r314481.
[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   // A PHI or Select is a base defining value.  The outer findBasePointer
369   // algorithm is responsible for constructing a base value for this BDV.
370   assert((isa<SelectInst>(I) || isa<PHINode>(I)) &&
371          "unknown vector instruction - no base found for vector element");
372   return BaseDefiningValueResult(I, false);
373 }
374
375 /// Helper function for findBasePointer - Will return a value which either a)
376 /// defines the base pointer for the input, b) blocks the simple search
377 /// (i.e. a PHI or Select of two derived pointers), or c) involves a change
378 /// from pointer to vector type or back.
379 static BaseDefiningValueResult findBaseDefiningValue(Value *I) {
380   assert(I->getType()->isPtrOrPtrVectorTy() &&
381          "Illegal to ask for the base pointer of a non-pointer type");
382
383   if (I->getType()->isVectorTy())
384     return findBaseDefiningValueOfVector(I);
385
386   if (isa<Argument>(I))
387     // An incoming argument to the function is a base pointer
388     // We should have never reached here if this argument isn't an gc value
389     return BaseDefiningValueResult(I, true);
390
391   if (isa<Constant>(I)) {
392     // We assume that objects with a constant base (e.g. a global) can't move
393     // and don't need to be reported to the collector because they are always
394     // live. Besides global references, all kinds of constants (e.g. undef, 
395     // constant expressions, null pointers) can be introduced by the inliner or
396     // the optimizer, especially on dynamically dead paths.
397     // Here we treat all of them as having single null base. By doing this we
398     // trying to avoid problems reporting various conflicts in a form of 
399     // "phi (const1, const2)" or "phi (const, regular gc ptr)".
400     // See constant.ll file for relevant test cases.
401
402     return BaseDefiningValueResult(
403         ConstantPointerNull::get(cast<PointerType>(I->getType())), true);
404   }
405
406   if (CastInst *CI = dyn_cast<CastInst>(I)) {
407     Value *Def = CI->stripPointerCasts();
408     // If stripping pointer casts changes the address space there is an
409     // addrspacecast in between.
410     assert(cast<PointerType>(Def->getType())->getAddressSpace() ==
411                cast<PointerType>(CI->getType())->getAddressSpace() &&
412            "unsupported addrspacecast");
413     // If we find a cast instruction here, it means we've found a cast which is
414     // not simply a pointer cast (i.e. an inttoptr).  We don't know how to
415     // handle int->ptr conversion.
416     assert(!isa<CastInst>(Def) && "shouldn't find another cast here");
417     return findBaseDefiningValue(Def);
418   }
419
420   if (isa<LoadInst>(I))
421     // The value loaded is an gc base itself
422     return BaseDefiningValueResult(I, true);
423   
424
425   if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(I))
426     // The base of this GEP is the base
427     return findBaseDefiningValue(GEP->getPointerOperand());
428
429   if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(I)) {
430     switch (II->getIntrinsicID()) {
431     default:
432       // fall through to general call handling
433       break;
434     case Intrinsic::experimental_gc_statepoint:
435       llvm_unreachable("statepoints don't produce pointers");
436     case Intrinsic::experimental_gc_relocate: {
437       // Rerunning safepoint insertion after safepoints are already
438       // inserted is not supported.  It could probably be made to work,
439       // but why are you doing this?  There's no good reason.
440       llvm_unreachable("repeat safepoint insertion is not supported");
441     }
442     case Intrinsic::gcroot:
443       // Currently, this mechanism hasn't been extended to work with gcroot.
444       // There's no reason it couldn't be, but I haven't thought about the
445       // implications much.
446       llvm_unreachable(
447           "interaction with the gcroot mechanism is not supported");
448     }
449   }
450   // We assume that functions in the source language only return base
451   // pointers.  This should probably be generalized via attributes to support
452   // both source language and internal functions.
453   if (isa<CallInst>(I) || isa<InvokeInst>(I))
454     return BaseDefiningValueResult(I, true);
455
456   // TODO: I have absolutely no idea how to implement this part yet.  It's not
457   // necessarily hard, I just haven't really looked at it yet.
458   assert(!isa<LandingPadInst>(I) && "Landing Pad is unimplemented");
459
460   if (isa<AtomicCmpXchgInst>(I))
461     // A CAS is effectively a atomic store and load combined under a
462     // predicate.  From the perspective of base pointers, we just treat it
463     // like a load.
464     return BaseDefiningValueResult(I, true);
465
466   assert(!isa<AtomicRMWInst>(I) && "Xchg handled above, all others are "
467                                    "binary ops which don't apply to pointers");
468
469   // The aggregate ops.  Aggregates can either be in the heap or on the
470   // stack, but in either case, this is simply a field load.  As a result,
471   // this is a defining definition of the base just like a load is.
472   if (isa<ExtractValueInst>(I))
473     return BaseDefiningValueResult(I, true);
474
475   // We should never see an insert vector since that would require we be
476   // tracing back a struct value not a pointer value.
477   assert(!isa<InsertValueInst>(I) &&
478          "Base pointer for a struct is meaningless");
479
480   // An extractelement produces a base result exactly when it's input does.
481   // We may need to insert a parallel instruction to extract the appropriate
482   // element out of the base vector corresponding to the input. Given this,
483   // it's analogous to the phi and select case even though it's not a merge.
484   if (isa<ExtractElementInst>(I))
485     // Note: There a lot of obvious peephole cases here.  This are deliberately
486     // handled after the main base pointer inference algorithm to make writing
487     // test cases to exercise that code easier.
488     return BaseDefiningValueResult(I, false);
489
490   // The last two cases here don't return a base pointer.  Instead, they
491   // return a value which dynamically selects from among several base
492   // derived pointers (each with it's own base potentially).  It's the job of
493   // the caller to resolve these.
494   assert((isa<SelectInst>(I) || isa<PHINode>(I)) &&
495          "missing instruction case in findBaseDefiningValing");
496   return BaseDefiningValueResult(I, false);
497 }
498
499 /// Returns the base defining value for this value.
500 static Value *findBaseDefiningValueCached(Value *I, DefiningValueMapTy &Cache) {
501   Value *&Cached = Cache[I];
502   if (!Cached) {
503     Cached = findBaseDefiningValue(I).BDV;
504     DEBUG(dbgs() << "fBDV-cached: " << I->getName() << " -> "
505                  << Cached->getName() << "\n");
506   }
507   assert(Cache[I] != nullptr);
508   return Cached;
509 }
510
511 /// Return a base pointer for this value if known.  Otherwise, return it's
512 /// base defining value.
513 static Value *findBaseOrBDV(Value *I, DefiningValueMapTy &Cache) {
514   Value *Def = findBaseDefiningValueCached(I, Cache);
515   auto Found = Cache.find(Def);
516   if (Found != Cache.end()) {
517     // Either a base-of relation, or a self reference.  Caller must check.
518     return Found->second;
519   }
520   // Only a BDV available
521   return Def;
522 }
523
524 /// Given the result of a call to findBaseDefiningValue, or findBaseOrBDV,
525 /// is it known to be a base pointer?  Or do we need to continue searching.
526 static bool isKnownBaseResult(Value *V) {
527   if (!isa<PHINode>(V) && !isa<SelectInst>(V) &&
528       !isa<ExtractElementInst>(V) && !isa<InsertElementInst>(V) &&
529       !isa<ShuffleVectorInst>(V)) {
530     // no recursion possible
531     return true;
532   }
533   if (isa<Instruction>(V) &&
534       cast<Instruction>(V)->getMetadata("is_base_value")) {
535     // This is a previously inserted base phi or select.  We know
536     // that this is a base value.
537     return true;
538   }
539
540   // We need to keep searching
541   return false;
542 }
543
544 namespace {
545 /// Models the state of a single base defining value in the findBasePointer
546 /// algorithm for determining where a new instruction is needed to propagate
547 /// the base of this BDV.
548 class BDVState {
549 public:
550   enum Status { Unknown, Base, Conflict };
551
552   BDVState() : Status(Unknown), BaseValue(nullptr) {}
553
554   explicit BDVState(Status Status, Value *BaseValue = nullptr)
555       : Status(Status), BaseValue(BaseValue) {
556     assert(Status != Base || BaseValue);
557   }
558
559   explicit BDVState(Value *BaseValue) : Status(Base), BaseValue(BaseValue) {}
560
561   Status getStatus() const { return Status; }
562   Value *getBaseValue() const { return BaseValue; }
563
564   bool isBase() const { return getStatus() == Base; }
565   bool isUnknown() const { return getStatus() == Unknown; }
566   bool isConflict() const { return getStatus() == Conflict; }
567
568   bool operator==(const BDVState &Other) const {
569     return BaseValue == Other.BaseValue && Status == Other.Status;
570   }
571
572   bool operator!=(const BDVState &other) const { return !(*this == other); }
573
574   LLVM_DUMP_METHOD
575   void dump() const {
576     print(dbgs());
577     dbgs() << '\n';
578   }
579
580   void print(raw_ostream &OS) const {
581     switch (getStatus()) {
582     case Unknown:
583       OS << "U";
584       break;
585     case Base:
586       OS << "B";
587       break;
588     case Conflict:
589       OS << "C";
590       break;
591     };
592     OS << " (" << getBaseValue() << " - "
593        << (getBaseValue() ? getBaseValue()->getName() : "nullptr") << "): ";
594   }
595
596 private:
597   Status Status;
598   AssertingVH<Value> BaseValue; // Non-null only if Status == Base.
599 };
600 }
601
602 #ifndef NDEBUG
603 static raw_ostream &operator<<(raw_ostream &OS, const BDVState &State) {
604   State.print(OS);
605   return OS;
606 }
607 #endif
608
609 static BDVState meetBDVStateImpl(const BDVState &LHS, const BDVState &RHS) {
610   switch (LHS.getStatus()) {
611   case BDVState::Unknown:
612     return RHS;
613
614   case BDVState::Base:
615     assert(LHS.getBaseValue() && "can't be null");
616     if (RHS.isUnknown())
617       return LHS;
618
619     if (RHS.isBase()) {
620       if (LHS.getBaseValue() == RHS.getBaseValue()) {
621         assert(LHS == RHS && "equality broken!");
622         return LHS;
623       }
624       return BDVState(BDVState::Conflict);
625     }
626     assert(RHS.isConflict() && "only three states!");
627     return BDVState(BDVState::Conflict);
628
629   case BDVState::Conflict:
630     return LHS;
631   }
632   llvm_unreachable("only three states!");
633 }
634
635 // Values of type BDVState form a lattice, and this function implements the meet
636 // operation.
637 static BDVState meetBDVState(BDVState LHS, BDVState RHS) {
638   BDVState Result = meetBDVStateImpl(LHS, RHS);
639   assert(Result == meetBDVStateImpl(RHS, LHS) &&
640          "Math is wrong: meet does not commute!");
641   return Result;
642 }
643
644 /// For a given value or instruction, figure out what base ptr its derived from.
645 /// For gc objects, this is simply itself.  On success, returns a value which is
646 /// the base pointer.  (This is reliable and can be used for relocation.)  On
647 /// failure, returns nullptr.
648 static Value *findBasePointer(Value *I, DefiningValueMapTy &Cache) {
649   Value *Def = findBaseOrBDV(I, Cache);
650
651   if (isKnownBaseResult(Def))
652     return Def;
653
654   // Here's the rough algorithm:
655   // - For every SSA value, construct a mapping to either an actual base
656   //   pointer or a PHI which obscures the base pointer.
657   // - Construct a mapping from PHI to unknown TOP state.  Use an
658   //   optimistic algorithm to propagate base pointer information.  Lattice
659   //   looks like:
660   //   UNKNOWN
661   //   b1 b2 b3 b4
662   //   CONFLICT
663   //   When algorithm terminates, all PHIs will either have a single concrete
664   //   base or be in a conflict state.
665   // - For every conflict, insert a dummy PHI node without arguments.  Add
666   //   these to the base[Instruction] = BasePtr mapping.  For every
667   //   non-conflict, add the actual base.
668   //  - For every conflict, add arguments for the base[a] of each input
669   //   arguments.
670   //
671   // Note: A simpler form of this would be to add the conflict form of all
672   // PHIs without running the optimistic algorithm.  This would be
673   // analogous to pessimistic data flow and would likely lead to an
674   // overall worse solution.
675
676 #ifndef NDEBUG
677   auto isExpectedBDVType = [](Value *BDV) {
678     return isa<PHINode>(BDV) || isa<SelectInst>(BDV) ||
679            isa<ExtractElementInst>(BDV) || isa<InsertElementInst>(BDV) ||
680            isa<ShuffleVectorInst>(BDV);
681   };
682 #endif
683
684   // Once populated, will contain a mapping from each potentially non-base BDV
685   // to a lattice value (described above) which corresponds to that BDV.
686   // We use the order of insertion (DFS over the def/use graph) to provide a
687   // stable deterministic ordering for visiting DenseMaps (which are unordered)
688   // below.  This is important for deterministic compilation.
689   MapVector<Value *, BDVState> States;
690
691   // Recursively fill in all base defining values reachable from the initial
692   // one for which we don't already know a definite base value for
693   /* scope */ {
694     SmallVector<Value*, 16> Worklist;
695     Worklist.push_back(Def);
696     States.insert({Def, BDVState()});
697     while (!Worklist.empty()) {
698       Value *Current = Worklist.pop_back_val();
699       assert(!isKnownBaseResult(Current) && "why did it get added?");
700
701       auto visitIncomingValue = [&](Value *InVal) {
702         Value *Base = findBaseOrBDV(InVal, Cache);
703         if (isKnownBaseResult(Base))
704           // Known bases won't need new instructions introduced and can be
705           // ignored safely
706           return;
707         assert(isExpectedBDVType(Base) && "the only non-base values "
708                "we see should be base defining values");
709         if (States.insert(std::make_pair(Base, BDVState())).second)
710           Worklist.push_back(Base);
711       };
712       if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(Current)) {
713         for (Value *InVal : PN->incoming_values())
714           visitIncomingValue(InVal);
715       } else if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(Current)) {
716         visitIncomingValue(SI->getTrueValue());
717         visitIncomingValue(SI->getFalseValue());
718       } else if (auto *EE = dyn_cast<ExtractElementInst>(Current)) {
719         visitIncomingValue(EE->getVectorOperand());
720       } else if (auto *IE = dyn_cast<InsertElementInst>(Current)) {
721         visitIncomingValue(IE->getOperand(0)); // vector operand
722         visitIncomingValue(IE->getOperand(1)); // scalar operand
723       } else if (auto *SV = dyn_cast<ShuffleVectorInst>(Current)) {
724         visitIncomingValue(SV->getOperand(0));
725         visitIncomingValue(SV->getOperand(1));
726       }
727       else {
728         llvm_unreachable("Unimplemented instruction case");
729       }
730     }
731   }
732
733 #ifndef NDEBUG
734   DEBUG(dbgs() << "States after initialization:\n");
735   for (auto Pair : States) {
736     DEBUG(dbgs() << " " << Pair.second << " for " << *Pair.first << "\n");
737   }
738 #endif
739
740   // Return a phi state for a base defining value.  We'll generate a new
741   // base state for known bases and expect to find a cached state otherwise.
742   auto getStateForBDV = [&](Value *baseValue) {
743     if (isKnownBaseResult(baseValue))
744       return BDVState(baseValue);
745     auto I = States.find(baseValue);
746     assert(I != States.end() && "lookup failed!");
747     return I->second;
748   };
749
750   bool Progress = true;
751   while (Progress) {
752 #ifndef NDEBUG
753     const size_t OldSize = States.size();
754 #endif
755     Progress = false;
756     // We're only changing values in this loop, thus safe to keep iterators.
757     // Since this is computing a fixed point, the order of visit does not
758     // effect the result.  TODO: We could use a worklist here and make this run
759     // much faster.
760     for (auto Pair : States) {
761       Value *BDV = Pair.first;
762       assert(!isKnownBaseResult(BDV) && "why did it get added?");
763
764       // Given an input value for the current instruction, return a BDVState
765       // instance which represents the BDV of that value.
766       auto getStateForInput = [&](Value *V) mutable {
767         Value *BDV = findBaseOrBDV(V, Cache);
768         return getStateForBDV(BDV);
769       };
770
771       BDVState NewState;
772       if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(BDV)) {
773         NewState = meetBDVState(NewState, getStateForInput(SI->getTrueValue()));
774         NewState =
775             meetBDVState(NewState, getStateForInput(SI->getFalseValue()));
776       } else if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(BDV)) {
777         for (Value *Val : PN->incoming_values())
778           NewState = meetBDVState(NewState, getStateForInput(Val));
779       } else if (auto *EE = dyn_cast<ExtractElementInst>(BDV)) {
780         // The 'meet' for an extractelement is slightly trivial, but it's still
781         // useful in that it drives us to conflict if our input is.
782         NewState =
783             meetBDVState(NewState, getStateForInput(EE->getVectorOperand()));
784       } else if (auto *IE = dyn_cast<InsertElementInst>(BDV)){
785         // Given there's a inherent type mismatch between the operands, will
786         // *always* produce Conflict.
787         NewState = meetBDVState(NewState, getStateForInput(IE->getOperand(0)));
788         NewState = meetBDVState(NewState, getStateForInput(IE->getOperand(1)));
789       } else {
790         // The only instance this does not return a Conflict is when both the
791         // vector operands are the same vector.
792         auto *SV = cast<ShuffleVectorInst>(BDV);
793         NewState = meetBDVState(NewState, getStateForInput(SV->getOperand(0)));
794         NewState = meetBDVState(NewState, getStateForInput(SV->getOperand(1)));
795       }
796
797       BDVState OldState = States[BDV];
798       if (OldState != NewState) {
799         Progress = true;
800         States[BDV] = NewState;
801       }
802     }
803
804     assert(OldSize == States.size() &&
805            "fixed point shouldn't be adding any new nodes to state");
806   }
807
808 #ifndef NDEBUG
809   DEBUG(dbgs() << "States after meet iteration:\n");
810   for (auto Pair : States) {
811     DEBUG(dbgs() << " " << Pair.second << " for " << *Pair.first << "\n");
812   }
813 #endif
814
815   // Insert Phis for all conflicts
816   // TODO: adjust naming patterns to avoid this order of iteration dependency
817   for (auto Pair : States) {
818     Instruction *I = cast<Instruction>(Pair.first);
819     BDVState State = Pair.second;
820     assert(!isKnownBaseResult(I) && "why did it get added?");
821     assert(!State.isUnknown() && "Optimistic algorithm didn't complete!");
822
823     // extractelement instructions are a bit special in that we may need to
824     // insert an extract even when we know an exact base for the instruction.
825     // The problem is that we need to convert from a vector base to a scalar
826     // base for the particular indice we're interested in.
827     if (State.isBase() && isa<ExtractElementInst>(I) &&
828         isa<VectorType>(State.getBaseValue()->getType())) {
829       auto *EE = cast<ExtractElementInst>(I);
830       // TODO: In many cases, the new instruction is just EE itself.  We should
831       // exploit this, but can't do it here since it would break the invariant
832       // about the BDV not being known to be a base.
833       auto *BaseInst = ExtractElementInst::Create(
834           State.getBaseValue(), EE->getIndexOperand(), "base_ee", EE);
835       BaseInst->setMetadata("is_base_value", MDNode::get(I->getContext(), {}));
836       States[I] = BDVState(BDVState::Base, BaseInst);
837     }
838
839     // Since we're joining a vector and scalar base, they can never be the
840     // same.  As a result, we should always see insert element having reached
841     // the conflict state.
842     assert(!isa<InsertElementInst>(I) || State.isConflict());
843
844     if (!State.isConflict())
845       continue;
846
847     /// Create and insert a new instruction which will represent the base of
848     /// the given instruction 'I'.
849     auto MakeBaseInstPlaceholder = [](Instruction *I) -> Instruction* {
850       if (isa<PHINode>(I)) {
851         BasicBlock *BB = I->getParent();
852         int NumPreds = std::distance(pred_begin(BB), pred_end(BB));
853         assert(NumPreds > 0 && "how did we reach here");
854         std::string Name = suffixed_name_or(I, ".base", "base_phi");
855         return PHINode::Create(I->getType(), NumPreds, Name, I);
856       } else if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(I)) {
857         // The undef will be replaced later
858         UndefValue *Undef = UndefValue::get(SI->getType());
859         std::string Name = suffixed_name_or(I, ".base", "base_select");
860         return SelectInst::Create(SI->getCondition(), Undef, Undef, Name, SI);
861       } else if (auto *EE = dyn_cast<ExtractElementInst>(I)) {
862         UndefValue *Undef = UndefValue::get(EE->getVectorOperand()->getType());
863         std::string Name = suffixed_name_or(I, ".base", "base_ee");
864         return ExtractElementInst::Create(Undef, EE->getIndexOperand(), Name,
865                                           EE);
866       } else if (auto *IE = dyn_cast<InsertElementInst>(I)) {
867         UndefValue *VecUndef = UndefValue::get(IE->getOperand(0)->getType());
868         UndefValue *ScalarUndef = UndefValue::get(IE->getOperand(1)->getType());
869         std::string Name = suffixed_name_or(I, ".base", "base_ie");
870         return InsertElementInst::Create(VecUndef, ScalarUndef,
871                                          IE->getOperand(2), Name, IE);
872       } else {
873         auto *SV = cast<ShuffleVectorInst>(I);
874         UndefValue *VecUndef = UndefValue::get(SV->getOperand(0)->getType());
875         std::string Name = suffixed_name_or(I, ".base", "base_sv");
876         return new ShuffleVectorInst(VecUndef, VecUndef, SV->getOperand(2),
877                                      Name, SV);
878       }
879     };
880     Instruction *BaseInst = MakeBaseInstPlaceholder(I);
881     // Add metadata marking this as a base value
882     BaseInst->setMetadata("is_base_value", MDNode::get(I->getContext(), {}));
883     States[I] = BDVState(BDVState::Conflict, BaseInst);
884   }
885
886   // Returns a instruction which produces the base pointer for a given
887   // instruction.  The instruction is assumed to be an input to one of the BDVs
888   // seen in the inference algorithm above.  As such, we must either already
889   // know it's base defining value is a base, or have inserted a new
890   // instruction to propagate the base of it's BDV and have entered that newly
891   // introduced instruction into the state table.  In either case, we are
892   // assured to be able to determine an instruction which produces it's base
893   // pointer.
894   auto getBaseForInput = [&](Value *Input, Instruction *InsertPt) {
895     Value *BDV = findBaseOrBDV(Input, Cache);
896     Value *Base = nullptr;
897     if (isKnownBaseResult(BDV)) {
898       Base = BDV;
899     } else {
900       // Either conflict or base.
901       assert(States.count(BDV));
902       Base = States[BDV].getBaseValue();
903     }
904     assert(Base && "Can't be null");
905     // The cast is needed since base traversal may strip away bitcasts
906     if (Base->getType() != Input->getType() && InsertPt)
907       Base = new BitCastInst(Base, Input->getType(), "cast", InsertPt);
908     return Base;
909   };
910
911   // Fixup all the inputs of the new PHIs.  Visit order needs to be
912   // deterministic and predictable because we're naming newly created
913   // instructions.
914   for (auto Pair : States) {
915     Instruction *BDV = cast<Instruction>(Pair.first);
916     BDVState State = Pair.second;
917
918     assert(!isKnownBaseResult(BDV) && "why did it get added?");
919     assert(!State.isUnknown() && "Optimistic algorithm didn't complete!");
920     if (!State.isConflict())
921       continue;
922
923     if (PHINode *BasePHI = dyn_cast<PHINode>(State.getBaseValue())) {
924       PHINode *PN = cast<PHINode>(BDV);
925       unsigned NumPHIValues = PN->getNumIncomingValues();
926       for (unsigned i = 0; i < NumPHIValues; i++) {
927         Value *InVal = PN->getIncomingValue(i);
928         BasicBlock *InBB = PN->getIncomingBlock(i);
929
930         // If we've already seen InBB, add the same incoming value
931         // we added for it earlier.  The IR verifier requires phi
932         // nodes with multiple entries from the same basic block
933         // to have the same incoming value for each of those
934         // entries.  If we don't do this check here and basephi
935         // has a different type than base, we'll end up adding two
936         // bitcasts (and hence two distinct values) as incoming
937         // values for the same basic block.
938
939         int BlockIndex = BasePHI->getBasicBlockIndex(InBB);
940         if (BlockIndex != -1) {
941           Value *OldBase = BasePHI->getIncomingValue(BlockIndex);
942           BasePHI->addIncoming(OldBase, InBB);
943
944 #ifndef NDEBUG
945           Value *Base = getBaseForInput(InVal, nullptr);
946           // In essence this assert states: the only way two values
947           // incoming from the same basic block may be different is by
948           // being different bitcasts of the same value.  A cleanup
949           // that remains TODO is changing findBaseOrBDV to return an
950           // llvm::Value of the correct type (and still remain pure).
951           // This will remove the need to add bitcasts.
952           assert(Base->stripPointerCasts() == OldBase->stripPointerCasts() &&
953                  "Sanity -- findBaseOrBDV should be pure!");
954 #endif
955           continue;
956         }
957
958         // Find the instruction which produces the base for each input.  We may
959         // need to insert a bitcast in the incoming block.
960         // TODO: Need to split critical edges if insertion is needed
961         Value *Base = getBaseForInput(InVal, InBB->getTerminator());
962         BasePHI->addIncoming(Base, InBB);
963       }
964       assert(BasePHI->getNumIncomingValues() == NumPHIValues);
965     } else if (SelectInst *BaseSI =
966                    dyn_cast<SelectInst>(State.getBaseValue())) {
967       SelectInst *SI = cast<SelectInst>(BDV);
968
969       // Find the instruction which produces the base for each input.
970       // We may need to insert a bitcast.
971       BaseSI->setTrueValue(getBaseForInput(SI->getTrueValue(), BaseSI));
972       BaseSI->setFalseValue(getBaseForInput(SI->getFalseValue(), BaseSI));
973     } else if (auto *BaseEE =
974                    dyn_cast<ExtractElementInst>(State.getBaseValue())) {
975       Value *InVal = cast<ExtractElementInst>(BDV)->getVectorOperand();
976       // Find the instruction which produces the base for each input.  We may
977       // need to insert a bitcast.
978       BaseEE->setOperand(0, getBaseForInput(InVal, BaseEE));
979     } else if (auto *BaseIE = dyn_cast<InsertElementInst>(State.getBaseValue())){
980       auto *BdvIE = cast<InsertElementInst>(BDV);
981       auto UpdateOperand = [&](int OperandIdx) {
982         Value *InVal = BdvIE->getOperand(OperandIdx);
983         Value *Base = getBaseForInput(InVal, BaseIE);
984         BaseIE->setOperand(OperandIdx, Base);
985       };
986       UpdateOperand(0); // vector operand
987       UpdateOperand(1); // scalar operand
988     } else {
989       auto *BaseSV = cast<ShuffleVectorInst>(State.getBaseValue());
990       auto *BdvSV = cast<ShuffleVectorInst>(BDV);
991       auto UpdateOperand = [&](int OperandIdx) {
992         Value *InVal = BdvSV->getOperand(OperandIdx);
993         Value *Base = getBaseForInput(InVal, BaseSV);
994         BaseSV->setOperand(OperandIdx, Base);
995       };
996       UpdateOperand(0); // vector operand
997       UpdateOperand(1); // vector operand
998     }
999   }
1000
1001   // Cache all of our results so we can cheaply reuse them
1002   // NOTE: This is actually two caches: one of the base defining value
1003   // relation and one of the base pointer relation!  FIXME
1004   for (auto Pair : States) {
1005     auto *BDV = Pair.first;
1006     Value *Base = Pair.second.getBaseValue();
1007     assert(BDV && Base);
1008     assert(!isKnownBaseResult(BDV) && "why did it get added?");
1009
1010     DEBUG(dbgs() << "Updating base value cache"
1011                  << " for: " << BDV->getName() << " from: "
1012                  << (Cache.count(BDV) ? Cache[BDV]->getName().str() : "none")
1013                  << " to: " << Base->getName() << "\n");
1014
1015     if (Cache.count(BDV)) {
1016       assert(isKnownBaseResult(Base) &&
1017              "must be something we 'know' is a base pointer");
1018       // Once we transition from the BDV relation being store in the Cache to
1019       // the base relation being stored, it must be stable
1020       assert((!isKnownBaseResult(Cache[BDV]) || Cache[BDV] == Base) &&
1021              "base relation should be stable");
1022     }
1023     Cache[BDV] = Base;
1024   }
1025   assert(Cache.count(Def));
1026   return Cache[Def];
1027 }
1028
1029 // For a set of live pointers (base and/or derived), identify the base
1030 // pointer of the object which they are derived from.  This routine will
1031 // mutate the IR graph as needed to make the 'base' pointer live at the
1032 // definition site of 'derived'.  This ensures that any use of 'derived' can
1033 // also use 'base'.  This may involve the insertion of a number of
1034 // additional PHI nodes.
1035 //
1036 // preconditions: live is a set of pointer type Values
1037 //
1038 // side effects: may insert PHI nodes into the existing CFG, will preserve
1039 // CFG, will not remove or mutate any existing nodes
1040 //
1041 // post condition: PointerToBase contains one (derived, base) pair for every
1042 // pointer in live.  Note that derived can be equal to base if the original
1043 // pointer was a base pointer.
1044 static void
1045 findBasePointers(const StatepointLiveSetTy &live,
1046                  MapVector<Value *, Value *> &PointerToBase,
1047                  DominatorTree *DT, DefiningValueMapTy &DVCache) {
1048   for (Value *ptr : live) {
1049     Value *base = findBasePointer(ptr, DVCache);
1050     assert(base && "failed to find base pointer");
1051     PointerToBase[ptr] = base;
1052     assert((!isa<Instruction>(base) || !isa<Instruction>(ptr) ||
1053             DT->dominates(cast<Instruction>(base)->getParent(),
1054                           cast<Instruction>(ptr)->getParent())) &&
1055            "The base we found better dominate the derived pointer");
1056   }
1057 }
1058
1059 /// Find the required based pointers (and adjust the live set) for the given
1060 /// parse point.
1061 static void findBasePointers(DominatorTree &DT, DefiningValueMapTy &DVCache,
1062                              CallSite CS,
1063                              PartiallyConstructedSafepointRecord &result) {
1064   MapVector<Value *, Value *> PointerToBase;
1065   findBasePointers(result.LiveSet, PointerToBase, &DT, DVCache);
1066
1067   if (PrintBasePointers) {
1068     errs() << "Base Pairs (w/o Relocation):\n";
1069     for (auto &Pair : PointerToBase) {
1070       errs() << " derived ";
1071       Pair.first->printAsOperand(errs(), false);
1072       errs() << " base ";
1073       Pair.second->printAsOperand(errs(), false);
1074       errs() << "\n";;
1075     }
1076   }
1077
1078   result.PointerToBase = PointerToBase;
1079 }
1080
1081 /// Given an updated version of the dataflow liveness results, update the
1082 /// liveset and base pointer maps for the call site CS.
1083 static void recomputeLiveInValues(GCPtrLivenessData &RevisedLivenessData,
1084                                   CallSite CS,
1085                                   PartiallyConstructedSafepointRecord &result);
1086
1087 static void recomputeLiveInValues(
1088     Function &F, DominatorTree &DT, ArrayRef<CallSite> toUpdate,
1089     MutableArrayRef<struct PartiallyConstructedSafepointRecord> records) {
1090   // TODO-PERF: reuse the original liveness, then simply run the dataflow
1091   // again.  The old values are still live and will help it stabilize quickly.
1092   GCPtrLivenessData RevisedLivenessData;
1093   computeLiveInValues(DT, F, RevisedLivenessData);
1094   for (size_t i = 0; i < records.size(); i++) {
1095     struct PartiallyConstructedSafepointRecord &info = records[i];
1096     recomputeLiveInValues(RevisedLivenessData, toUpdate[i], info);
1097   }
1098 }
1099
1100 // When inserting gc.relocate and gc.result calls, we need to ensure there are
1101 // no uses of the original value / return value between the gc.statepoint and
1102 // the gc.relocate / gc.result call.  One case which can arise is a phi node
1103 // starting one of the successor blocks.  We also need to be able to insert the
1104 // gc.relocates only on the path which goes through the statepoint.  We might
1105 // need to split an edge to make this possible.
1106 static BasicBlock *
1107 normalizeForInvokeSafepoint(BasicBlock *BB, BasicBlock *InvokeParent,
1108                             DominatorTree &DT) {
1109   BasicBlock *Ret = BB;
1110   if (!BB->getUniquePredecessor())
1111     Ret = SplitBlockPredecessors(BB, InvokeParent, "", &DT);
1112
1113   // Now that 'Ret' has unique predecessor we can safely remove all phi nodes
1114   // from it
1115   FoldSingleEntryPHINodes(Ret);
1116   assert(!isa<PHINode>(Ret->begin()) &&
1117          "All PHI nodes should have been removed!");
1118
1119   // At this point, we can safely insert a gc.relocate or gc.result as the first
1120   // instruction in Ret if needed.
1121   return Ret;
1122 }
1123
1124 // Create new attribute set containing only attributes which can be transferred
1125 // from original call to the safepoint.
1126 static AttributeSet legalizeCallAttributes(AttributeSet AS) {
1127   AttributeSet Ret;
1128
1129   for (unsigned Slot = 0; Slot < AS.getNumSlots(); Slot++) {
1130     unsigned Index = AS.getSlotIndex(Slot);
1131
1132     if (Index == AttributeSet::ReturnIndex ||
1133         Index == AttributeSet::FunctionIndex) {
1134
1135       for (Attribute Attr : make_range(AS.begin(Slot), AS.end(Slot))) {
1136
1137         // Do not allow certain attributes - just skip them
1138         // Safepoint can not be read only or read none.
1139         if (Attr.hasAttribute(Attribute::ReadNone) ||
1140             Attr.hasAttribute(Attribute::ReadOnly))
1141           continue;
1142
1143         // These attributes control the generation of the gc.statepoint call /
1144         // invoke itself; and once the gc.statepoint is in place, they're of no
1145         // use.
1146         if (isStatepointDirectiveAttr(Attr))
1147           continue;
1148
1149         Ret = Ret.addAttributes(
1150             AS.getContext(), Index,
1151             AttributeSet::get(AS.getContext(), Index, AttrBuilder(Attr)));
1152       }
1153     }
1154
1155     // Just skip parameter attributes for now
1156   }
1157
1158   return Ret;
1159 }
1160
1161 /// Helper function to place all gc relocates necessary for the given
1162 /// statepoint.
1163 /// Inputs:
1164 ///   liveVariables - list of variables to be relocated.
1165 ///   liveStart - index of the first live variable.
1166 ///   basePtrs - base pointers.
1167 ///   statepointToken - statepoint instruction to which relocates should be
1168 ///   bound.
1169 ///   Builder - Llvm IR builder to be used to construct new calls.
1170 static void CreateGCRelocates(ArrayRef<Value *> LiveVariables,
1171                               const int LiveStart,
1172                               ArrayRef<Value *> BasePtrs,
1173                               Instruction *StatepointToken,
1174                               IRBuilder<> Builder) {
1175   if (LiveVariables.empty())
1176     return;
1177
1178   auto FindIndex = [](ArrayRef<Value *> LiveVec, Value *Val) {
1179     auto ValIt = find(LiveVec, Val);
1180     assert(ValIt != LiveVec.end() && "Val not found in LiveVec!");
1181     size_t Index = std::distance(LiveVec.begin(), ValIt);
1182     assert(Index < LiveVec.size() && "Bug in std::find?");
1183     return Index;
1184   };
1185   Module *M = StatepointToken->getModule();
1186   
1187   // All gc_relocate are generated as i8 addrspace(1)* (or a vector type whose
1188   // element type is i8 addrspace(1)*). We originally generated unique
1189   // declarations for each pointer type, but this proved problematic because
1190   // the intrinsic mangling code is incomplete and fragile.  Since we're moving
1191   // towards a single unified pointer type anyways, we can just cast everything
1192   // to an i8* of the right address space.  A bitcast is added later to convert
1193   // gc_relocate to the actual value's type.  
1194   auto getGCRelocateDecl = [&] (Type *Ty) {
1195     assert(isHandledGCPointerType(Ty));
1196     auto AS = Ty->getScalarType()->getPointerAddressSpace();
1197     Type *NewTy = Type::getInt8PtrTy(M->getContext(), AS);
1198     if (auto *VT = dyn_cast<VectorType>(Ty))
1199       NewTy = VectorType::get(NewTy, VT->getNumElements());
1200     return Intrinsic::getDeclaration(M, Intrinsic::experimental_gc_relocate,
1201                                      {NewTy});
1202   };
1203
1204   // Lazily populated map from input types to the canonicalized form mentioned
1205   // in the comment above.  This should probably be cached somewhere more
1206   // broadly.
1207   DenseMap<Type*, Value*> TypeToDeclMap;
1208
1209   for (unsigned i = 0; i < LiveVariables.size(); i++) {
1210     // Generate the gc.relocate call and save the result
1211     Value *BaseIdx =
1212       Builder.getInt32(LiveStart + FindIndex(LiveVariables, BasePtrs[i]));
1213     Value *LiveIdx = Builder.getInt32(LiveStart + i);
1214
1215     Type *Ty = LiveVariables[i]->getType();
1216     if (!TypeToDeclMap.count(Ty))
1217       TypeToDeclMap[Ty] = getGCRelocateDecl(Ty);
1218     Value *GCRelocateDecl = TypeToDeclMap[Ty];
1219
1220     // only specify a debug name if we can give a useful one
1221     CallInst *Reloc = Builder.CreateCall(
1222         GCRelocateDecl, {StatepointToken, BaseIdx, LiveIdx},
1223         suffixed_name_or(LiveVariables[i], ".relocated", ""));
1224     // Trick CodeGen into thinking there are lots of free registers at this
1225     // fake call.
1226     Reloc->setCallingConv(CallingConv::Cold);
1227   }
1228 }
1229
1230 namespace {
1231
1232 /// This struct is used to defer RAUWs and `eraseFromParent` s.  Using this
1233 /// avoids having to worry about keeping around dangling pointers to Values.
1234 class DeferredReplacement {
1235   AssertingVH<Instruction> Old;
1236   AssertingVH<Instruction> New;
1237   bool IsDeoptimize = false;
1238
1239   DeferredReplacement() {}
1240
1241 public:
1242   static DeferredReplacement createRAUW(Instruction *Old, Instruction *New) {
1243     assert(Old != New && Old && New &&
1244            "Cannot RAUW equal values or to / from null!");
1245
1246     DeferredReplacement D;
1247     D.Old = Old;
1248     D.New = New;
1249     return D;
1250   }
1251
1252   static DeferredReplacement createDelete(Instruction *ToErase) {
1253     DeferredReplacement D;
1254     D.Old = ToErase;
1255     return D;
1256   }
1257
1258   static DeferredReplacement createDeoptimizeReplacement(Instruction *Old) {
1259 #ifndef NDEBUG
1260     auto *F = cast<CallInst>(Old)->getCalledFunction();
1261     assert(F && F->getIntrinsicID() == Intrinsic::experimental_deoptimize &&
1262            "Only way to construct a deoptimize deferred replacement");
1263 #endif
1264     DeferredReplacement D;
1265     D.Old = Old;
1266     D.IsDeoptimize = true;
1267     return D;
1268   }
1269
1270   /// Does the task represented by this instance.
1271   void doReplacement() {
1272     Instruction *OldI = Old;
1273     Instruction *NewI = New;
1274
1275     assert(OldI != NewI && "Disallowed at construction?!");
1276     assert((!IsDeoptimize || !New) &&
1277            "Deoptimize instrinsics are not replaced!");
1278
1279     Old = nullptr;
1280     New = nullptr;
1281
1282     if (NewI)
1283       OldI->replaceAllUsesWith(NewI);
1284
1285     if (IsDeoptimize) {
1286       // Note: we've inserted instructions, so the call to llvm.deoptimize may
1287       // not necessarilly be followed by the matching return.
1288       auto *RI = cast<ReturnInst>(OldI->getParent()->getTerminator());
1289       new UnreachableInst(RI->getContext(), RI);
1290       RI->eraseFromParent();
1291     }
1292
1293     OldI->eraseFromParent();
1294   }
1295 };
1296 }
1297
1298 static StringRef getDeoptLowering(CallSite CS) {
1299   const char *DeoptLowering = "deopt-lowering";
1300   if (CS.hasFnAttr(DeoptLowering)) {
1301     // FIXME: CallSite has a *really* confusing interface around attributes
1302     // with values.  
1303     const AttributeSet &CSAS = CS.getAttributes();
1304     if (CSAS.hasAttribute(AttributeSet::FunctionIndex,
1305                           DeoptLowering))
1306       return CSAS.getAttribute(AttributeSet::FunctionIndex,
1307                                DeoptLowering).getValueAsString();
1308     Function *F = CS.getCalledFunction();
1309     assert(F && F->hasFnAttribute(DeoptLowering));
1310     return F->getFnAttribute(DeoptLowering).getValueAsString();
1311   }
1312   return "live-through";
1313 }
1314     
1315
1316 static void
1317 makeStatepointExplicitImpl(const CallSite CS, /* to replace */
1318                            const SmallVectorImpl<Value *> &BasePtrs,
1319                            const SmallVectorImpl<Value *> &LiveVariables,
1320                            PartiallyConstructedSafepointRecord &Result,
1321                            std::vector<DeferredReplacement> &Replacements) {
1322   assert(BasePtrs.size() == LiveVariables.size());
1323
1324   // Then go ahead and use the builder do actually do the inserts.  We insert
1325   // immediately before the previous instruction under the assumption that all
1326   // arguments will be available here.  We can't insert afterwards since we may
1327   // be replacing a terminator.
1328   Instruction *InsertBefore = CS.getInstruction();
1329   IRBuilder<> Builder(InsertBefore);
1330
1331   ArrayRef<Value *> GCArgs(LiveVariables);
1332   uint64_t StatepointID = StatepointDirectives::DefaultStatepointID;
1333   uint32_t NumPatchBytes = 0;
1334   uint32_t Flags = uint32_t(StatepointFlags::None);
1335
1336   ArrayRef<Use> CallArgs(CS.arg_begin(), CS.arg_end());
1337   ArrayRef<Use> DeoptArgs = GetDeoptBundleOperands(CS);
1338   ArrayRef<Use> TransitionArgs;
1339   if (auto TransitionBundle =
1340       CS.getOperandBundle(LLVMContext::OB_gc_transition)) {
1341     Flags |= uint32_t(StatepointFlags::GCTransition);
1342     TransitionArgs = TransitionBundle->Inputs;
1343   }
1344
1345   // Instead of lowering calls to @llvm.experimental.deoptimize as normal calls
1346   // with a return value, we lower then as never returning calls to
1347   // __llvm_deoptimize that are followed by unreachable to get better codegen.
1348   bool IsDeoptimize = false;
1349
1350   StatepointDirectives SD =
1351       parseStatepointDirectivesFromAttrs(CS.getAttributes());
1352   if (SD.NumPatchBytes)
1353     NumPatchBytes = *SD.NumPatchBytes;
1354   if (SD.StatepointID)
1355     StatepointID = *SD.StatepointID;
1356
1357   // Pass through the requested lowering if any.  The default is live-through.
1358   StringRef DeoptLowering = getDeoptLowering(CS);
1359   if (DeoptLowering.equals("live-in"))
1360     Flags |= uint32_t(StatepointFlags::DeoptLiveIn);
1361   else {
1362     assert(DeoptLowering.equals("live-through") && "Unsupported value!");
1363   }
1364
1365   Value *CallTarget = CS.getCalledValue();
1366   if (Function *F = dyn_cast<Function>(CallTarget)) {
1367     if (F->getIntrinsicID() == Intrinsic::experimental_deoptimize) {
1368       // Calls to llvm.experimental.deoptimize are lowered to calls to the
1369       // __llvm_deoptimize symbol.  We want to resolve this now, since the
1370       // verifier does not allow taking the address of an intrinsic function.
1371
1372       SmallVector<Type *, 8> DomainTy;
1373       for (Value *Arg : CallArgs)
1374         DomainTy.push_back(Arg->getType());
1375       auto *FTy = FunctionType::get(Type::getVoidTy(F->getContext()), DomainTy,
1376                                     /* isVarArg = */ false);
1377
1378       // Note: CallTarget can be a bitcast instruction of a symbol if there are
1379       // calls to @llvm.experimental.deoptimize with different argument types in
1380       // the same module.  This is fine -- we assume the frontend knew what it
1381       // was doing when generating this kind of IR.
1382       CallTarget =
1383           F->getParent()->getOrInsertFunction("__llvm_deoptimize", FTy);
1384
1385       IsDeoptimize = true;
1386     }
1387   }
1388
1389   // Create the statepoint given all the arguments
1390   Instruction *Token = nullptr;
1391   AttributeSet ReturnAttrs;
1392   if (CS.isCall()) {
1393     CallInst *ToReplace = cast<CallInst>(CS.getInstruction());
1394     CallInst *Call = Builder.CreateGCStatepointCall(
1395         StatepointID, NumPatchBytes, CallTarget, Flags, CallArgs,
1396         TransitionArgs, DeoptArgs, GCArgs, "safepoint_token");
1397
1398     Call->setTailCallKind(ToReplace->getTailCallKind());
1399     Call->setCallingConv(ToReplace->getCallingConv());
1400
1401     // Currently we will fail on parameter attributes and on certain
1402     // function attributes.
1403     AttributeSet NewAttrs = legalizeCallAttributes(ToReplace->getAttributes());
1404     // In case if we can handle this set of attributes - set up function attrs
1405     // directly on statepoint and return attrs later for gc_result intrinsic.
1406     Call->setAttributes(NewAttrs.getFnAttributes());
1407     ReturnAttrs = NewAttrs.getRetAttributes();
1408
1409     Token = Call;
1410
1411     // Put the following gc_result and gc_relocate calls immediately after the
1412     // the old call (which we're about to delete)
1413     assert(ToReplace->getNextNode() && "Not a terminator, must have next!");
1414     Builder.SetInsertPoint(ToReplace->getNextNode());
1415     Builder.SetCurrentDebugLocation(ToReplace->getNextNode()->getDebugLoc());
1416   } else {
1417     InvokeInst *ToReplace = cast<InvokeInst>(CS.getInstruction());
1418
1419     // Insert the new invoke into the old block.  We'll remove the old one in a
1420     // moment at which point this will become the new terminator for the
1421     // original block.
1422     InvokeInst *Invoke = Builder.CreateGCStatepointInvoke(
1423         StatepointID, NumPatchBytes, CallTarget, ToReplace->getNormalDest(),
1424         ToReplace->getUnwindDest(), Flags, CallArgs, TransitionArgs, DeoptArgs,
1425         GCArgs, "statepoint_token");
1426
1427     Invoke->setCallingConv(ToReplace->getCallingConv());
1428
1429     // Currently we will fail on parameter attributes and on certain
1430     // function attributes.
1431     AttributeSet NewAttrs = legalizeCallAttributes(ToReplace->getAttributes());
1432     // In case if we can handle this set of attributes - set up function attrs
1433     // directly on statepoint and return attrs later for gc_result intrinsic.
1434     Invoke->setAttributes(NewAttrs.getFnAttributes());
1435     ReturnAttrs = NewAttrs.getRetAttributes();
1436
1437     Token = Invoke;
1438
1439     // Generate gc relocates in exceptional path
1440     BasicBlock *UnwindBlock = ToReplace->getUnwindDest();
1441     assert(!isa<PHINode>(UnwindBlock->begin()) &&
1442            UnwindBlock->getUniquePredecessor() &&
1443            "can't safely insert in this block!");
1444
1445     Builder.SetInsertPoint(&*UnwindBlock->getFirstInsertionPt());
1446     Builder.SetCurrentDebugLocation(ToReplace->getDebugLoc());
1447
1448     // Attach exceptional gc relocates to the landingpad.
1449     Instruction *ExceptionalToken = UnwindBlock->getLandingPadInst();
1450     Result.UnwindToken = ExceptionalToken;
1451
1452     const unsigned LiveStartIdx = Statepoint(Token).gcArgsStartIdx();
1453     CreateGCRelocates(LiveVariables, LiveStartIdx, BasePtrs, ExceptionalToken,
1454                       Builder);
1455
1456     // Generate gc relocates and returns for normal block
1457     BasicBlock *NormalDest = ToReplace->getNormalDest();
1458     assert(!isa<PHINode>(NormalDest->begin()) &&
1459            NormalDest->getUniquePredecessor() &&
1460            "can't safely insert in this block!");
1461
1462     Builder.SetInsertPoint(&*NormalDest->getFirstInsertionPt());
1463
1464     // gc relocates will be generated later as if it were regular call
1465     // statepoint
1466   }
1467   assert(Token && "Should be set in one of the above branches!");
1468
1469   if (IsDeoptimize) {
1470     // If we're wrapping an @llvm.experimental.deoptimize in a statepoint, we
1471     // transform the tail-call like structure to a call to a void function
1472     // followed by unreachable to get better codegen.
1473     Replacements.push_back(
1474         DeferredReplacement::createDeoptimizeReplacement(CS.getInstruction()));
1475   } else {
1476     Token->setName("statepoint_token");
1477     if (!CS.getType()->isVoidTy() && !CS.getInstruction()->use_empty()) {
1478       StringRef Name =
1479           CS.getInstruction()->hasName() ? CS.getInstruction()->getName() : "";
1480       CallInst *GCResult = Builder.CreateGCResult(Token, CS.getType(), Name);
1481       GCResult->setAttributes(CS.getAttributes().getRetAttributes());
1482
1483       // We cannot RAUW or delete CS.getInstruction() because it could be in the
1484       // live set of some other safepoint, in which case that safepoint's
1485       // PartiallyConstructedSafepointRecord will hold a raw pointer to this
1486       // llvm::Instruction.  Instead, we defer the replacement and deletion to
1487       // after the live sets have been made explicit in the IR, and we no longer
1488       // have raw pointers to worry about.
1489       Replacements.emplace_back(
1490           DeferredReplacement::createRAUW(CS.getInstruction(), GCResult));
1491     } else {
1492       Replacements.emplace_back(
1493           DeferredReplacement::createDelete(CS.getInstruction()));
1494     }
1495   }
1496
1497   Result.StatepointToken = Token;
1498
1499   // Second, create a gc.relocate for every live variable
1500   const unsigned LiveStartIdx = Statepoint(Token).gcArgsStartIdx();
1501   CreateGCRelocates(LiveVariables, LiveStartIdx, BasePtrs, Token, Builder);
1502 }
1503
1504 // Replace an existing gc.statepoint with a new one and a set of gc.relocates
1505 // which make the relocations happening at this safepoint explicit.
1506 //
1507 // WARNING: Does not do any fixup to adjust users of the original live
1508 // values.  That's the callers responsibility.
1509 static void
1510 makeStatepointExplicit(DominatorTree &DT, CallSite CS,
1511                        PartiallyConstructedSafepointRecord &Result,
1512                        std::vector<DeferredReplacement> &Replacements) {
1513   const auto &LiveSet = Result.LiveSet;
1514   const auto &PointerToBase = Result.PointerToBase;
1515
1516   // Convert to vector for efficient cross referencing.
1517   SmallVector<Value *, 64> BaseVec, LiveVec;
1518   LiveVec.reserve(LiveSet.size());
1519   BaseVec.reserve(LiveSet.size());
1520   for (Value *L : LiveSet) {
1521     LiveVec.push_back(L);
1522     assert(PointerToBase.count(L));
1523     Value *Base = PointerToBase.find(L)->second;
1524     BaseVec.push_back(Base);
1525   }
1526   assert(LiveVec.size() == BaseVec.size());
1527
1528   // Do the actual rewriting and delete the old statepoint
1529   makeStatepointExplicitImpl(CS, BaseVec, LiveVec, Result, Replacements);
1530 }
1531
1532 // Helper function for the relocationViaAlloca.
1533 //
1534 // It receives iterator to the statepoint gc relocates and emits a store to the
1535 // assigned location (via allocaMap) for the each one of them.  It adds the
1536 // visited values into the visitedLiveValues set, which we will later use them
1537 // for sanity checking.
1538 static void
1539 insertRelocationStores(iterator_range<Value::user_iterator> GCRelocs,
1540                        DenseMap<Value *, Value *> &AllocaMap,
1541                        DenseSet<Value *> &VisitedLiveValues) {
1542
1543   for (User *U : GCRelocs) {
1544     GCRelocateInst *Relocate = dyn_cast<GCRelocateInst>(U);
1545     if (!Relocate)
1546       continue;
1547
1548     Value *OriginalValue = Relocate->getDerivedPtr();
1549     assert(AllocaMap.count(OriginalValue));
1550     Value *Alloca = AllocaMap[OriginalValue];
1551
1552     // Emit store into the related alloca
1553     // All gc_relocates are i8 addrspace(1)* typed, and it must be bitcasted to
1554     // the correct type according to alloca.
1555     assert(Relocate->getNextNode() &&
1556            "Should always have one since it's not a terminator");
1557     IRBuilder<> Builder(Relocate->getNextNode());
1558     Value *CastedRelocatedValue =
1559       Builder.CreateBitCast(Relocate,
1560                             cast<AllocaInst>(Alloca)->getAllocatedType(),
1561                             suffixed_name_or(Relocate, ".casted", ""));
1562
1563     StoreInst *Store = new StoreInst(CastedRelocatedValue, Alloca);
1564     Store->insertAfter(cast<Instruction>(CastedRelocatedValue));
1565
1566 #ifndef NDEBUG
1567     VisitedLiveValues.insert(OriginalValue);
1568 #endif
1569   }
1570 }
1571
1572 // Helper function for the "relocationViaAlloca". Similar to the
1573 // "insertRelocationStores" but works for rematerialized values.
1574 static void insertRematerializationStores(
1575     const RematerializedValueMapTy &RematerializedValues,
1576     DenseMap<Value *, Value *> &AllocaMap,
1577     DenseSet<Value *> &VisitedLiveValues) {
1578
1579   for (auto RematerializedValuePair: RematerializedValues) {
1580     Instruction *RematerializedValue = RematerializedValuePair.first;
1581     Value *OriginalValue = RematerializedValuePair.second;
1582
1583     assert(AllocaMap.count(OriginalValue) &&
1584            "Can not find alloca for rematerialized value");
1585     Value *Alloca = AllocaMap[OriginalValue];
1586
1587     StoreInst *Store = new StoreInst(RematerializedValue, Alloca);
1588     Store->insertAfter(RematerializedValue);
1589
1590 #ifndef NDEBUG
1591     VisitedLiveValues.insert(OriginalValue);
1592 #endif
1593   }
1594 }
1595
1596 /// Do all the relocation update via allocas and mem2reg
1597 static void relocationViaAlloca(
1598     Function &F, DominatorTree &DT, ArrayRef<Value *> Live,
1599     ArrayRef<PartiallyConstructedSafepointRecord> Records) {
1600 #ifndef NDEBUG
1601   // record initial number of (static) allocas; we'll check we have the same
1602   // number when we get done.
1603   int InitialAllocaNum = 0;
1604   for (Instruction &I : F.getEntryBlock())
1605     if (isa<AllocaInst>(I))
1606       InitialAllocaNum++;
1607 #endif
1608
1609   // TODO-PERF: change data structures, reserve
1610   DenseMap<Value *, Value *> AllocaMap;
1611   SmallVector<AllocaInst *, 200> PromotableAllocas;
1612   // Used later to chack that we have enough allocas to store all values
1613   std::size_t NumRematerializedValues = 0;
1614   PromotableAllocas.reserve(Live.size());
1615
1616   // Emit alloca for "LiveValue" and record it in "allocaMap" and
1617   // "PromotableAllocas"
1618   auto emitAllocaFor = [&](Value *LiveValue) {
1619     AllocaInst *Alloca = new AllocaInst(LiveValue->getType(), "",
1620                                         F.getEntryBlock().getFirstNonPHI());
1621     AllocaMap[LiveValue] = Alloca;
1622     PromotableAllocas.push_back(Alloca);
1623   };
1624
1625   // Emit alloca for each live gc pointer
1626   for (Value *V : Live)
1627     emitAllocaFor(V);
1628
1629   // Emit allocas for rematerialized values
1630   for (const auto &Info : Records)
1631     for (auto RematerializedValuePair : Info.RematerializedValues) {
1632       Value *OriginalValue = RematerializedValuePair.second;
1633       if (AllocaMap.count(OriginalValue) != 0)
1634         continue;
1635
1636       emitAllocaFor(OriginalValue);
1637       ++NumRematerializedValues;
1638     }
1639
1640   // The next two loops are part of the same conceptual operation.  We need to
1641   // insert a store to the alloca after the original def and at each
1642   // redefinition.  We need to insert a load before each use.  These are split
1643   // into distinct loops for performance reasons.
1644
1645   // Update gc pointer after each statepoint: either store a relocated value or
1646   // null (if no relocated value was found for this gc pointer and it is not a
1647   // gc_result).  This must happen before we update the statepoint with load of
1648   // alloca otherwise we lose the link between statepoint and old def.
1649   for (const auto &Info : Records) {
1650     Value *Statepoint = Info.StatepointToken;
1651
1652     // This will be used for consistency check
1653     DenseSet<Value *> VisitedLiveValues;
1654
1655     // Insert stores for normal statepoint gc relocates
1656     insertRelocationStores(Statepoint->users(), AllocaMap, VisitedLiveValues);
1657
1658     // In case if it was invoke statepoint
1659     // we will insert stores for exceptional path gc relocates.
1660     if (isa<InvokeInst>(Statepoint)) {
1661       insertRelocationStores(Info.UnwindToken->users(), AllocaMap,
1662                              VisitedLiveValues);
1663     }
1664
1665     // Do similar thing with rematerialized values
1666     insertRematerializationStores(Info.RematerializedValues, AllocaMap,
1667                                   VisitedLiveValues);
1668
1669     if (ClobberNonLive) {
1670       // As a debugging aid, pretend that an unrelocated pointer becomes null at
1671       // the gc.statepoint.  This will turn some subtle GC problems into
1672       // slightly easier to debug SEGVs.  Note that on large IR files with
1673       // lots of gc.statepoints this is extremely costly both memory and time
1674       // wise.
1675       SmallVector<AllocaInst *, 64> ToClobber;
1676       for (auto Pair : AllocaMap) {
1677         Value *Def = Pair.first;
1678         AllocaInst *Alloca = cast<AllocaInst>(Pair.second);
1679
1680         // This value was relocated
1681         if (VisitedLiveValues.count(Def)) {
1682           continue;
1683         }
1684         ToClobber.push_back(Alloca);
1685       }
1686
1687       auto InsertClobbersAt = [&](Instruction *IP) {
1688         for (auto *AI : ToClobber) {
1689           auto PT = cast<PointerType>(AI->getAllocatedType());
1690           Constant *CPN = ConstantPointerNull::get(PT);
1691           StoreInst *Store = new StoreInst(CPN, AI);
1692           Store->insertBefore(IP);
1693         }
1694       };
1695
1696       // Insert the clobbering stores.  These may get intermixed with the
1697       // gc.results and gc.relocates, but that's fine.
1698       if (auto II = dyn_cast<InvokeInst>(Statepoint)) {
1699         InsertClobbersAt(&*II->getNormalDest()->getFirstInsertionPt());
1700         InsertClobbersAt(&*II->getUnwindDest()->getFirstInsertionPt());
1701       } else {
1702         InsertClobbersAt(cast<Instruction>(Statepoint)->getNextNode());
1703       }
1704     }
1705   }
1706
1707   // Update use with load allocas and add store for gc_relocated.
1708   for (auto Pair : AllocaMap) {
1709     Value *Def = Pair.first;
1710     Value *Alloca = Pair.second;
1711
1712     // We pre-record the uses of allocas so that we dont have to worry about
1713     // later update that changes the user information..
1714
1715     SmallVector<Instruction *, 20> Uses;
1716     // PERF: trade a linear scan for repeated reallocation
1717     Uses.reserve(std::distance(Def->user_begin(), Def->user_end()));
1718     for (User *U : Def->users()) {
1719       if (!isa<ConstantExpr>(U)) {
1720         // If the def has a ConstantExpr use, then the def is either a
1721         // ConstantExpr use itself or null.  In either case
1722         // (recursively in the first, directly in the second), the oop
1723         // it is ultimately dependent on is null and this particular
1724         // use does not need to be fixed up.
1725         Uses.push_back(cast<Instruction>(U));
1726       }
1727     }
1728
1729     std::sort(Uses.begin(), Uses.end());
1730     auto Last = std::unique(Uses.begin(), Uses.end());
1731     Uses.erase(Last, Uses.end());
1732
1733     for (Instruction *Use : Uses) {
1734       if (isa<PHINode>(Use)) {
1735         PHINode *Phi = cast<PHINode>(Use);
1736         for (unsigned i = 0; i < Phi->getNumIncomingValues(); i++) {
1737           if (Def == Phi->getIncomingValue(i)) {
1738             LoadInst *Load = new LoadInst(
1739                 Alloca, "", Phi->getIncomingBlock(i)->getTerminator());
1740             Phi->setIncomingValue(i, Load);
1741           }
1742         }
1743       } else {
1744         LoadInst *Load = new LoadInst(Alloca, "", Use);
1745         Use->replaceUsesOfWith(Def, Load);
1746       }
1747     }
1748
1749     // Emit store for the initial gc value.  Store must be inserted after load,
1750     // otherwise store will be in alloca's use list and an extra load will be
1751     // inserted before it.
1752     StoreInst *Store = new StoreInst(Def, Alloca);
1753     if (Instruction *Inst = dyn_cast<Instruction>(Def)) {
1754       if (InvokeInst *Invoke = dyn_cast<InvokeInst>(Inst)) {
1755         // InvokeInst is a TerminatorInst so the store need to be inserted
1756         // into its normal destination block.
1757         BasicBlock *NormalDest = Invoke->getNormalDest();
1758         Store->insertBefore(NormalDest->getFirstNonPHI());
1759       } else {
1760         assert(!Inst->isTerminator() &&
1761                "The only TerminatorInst that can produce a value is "
1762                "InvokeInst which is handled above.");
1763         Store->insertAfter(Inst);
1764       }
1765     } else {
1766       assert(isa<Argument>(Def));
1767       Store->insertAfter(cast<Instruction>(Alloca));
1768     }
1769   }
1770
1771   assert(PromotableAllocas.size() == Live.size() + NumRematerializedValues &&
1772          "we must have the same allocas with lives");
1773   if (!PromotableAllocas.empty()) {
1774     // Apply mem2reg to promote alloca to SSA
1775     PromoteMemToReg(PromotableAllocas, DT);
1776   }
1777
1778 #ifndef NDEBUG
1779   for (auto &I : F.getEntryBlock())
1780     if (isa<AllocaInst>(I))
1781       InitialAllocaNum--;
1782   assert(InitialAllocaNum == 0 && "We must not introduce any extra allocas");
1783 #endif
1784 }
1785
1786 /// Implement a unique function which doesn't require we sort the input
1787 /// vector.  Doing so has the effect of changing the output of a couple of
1788 /// tests in ways which make them less useful in testing fused safepoints.
1789 template <typename T> static void unique_unsorted(SmallVectorImpl<T> &Vec) {
1790   SmallSet<T, 8> Seen;
1791   Vec.erase(remove_if(Vec, [&](const T &V) { return !Seen.insert(V).second; }),
1792             Vec.end());
1793 }
1794
1795 /// Insert holders so that each Value is obviously live through the entire
1796 /// lifetime of the call.
1797 static void insertUseHolderAfter(CallSite &CS, const ArrayRef<Value *> Values,
1798                                  SmallVectorImpl<CallInst *> &Holders) {
1799   if (Values.empty())
1800     // No values to hold live, might as well not insert the empty holder
1801     return;
1802
1803   Module *M = CS.getInstruction()->getModule();
1804   // Use a dummy vararg function to actually hold the values live
1805   Function *Func = cast<Function>(M->getOrInsertFunction(
1806       "__tmp_use", FunctionType::get(Type::getVoidTy(M->getContext()), true)));
1807   if (CS.isCall()) {
1808     // For call safepoints insert dummy calls right after safepoint
1809     Holders.push_back(CallInst::Create(Func, Values, "",
1810                                        &*++CS.getInstruction()->getIterator()));
1811     return;
1812   }
1813   // For invoke safepooints insert dummy calls both in normal and
1814   // exceptional destination blocks
1815   auto *II = cast<InvokeInst>(CS.getInstruction());
1816   Holders.push_back(CallInst::Create(
1817       Func, Values, "", &*II->getNormalDest()->getFirstInsertionPt()));
1818   Holders.push_back(CallInst::Create(
1819       Func, Values, "", &*II->getUnwindDest()->getFirstInsertionPt()));
1820 }
1821
1822 static void findLiveReferences(
1823     Function &F, DominatorTree &DT, ArrayRef<CallSite> toUpdate,
1824     MutableArrayRef<struct PartiallyConstructedSafepointRecord> records) {
1825   GCPtrLivenessData OriginalLivenessData;
1826   computeLiveInValues(DT, F, OriginalLivenessData);
1827   for (size_t i = 0; i < records.size(); i++) {
1828     struct PartiallyConstructedSafepointRecord &info = records[i];
1829     analyzeParsePointLiveness(DT, OriginalLivenessData, toUpdate[i], info);
1830   }
1831 }
1832
1833 // Helper function for the "rematerializeLiveValues". It walks use chain
1834 // starting from the "CurrentValue" until it reaches the root of the chain, i.e.
1835 // the base or a value it cannot process. Only "simple" values are processed
1836 // (currently it is GEP's and casts). The returned root is  examined by the
1837 // callers of findRematerializableChainToBasePointer.  Fills "ChainToBase" array
1838 // with all visited values.
1839 static Value* findRematerializableChainToBasePointer(
1840   SmallVectorImpl<Instruction*> &ChainToBase,
1841   Value *CurrentValue) {
1842
1843   if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(CurrentValue)) {
1844     ChainToBase.push_back(GEP);
1845     return findRematerializableChainToBasePointer(ChainToBase,
1846                                                   GEP->getPointerOperand());
1847   }
1848
1849   if (CastInst *CI = dyn_cast<CastInst>(CurrentValue)) {
1850     if (!CI->isNoopCast(CI->getModule()->getDataLayout()))
1851       return CI;
1852
1853     ChainToBase.push_back(CI);
1854     return findRematerializableChainToBasePointer(ChainToBase,
1855                                                   CI->getOperand(0));
1856   }
1857
1858   // We have reached the root of the chain, which is either equal to the base or
1859   // is the first unsupported value along the use chain.
1860   return CurrentValue;
1861 }
1862
1863 // Helper function for the "rematerializeLiveValues". Compute cost of the use
1864 // chain we are going to rematerialize.
1865 static unsigned
1866 chainToBasePointerCost(SmallVectorImpl<Instruction*> &Chain,
1867                        TargetTransformInfo &TTI) {
1868   unsigned Cost = 0;
1869
1870   for (Instruction *Instr : Chain) {
1871     if (CastInst *CI = dyn_cast<CastInst>(Instr)) {
1872       assert(CI->isNoopCast(CI->getModule()->getDataLayout()) &&
1873              "non noop cast is found during rematerialization");
1874
1875       Type *SrcTy = CI->getOperand(0)->getType();
1876       Cost += TTI.getCastInstrCost(CI->getOpcode(), CI->getType(), SrcTy);
1877
1878     } else if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(Instr)) {
1879       // Cost of the address calculation
1880       Type *ValTy = GEP->getSourceElementType();
1881       Cost += TTI.getAddressComputationCost(ValTy);
1882
1883       // And cost of the GEP itself
1884       // TODO: Use TTI->getGEPCost here (it exists, but appears to be not
1885       //       allowed for the external usage)
1886       if (!GEP->hasAllConstantIndices())
1887         Cost += 2;
1888
1889     } else {
1890       llvm_unreachable("unsupported instruciton type during rematerialization");
1891     }
1892   }
1893
1894   return Cost;
1895 }
1896
1897 static bool AreEquivalentPhiNodes(PHINode &OrigRootPhi, PHINode &AlternateRootPhi) {
1898
1899   unsigned PhiNum = OrigRootPhi.getNumIncomingValues();
1900   if (PhiNum != AlternateRootPhi.getNumIncomingValues() ||
1901       OrigRootPhi.getParent() != AlternateRootPhi.getParent())
1902     return false;
1903   // Map of incoming values and their corresponding basic blocks of
1904   // OrigRootPhi.
1905   SmallDenseMap<Value *, BasicBlock *, 8> CurrentIncomingValues;
1906   for (unsigned i = 0; i < PhiNum; i++)
1907     CurrentIncomingValues[OrigRootPhi.getIncomingValue(i)] =
1908         OrigRootPhi.getIncomingBlock(i);
1909
1910   // Both current and base PHIs should have same incoming values and
1911   // the same basic blocks corresponding to the incoming values.
1912   for (unsigned i = 0; i < PhiNum; i++) {
1913     auto CIVI =
1914         CurrentIncomingValues.find(AlternateRootPhi.getIncomingValue(i));
1915     if (CIVI == CurrentIncomingValues.end())
1916       return false;
1917     BasicBlock *CurrentIncomingBB = CIVI->second;
1918     if (CurrentIncomingBB != AlternateRootPhi.getIncomingBlock(i))
1919       return false;
1920   }
1921   return true;
1922
1923 }
1924
1925 // From the statepoint live set pick values that are cheaper to recompute then
1926 // to relocate. Remove this values from the live set, rematerialize them after
1927 // statepoint and record them in "Info" structure. Note that similar to
1928 // relocated values we don't do any user adjustments here.
1929 static void rematerializeLiveValues(CallSite CS,
1930                                     PartiallyConstructedSafepointRecord &Info,
1931                                     TargetTransformInfo &TTI) {
1932   const unsigned int ChainLengthThreshold = 10;
1933
1934   // Record values we are going to delete from this statepoint live set.
1935   // We can not di this in following loop due to iterator invalidation.
1936   SmallVector<Value *, 32> LiveValuesToBeDeleted;
1937
1938   for (Value *LiveValue: Info.LiveSet) {
1939     // For each live pointer find it's defining chain
1940     SmallVector<Instruction *, 3> ChainToBase;
1941     assert(Info.PointerToBase.count(LiveValue));
1942     Value *RootOfChain =
1943       findRematerializableChainToBasePointer(ChainToBase,
1944                                              LiveValue);
1945
1946     // Nothing to do, or chain is too long
1947     if ( ChainToBase.size() == 0 ||
1948         ChainToBase.size() > ChainLengthThreshold)
1949       continue;
1950
1951     // Handle the scenario where the RootOfChain is not equal to the
1952     // Base Value, but they are essentially the same phi values.
1953     if (RootOfChain != Info.PointerToBase[LiveValue]) {
1954       PHINode *OrigRootPhi = dyn_cast<PHINode>(RootOfChain);
1955       PHINode *AlternateRootPhi = dyn_cast<PHINode>(Info.PointerToBase[LiveValue]);
1956       if (!OrigRootPhi || !AlternateRootPhi)
1957         continue;
1958       // PHI nodes that have the same incoming values, and belonging to the same
1959       // basic blocks are essentially the same SSA value.  When the original phi
1960       // has incoming values with different base pointers, the original phi is
1961       // marked as conflict, and an additional `AlternateRootPhi` with the same
1962       // incoming values get generated by the findBasePointer function. We need
1963       // to identify the newly generated AlternateRootPhi (.base version of phi)
1964       // and RootOfChain (the original phi node itself) are the same, so that we
1965       // can rematerialize the gep and casts. This is a workaround for the
1966       // deficieny in the findBasePointer algorithm.
1967       if (!AreEquivalentPhiNodes(*OrigRootPhi, *AlternateRootPhi))
1968         continue;
1969       // Now that the phi nodes are proved to be the same, assert that
1970       // findBasePointer's newly generated AlternateRootPhi is present in the
1971       // liveset of the call.
1972       assert(Info.LiveSet.count(AlternateRootPhi));
1973     }
1974     // Compute cost of this chain
1975     unsigned Cost = chainToBasePointerCost(ChainToBase, TTI);
1976     // TODO: We can also account for cases when we will be able to remove some
1977     //       of the rematerialized values by later optimization passes. I.e if
1978     //       we rematerialized several intersecting chains. Or if original values
1979     //       don't have any uses besides this statepoint.
1980
1981     // For invokes we need to rematerialize each chain twice - for normal and
1982     // for unwind basic blocks. Model this by multiplying cost by two.
1983     if (CS.isInvoke()) {
1984       Cost *= 2;
1985     }
1986     // If it's too expensive - skip it
1987     if (Cost >= RematerializationThreshold)
1988       continue;
1989
1990     // Remove value from the live set
1991     LiveValuesToBeDeleted.push_back(LiveValue);
1992
1993     // Clone instructions and record them inside "Info" structure
1994
1995     // Walk backwards to visit top-most instructions first
1996     std::reverse(ChainToBase.begin(), ChainToBase.end());
1997
1998     // Utility function which clones all instructions from "ChainToBase"
1999     // and inserts them before "InsertBefore". Returns rematerialized value
2000     // which should be used after statepoint.
2001     auto rematerializeChain = [&ChainToBase](
2002         Instruction *InsertBefore, Value *RootOfChain, Value *AlternateLiveBase) {
2003       Instruction *LastClonedValue = nullptr;
2004       Instruction *LastValue = nullptr;
2005       for (Instruction *Instr: ChainToBase) {
2006         // Only GEP's and casts are suported as we need to be careful to not
2007         // introduce any new uses of pointers not in the liveset.
2008         // Note that it's fine to introduce new uses of pointers which were
2009         // otherwise not used after this statepoint.
2010         assert(isa<GetElementPtrInst>(Instr) || isa<CastInst>(Instr));
2011
2012         Instruction *ClonedValue = Instr->clone();
2013         ClonedValue->insertBefore(InsertBefore);
2014         ClonedValue->setName(Instr->getName() + ".remat");
2015
2016         // If it is not first instruction in the chain then it uses previously
2017         // cloned value. We should update it to use cloned value.
2018         if (LastClonedValue) {
2019           assert(LastValue);
2020           ClonedValue->replaceUsesOfWith(LastValue, LastClonedValue);
2021 #ifndef NDEBUG
2022           for (auto OpValue : ClonedValue->operand_values()) {
2023             // Assert that cloned instruction does not use any instructions from
2024             // this chain other than LastClonedValue
2025             assert(!is_contained(ChainToBase, OpValue) &&
2026                    "incorrect use in rematerialization chain");
2027             // Assert that the cloned instruction does not use the RootOfChain
2028             // or the AlternateLiveBase.
2029             assert(OpValue != RootOfChain && OpValue != AlternateLiveBase);
2030           }
2031 #endif
2032         } else {
2033           // For the first instruction, replace the use of unrelocated base i.e.
2034           // RootOfChain/OrigRootPhi, with the corresponding PHI present in the
2035           // live set. They have been proved to be the same PHI nodes.  Note
2036           // that the *only* use of the RootOfChain in the ChainToBase list is
2037           // the first Value in the list.
2038           if (RootOfChain != AlternateLiveBase)
2039             ClonedValue->replaceUsesOfWith(RootOfChain, AlternateLiveBase);
2040         }
2041
2042         LastClonedValue = ClonedValue;
2043         LastValue = Instr;
2044       }
2045       assert(LastClonedValue);
2046       return LastClonedValue;
2047     };
2048
2049     // Different cases for calls and invokes. For invokes we need to clone
2050     // instructions both on normal and unwind path.
2051     if (CS.isCall()) {
2052       Instruction *InsertBefore = CS.getInstruction()->getNextNode();
2053       assert(InsertBefore);
2054       Instruction *RematerializedValue = rematerializeChain(
2055           InsertBefore, RootOfChain, Info.PointerToBase[LiveValue]);
2056       Info.RematerializedValues[RematerializedValue] = LiveValue;
2057     } else {
2058       InvokeInst *Invoke = cast<InvokeInst>(CS.getInstruction());
2059
2060       Instruction *NormalInsertBefore =
2061           &*Invoke->getNormalDest()->getFirstInsertionPt();
2062       Instruction *UnwindInsertBefore =
2063           &*Invoke->getUnwindDest()->getFirstInsertionPt();
2064
2065       Instruction *NormalRematerializedValue = rematerializeChain(
2066           NormalInsertBefore, RootOfChain, Info.PointerToBase[LiveValue]);
2067       Instruction *UnwindRematerializedValue = rematerializeChain(
2068           UnwindInsertBefore, RootOfChain, Info.PointerToBase[LiveValue]);
2069
2070       Info.RematerializedValues[NormalRematerializedValue] = LiveValue;
2071       Info.RematerializedValues[UnwindRematerializedValue] = LiveValue;
2072     }
2073   }
2074
2075   // Remove rematerializaed values from the live set
2076   for (auto LiveValue: LiveValuesToBeDeleted) {
2077     Info.LiveSet.remove(LiveValue);
2078   }
2079 }
2080
2081 static bool insertParsePoints(Function &F, DominatorTree &DT,
2082                               TargetTransformInfo &TTI,
2083                               SmallVectorImpl<CallSite> &ToUpdate) {
2084 #ifndef NDEBUG
2085   // sanity check the input
2086   std::set<CallSite> Uniqued;
2087   Uniqued.insert(ToUpdate.begin(), ToUpdate.end());
2088   assert(Uniqued.size() == ToUpdate.size() && "no duplicates please!");
2089
2090   for (CallSite CS : ToUpdate)
2091     assert(CS.getInstruction()->getFunction() == &F);
2092 #endif
2093
2094   // When inserting gc.relocates for invokes, we need to be able to insert at
2095   // the top of the successor blocks.  See the comment on
2096   // normalForInvokeSafepoint on exactly what is needed.  Note that this step
2097   // may restructure the CFG.
2098   for (CallSite CS : ToUpdate) {
2099     if (!CS.isInvoke())
2100       continue;
2101     auto *II = cast<InvokeInst>(CS.getInstruction());
2102     normalizeForInvokeSafepoint(II->getNormalDest(), II->getParent(), DT);
2103     normalizeForInvokeSafepoint(II->getUnwindDest(), II->getParent(), DT);
2104   }
2105
2106   // A list of dummy calls added to the IR to keep various values obviously
2107   // live in the IR.  We'll remove all of these when done.
2108   SmallVector<CallInst *, 64> Holders;
2109
2110   // Insert a dummy call with all of the arguments to the vm_state we'll need
2111   // for the actual safepoint insertion.  This ensures reference arguments in
2112   // the deopt argument list are considered live through the safepoint (and
2113   // thus makes sure they get relocated.)
2114   for (CallSite CS : ToUpdate) {
2115     SmallVector<Value *, 64> DeoptValues;
2116
2117     for (Value *Arg : GetDeoptBundleOperands(CS)) {
2118       assert(!isUnhandledGCPointerType(Arg->getType()) &&
2119              "support for FCA unimplemented");
2120       if (isHandledGCPointerType(Arg->getType()))
2121         DeoptValues.push_back(Arg);
2122     }
2123
2124     insertUseHolderAfter(CS, DeoptValues, Holders);
2125   }
2126
2127   SmallVector<PartiallyConstructedSafepointRecord, 64> Records(ToUpdate.size());
2128
2129   // A) Identify all gc pointers which are statically live at the given call
2130   // site.
2131   findLiveReferences(F, DT, ToUpdate, Records);
2132
2133   // B) Find the base pointers for each live pointer
2134   /* scope for caching */ {
2135     // Cache the 'defining value' relation used in the computation and
2136     // insertion of base phis and selects.  This ensures that we don't insert
2137     // large numbers of duplicate base_phis.
2138     DefiningValueMapTy DVCache;
2139
2140     for (size_t i = 0; i < Records.size(); i++) {
2141       PartiallyConstructedSafepointRecord &info = Records[i];
2142       findBasePointers(DT, DVCache, ToUpdate[i], info);
2143     }
2144   } // end of cache scope
2145
2146   // The base phi insertion logic (for any safepoint) may have inserted new
2147   // instructions which are now live at some safepoint.  The simplest such
2148   // example is:
2149   // loop:
2150   //   phi a  <-- will be a new base_phi here
2151   //   safepoint 1 <-- that needs to be live here
2152   //   gep a + 1
2153   //   safepoint 2
2154   //   br loop
2155   // We insert some dummy calls after each safepoint to definitely hold live
2156   // the base pointers which were identified for that safepoint.  We'll then
2157   // ask liveness for _every_ base inserted to see what is now live.  Then we
2158   // remove the dummy calls.
2159   Holders.reserve(Holders.size() + Records.size());
2160   for (size_t i = 0; i < Records.size(); i++) {
2161     PartiallyConstructedSafepointRecord &Info = Records[i];
2162
2163     SmallVector<Value *, 128> Bases;
2164     for (auto Pair : Info.PointerToBase)
2165       Bases.push_back(Pair.second);
2166
2167     insertUseHolderAfter(ToUpdate[i], Bases, Holders);
2168   }
2169
2170   // By selecting base pointers, we've effectively inserted new uses. Thus, we
2171   // need to rerun liveness.  We may *also* have inserted new defs, but that's
2172   // not the key issue.
2173   recomputeLiveInValues(F, DT, ToUpdate, Records);
2174
2175   if (PrintBasePointers) {
2176     for (auto &Info : Records) {
2177       errs() << "Base Pairs: (w/Relocation)\n";
2178       for (auto Pair : Info.PointerToBase) {
2179         errs() << " derived ";
2180         Pair.first->printAsOperand(errs(), false);
2181         errs() << " base ";
2182         Pair.second->printAsOperand(errs(), false);
2183         errs() << "\n";
2184       }
2185     }
2186   }
2187
2188   // It is possible that non-constant live variables have a constant base.  For
2189   // example, a GEP with a variable offset from a global.  In this case we can
2190   // remove it from the liveset.  We already don't add constants to the liveset
2191   // because we assume they won't move at runtime and the GC doesn't need to be
2192   // informed about them.  The same reasoning applies if the base is constant.
2193   // Note that the relocation placement code relies on this filtering for
2194   // correctness as it expects the base to be in the liveset, which isn't true
2195   // if the base is constant.
2196   for (auto &Info : Records)
2197     for (auto &BasePair : Info.PointerToBase)
2198       if (isa<Constant>(BasePair.second))
2199         Info.LiveSet.remove(BasePair.first);
2200
2201   for (CallInst *CI : Holders)
2202     CI->eraseFromParent();
2203
2204   Holders.clear();
2205
2206   // In order to reduce live set of statepoint we might choose to rematerialize
2207   // some values instead of relocating them. This is purely an optimization and
2208   // does not influence correctness.
2209   for (size_t i = 0; i < Records.size(); i++)
2210     rematerializeLiveValues(ToUpdate[i], Records[i], TTI);
2211
2212   // We need this to safely RAUW and delete call or invoke return values that
2213   // may themselves be live over a statepoint.  For details, please see usage in
2214   // makeStatepointExplicitImpl.
2215   std::vector<DeferredReplacement> Replacements;
2216
2217   // Now run through and replace the existing statepoints with new ones with
2218   // the live variables listed.  We do not yet update uses of the values being
2219   // relocated. We have references to live variables that need to
2220   // survive to the last iteration of this loop.  (By construction, the
2221   // previous statepoint can not be a live variable, thus we can and remove
2222   // the old statepoint calls as we go.)
2223   for (size_t i = 0; i < Records.size(); i++)
2224     makeStatepointExplicit(DT, ToUpdate[i], Records[i], Replacements);
2225
2226   ToUpdate.clear(); // prevent accident use of invalid CallSites
2227
2228   for (auto &PR : Replacements)
2229     PR.doReplacement();
2230
2231   Replacements.clear();
2232
2233   for (auto &Info : Records) {
2234     // These live sets may contain state Value pointers, since we replaced calls
2235     // with operand bundles with calls wrapped in gc.statepoint, and some of
2236     // those calls may have been def'ing live gc pointers.  Clear these out to
2237     // avoid accidentally using them.
2238     //
2239     // TODO: We should create a separate data structure that does not contain
2240     // these live sets, and migrate to using that data structure from this point
2241     // onward.
2242     Info.LiveSet.clear();
2243     Info.PointerToBase.clear();
2244   }
2245
2246   // Do all the fixups of the original live variables to their relocated selves
2247   SmallVector<Value *, 128> Live;
2248   for (size_t i = 0; i < Records.size(); i++) {
2249     PartiallyConstructedSafepointRecord &Info = Records[i];
2250
2251     // We can't simply save the live set from the original insertion.  One of
2252     // the live values might be the result of a call which needs a safepoint.
2253     // That Value* no longer exists and we need to use the new gc_result.
2254     // Thankfully, the live set is embedded in the statepoint (and updated), so
2255     // we just grab that.
2256     Statepoint Statepoint(Info.StatepointToken);
2257     Live.insert(Live.end(), Statepoint.gc_args_begin(),
2258                 Statepoint.gc_args_end());
2259 #ifndef NDEBUG
2260     // Do some basic sanity checks on our liveness results before performing
2261     // relocation.  Relocation can and will turn mistakes in liveness results
2262     // into non-sensical code which is must harder to debug.
2263     // TODO: It would be nice to test consistency as well
2264     assert(DT.isReachableFromEntry(Info.StatepointToken->getParent()) &&
2265            "statepoint must be reachable or liveness is meaningless");
2266     for (Value *V : Statepoint.gc_args()) {
2267       if (!isa<Instruction>(V))
2268         // Non-instruction values trivial dominate all possible uses
2269         continue;
2270       auto *LiveInst = cast<Instruction>(V);
2271       assert(DT.isReachableFromEntry(LiveInst->getParent()) &&
2272              "unreachable values should never be live");
2273       assert(DT.dominates(LiveInst, Info.StatepointToken) &&
2274              "basic SSA liveness expectation violated by liveness analysis");
2275     }
2276 #endif
2277   }
2278   unique_unsorted(Live);
2279
2280 #ifndef NDEBUG
2281   // sanity check
2282   for (auto *Ptr : Live)
2283     assert(isHandledGCPointerType(Ptr->getType()) &&
2284            "must be a gc pointer type");
2285 #endif
2286
2287   relocationViaAlloca(F, DT, Live, Records);
2288   return !Records.empty();
2289 }
2290
2291 // Handles both return values and arguments for Functions and CallSites.
2292 template <typename AttrHolder>
2293 static void RemoveNonValidAttrAtIndex(LLVMContext &Ctx, AttrHolder &AH,
2294                                       unsigned Index) {
2295   AttrBuilder R;
2296   if (AH.getDereferenceableBytes(Index))
2297     R.addAttribute(Attribute::get(Ctx, Attribute::Dereferenceable,
2298                                   AH.getDereferenceableBytes(Index)));
2299   if (AH.getDereferenceableOrNullBytes(Index))
2300     R.addAttribute(Attribute::get(Ctx, Attribute::DereferenceableOrNull,
2301                                   AH.getDereferenceableOrNullBytes(Index)));
2302   if (AH.doesNotAlias(Index))
2303     R.addAttribute(Attribute::NoAlias);
2304
2305   if (!R.empty())
2306     AH.setAttributes(AH.getAttributes().removeAttributes(
2307         Ctx, Index, AttributeSet::get(Ctx, Index, R)));
2308 }
2309
2310 void
2311 RewriteStatepointsForGC::stripNonValidAttributesFromPrototype(Function &F) {
2312   LLVMContext &Ctx = F.getContext();
2313
2314   for (Argument &A : F.args())
2315     if (isa<PointerType>(A.getType()))
2316       RemoveNonValidAttrAtIndex(Ctx, F, A.getArgNo() + 1);
2317
2318   if (isa<PointerType>(F.getReturnType()))
2319     RemoveNonValidAttrAtIndex(Ctx, F, AttributeSet::ReturnIndex);
2320 }
2321
2322 void RewriteStatepointsForGC::stripNonValidAttributesFromBody(Function &F) {
2323   if (F.empty())
2324     return;
2325
2326   LLVMContext &Ctx = F.getContext();
2327   MDBuilder Builder(Ctx);
2328
2329   for (Instruction &I : instructions(F)) {
2330     if (const MDNode *MD = I.getMetadata(LLVMContext::MD_tbaa)) {
2331       assert(MD->getNumOperands() < 5 && "unrecognized metadata shape!");
2332       bool IsImmutableTBAA =
2333           MD->getNumOperands() == 4 &&
2334           mdconst::extract<ConstantInt>(MD->getOperand(3))->getValue() == 1;
2335
2336       if (!IsImmutableTBAA)
2337         continue; // no work to do, MD_tbaa is already marked mutable
2338
2339       MDNode *Base = cast<MDNode>(MD->getOperand(0));
2340       MDNode *Access = cast<MDNode>(MD->getOperand(1));
2341       uint64_t Offset =
2342           mdconst::extract<ConstantInt>(MD->getOperand(2))->getZExtValue();
2343
2344       MDNode *MutableTBAA =
2345           Builder.createTBAAStructTagNode(Base, Access, Offset);
2346       I.setMetadata(LLVMContext::MD_tbaa, MutableTBAA);
2347     }
2348
2349     if (CallSite CS = CallSite(&I)) {
2350       for (int i = 0, e = CS.arg_size(); i != e; i++)
2351         if (isa<PointerType>(CS.getArgument(i)->getType()))
2352           RemoveNonValidAttrAtIndex(Ctx, CS, i + 1);
2353       if (isa<PointerType>(CS.getType()))
2354         RemoveNonValidAttrAtIndex(Ctx, CS, AttributeSet::ReturnIndex);
2355     }
2356   }
2357 }
2358
2359 /// Returns true if this function should be rewritten by this pass.  The main
2360 /// point of this function is as an extension point for custom logic.
2361 static bool shouldRewriteStatepointsIn(Function &F) {
2362   // TODO: This should check the GCStrategy
2363   if (F.hasGC()) {
2364     const auto &FunctionGCName = F.getGC();
2365     const StringRef StatepointExampleName("statepoint-example");
2366     const StringRef CoreCLRName("coreclr");
2367     return (StatepointExampleName == FunctionGCName) ||
2368            (CoreCLRName == FunctionGCName);
2369   } else
2370     return false;
2371 }
2372
2373 void RewriteStatepointsForGC::stripNonValidAttributes(Module &M) {
2374 #ifndef NDEBUG
2375   assert(any_of(M, shouldRewriteStatepointsIn) && "precondition!");
2376 #endif
2377
2378   for (Function &F : M)
2379     stripNonValidAttributesFromPrototype(F);
2380
2381   for (Function &F : M)
2382     stripNonValidAttributesFromBody(F);
2383 }
2384
2385 bool RewriteStatepointsForGC::runOnFunction(Function &F) {
2386   // Nothing to do for declarations.
2387   if (F.isDeclaration() || F.empty())
2388     return false;
2389
2390   // Policy choice says not to rewrite - the most common reason is that we're
2391   // compiling code without a GCStrategy.
2392   if (!shouldRewriteStatepointsIn(F))
2393     return false;
2394
2395   DominatorTree &DT = getAnalysis<DominatorTreeWrapperPass>(F).getDomTree();
2396   TargetTransformInfo &TTI =
2397       getAnalysis<TargetTransformInfoWrapperPass>().getTTI(F);
2398
2399   auto NeedsRewrite = [](Instruction &I) {
2400     if (ImmutableCallSite CS = ImmutableCallSite(&I))
2401       return !callsGCLeafFunction(CS) && !isStatepoint(CS);
2402     return false;
2403   };
2404
2405   // Gather all the statepoints which need rewritten.  Be careful to only
2406   // consider those in reachable code since we need to ask dominance queries
2407   // when rewriting.  We'll delete the unreachable ones in a moment.
2408   SmallVector<CallSite, 64> ParsePointNeeded;
2409   bool HasUnreachableStatepoint = false;
2410   for (Instruction &I : instructions(F)) {
2411     // TODO: only the ones with the flag set!
2412     if (NeedsRewrite(I)) {
2413       if (DT.isReachableFromEntry(I.getParent()))
2414         ParsePointNeeded.push_back(CallSite(&I));
2415       else
2416         HasUnreachableStatepoint = true;
2417     }
2418   }
2419
2420   bool MadeChange = false;
2421
2422   // Delete any unreachable statepoints so that we don't have unrewritten
2423   // statepoints surviving this pass.  This makes testing easier and the
2424   // resulting IR less confusing to human readers.  Rather than be fancy, we
2425   // just reuse a utility function which removes the unreachable blocks.
2426   if (HasUnreachableStatepoint)
2427     MadeChange |= removeUnreachableBlocks(F);
2428
2429   // Return early if no work to do.
2430   if (ParsePointNeeded.empty())
2431     return MadeChange;
2432
2433   // As a prepass, go ahead and aggressively destroy single entry phi nodes.
2434   // These are created by LCSSA.  They have the effect of increasing the size
2435   // of liveness sets for no good reason.  It may be harder to do this post
2436   // insertion since relocations and base phis can confuse things.
2437   for (BasicBlock &BB : F)
2438     if (BB.getUniquePredecessor()) {
2439       MadeChange = true;
2440       FoldSingleEntryPHINodes(&BB);
2441     }
2442
2443   // Before we start introducing relocations, we want to tweak the IR a bit to
2444   // avoid unfortunate code generation effects.  The main example is that we 
2445   // want to try to make sure the comparison feeding a branch is after any
2446   // safepoints.  Otherwise, we end up with a comparison of pre-relocation
2447   // values feeding a branch after relocation.  This is semantically correct,
2448   // but results in extra register pressure since both the pre-relocation and
2449   // post-relocation copies must be available in registers.  For code without
2450   // relocations this is handled elsewhere, but teaching the scheduler to
2451   // reverse the transform we're about to do would be slightly complex.
2452   // Note: This may extend the live range of the inputs to the icmp and thus
2453   // increase the liveset of any statepoint we move over.  This is profitable
2454   // as long as all statepoints are in rare blocks.  If we had in-register
2455   // lowering for live values this would be a much safer transform.
2456   auto getConditionInst = [](TerminatorInst *TI) -> Instruction* {
2457     if (auto *BI = dyn_cast<BranchInst>(TI))
2458       if (BI->isConditional())
2459         return dyn_cast<Instruction>(BI->getCondition());
2460     // TODO: Extend this to handle switches
2461     return nullptr;
2462   };
2463   for (BasicBlock &BB : F) {
2464     TerminatorInst *TI = BB.getTerminator();
2465     if (auto *Cond = getConditionInst(TI))
2466       // TODO: Handle more than just ICmps here.  We should be able to move
2467       // most instructions without side effects or memory access.  
2468       if (isa<ICmpInst>(Cond) && Cond->hasOneUse()) {
2469         MadeChange = true;
2470         Cond->moveBefore(TI);
2471       }
2472   }
2473
2474   MadeChange |= insertParsePoints(F, DT, TTI, ParsePointNeeded);
2475   return MadeChange;
2476 }
2477
2478 // liveness computation via standard dataflow
2479 // -------------------------------------------------------------------
2480
2481 // TODO: Consider using bitvectors for liveness, the set of potentially
2482 // interesting values should be small and easy to pre-compute.
2483
2484 /// Compute the live-in set for the location rbegin starting from
2485 /// the live-out set of the basic block
2486 static void computeLiveInValues(BasicBlock::reverse_iterator Begin,
2487                                 BasicBlock::reverse_iterator End,
2488                                 SetVector<Value *> &LiveTmp) {
2489   for (auto &I : make_range(Begin, End)) {
2490     // KILL/Def - Remove this definition from LiveIn
2491     LiveTmp.remove(&I);
2492
2493     // Don't consider *uses* in PHI nodes, we handle their contribution to
2494     // predecessor blocks when we seed the LiveOut sets
2495     if (isa<PHINode>(I))
2496       continue;
2497
2498     // USE - Add to the LiveIn set for this instruction
2499     for (Value *V : I.operands()) {
2500       assert(!isUnhandledGCPointerType(V->getType()) &&
2501              "support for FCA unimplemented");
2502       if (isHandledGCPointerType(V->getType()) && !isa<Constant>(V)) {
2503         // The choice to exclude all things constant here is slightly subtle.
2504         // There are two independent reasons:
2505         // - We assume that things which are constant (from LLVM's definition)
2506         // do not move at runtime.  For example, the address of a global
2507         // variable is fixed, even though it's contents may not be.
2508         // - Second, we can't disallow arbitrary inttoptr constants even
2509         // if the language frontend does.  Optimization passes are free to
2510         // locally exploit facts without respect to global reachability.  This
2511         // can create sections of code which are dynamically unreachable and
2512         // contain just about anything.  (see constants.ll in tests)
2513         LiveTmp.insert(V);
2514       }
2515     }
2516   }
2517 }
2518
2519 static void computeLiveOutSeed(BasicBlock *BB, SetVector<Value *> &LiveTmp) {
2520   for (BasicBlock *Succ : successors(BB)) {
2521     for (auto &I : *Succ) {
2522       PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(&I);
2523       if (!PN)
2524         break;
2525
2526       Value *V = PN->getIncomingValueForBlock(BB);
2527       assert(!isUnhandledGCPointerType(V->getType()) &&
2528              "support for FCA unimplemented");
2529       if (isHandledGCPointerType(V->getType()) && !isa<Constant>(V))
2530         LiveTmp.insert(V);
2531     }
2532   }
2533 }
2534
2535 static SetVector<Value *> computeKillSet(BasicBlock *BB) {
2536   SetVector<Value *> KillSet;
2537   for (Instruction &I : *BB)
2538     if (isHandledGCPointerType(I.getType()))
2539       KillSet.insert(&I);
2540   return KillSet;
2541 }
2542
2543 #ifndef NDEBUG
2544 /// Check that the items in 'Live' dominate 'TI'.  This is used as a basic
2545 /// sanity check for the liveness computation.
2546 static void checkBasicSSA(DominatorTree &DT, SetVector<Value *> &Live,
2547                           TerminatorInst *TI, bool TermOkay = false) {
2548   for (Value *V : Live) {
2549     if (auto *I = dyn_cast<Instruction>(V)) {
2550       // The terminator can be a member of the LiveOut set.  LLVM's definition
2551       // of instruction dominance states that V does not dominate itself.  As
2552       // such, we need to special case this to allow it.
2553       if (TermOkay && TI == I)
2554         continue;
2555       assert(DT.dominates(I, TI) &&
2556              "basic SSA liveness expectation violated by liveness analysis");
2557     }
2558   }
2559 }
2560
2561 /// Check that all the liveness sets used during the computation of liveness
2562 /// obey basic SSA properties.  This is useful for finding cases where we miss
2563 /// a def.
2564 static void checkBasicSSA(DominatorTree &DT, GCPtrLivenessData &Data,
2565                           BasicBlock &BB) {
2566   checkBasicSSA(DT, Data.LiveSet[&BB], BB.getTerminator());
2567   checkBasicSSA(DT, Data.LiveOut[&BB], BB.getTerminator(), true);
2568   checkBasicSSA(DT, Data.LiveIn[&BB], BB.getTerminator());
2569 }
2570 #endif
2571
2572 static void computeLiveInValues(DominatorTree &DT, Function &F,
2573                                 GCPtrLivenessData &Data) {
2574   SmallSetVector<BasicBlock *, 32> Worklist;
2575
2576   // Seed the liveness for each individual block
2577   for (BasicBlock &BB : F) {
2578     Data.KillSet[&BB] = computeKillSet(&BB);
2579     Data.LiveSet[&BB].clear();
2580     computeLiveInValues(BB.rbegin(), BB.rend(), Data.LiveSet[&BB]);
2581
2582 #ifndef NDEBUG
2583     for (Value *Kill : Data.KillSet[&BB])
2584       assert(!Data.LiveSet[&BB].count(Kill) && "live set contains kill");
2585 #endif
2586
2587     Data.LiveOut[&BB] = SetVector<Value *>();
2588     computeLiveOutSeed(&BB, Data.LiveOut[&BB]);
2589     Data.LiveIn[&BB] = Data.LiveSet[&BB];
2590     Data.LiveIn[&BB].set_union(Data.LiveOut[&BB]);
2591     Data.LiveIn[&BB].set_subtract(Data.KillSet[&BB]);
2592     if (!Data.LiveIn[&BB].empty())
2593       Worklist.insert(pred_begin(&BB), pred_end(&BB));
2594   }
2595
2596   // Propagate that liveness until stable
2597   while (!Worklist.empty()) {
2598     BasicBlock *BB = Worklist.pop_back_val();
2599
2600     // Compute our new liveout set, then exit early if it hasn't changed despite
2601     // the contribution of our successor.
2602     SetVector<Value *> LiveOut = Data.LiveOut[BB];
2603     const auto OldLiveOutSize = LiveOut.size();
2604     for (BasicBlock *Succ : successors(BB)) {
2605       assert(Data.LiveIn.count(Succ));
2606       LiveOut.set_union(Data.LiveIn[Succ]);
2607     }
2608     // assert OutLiveOut is a subset of LiveOut
2609     if (OldLiveOutSize == LiveOut.size()) {
2610       // If the sets are the same size, then we didn't actually add anything
2611       // when unioning our successors LiveIn.  Thus, the LiveIn of this block
2612       // hasn't changed.
2613       continue;
2614     }
2615     Data.LiveOut[BB] = LiveOut;
2616
2617     // Apply the effects of this basic block
2618     SetVector<Value *> LiveTmp = LiveOut;
2619     LiveTmp.set_union(Data.LiveSet[BB]);
2620     LiveTmp.set_subtract(Data.KillSet[BB]);
2621
2622     assert(Data.LiveIn.count(BB));
2623     const SetVector<Value *> &OldLiveIn = Data.LiveIn[BB];
2624     // assert: OldLiveIn is a subset of LiveTmp
2625     if (OldLiveIn.size() != LiveTmp.size()) {
2626       Data.LiveIn[BB] = LiveTmp;
2627       Worklist.insert(pred_begin(BB), pred_end(BB));
2628     }
2629   } // while (!Worklist.empty())
2630
2631 #ifndef NDEBUG
2632   // Sanity check our output against SSA properties.  This helps catch any
2633   // missing kills during the above iteration.
2634   for (BasicBlock &BB : F)
2635     checkBasicSSA(DT, Data, BB);
2636 #endif
2637 }
2638
2639 static void findLiveSetAtInst(Instruction *Inst, GCPtrLivenessData &Data,
2640                               StatepointLiveSetTy &Out) {
2641
2642   BasicBlock *BB = Inst->getParent();
2643
2644   // Note: The copy is intentional and required
2645   assert(Data.LiveOut.count(BB));
2646   SetVector<Value *> LiveOut = Data.LiveOut[BB];
2647
2648   // We want to handle the statepoint itself oddly.  It's
2649   // call result is not live (normal), nor are it's arguments
2650   // (unless they're used again later).  This adjustment is
2651   // specifically what we need to relocate
2652   computeLiveInValues(BB->rbegin(), ++Inst->getIterator().getReverse(),
2653                       LiveOut);
2654   LiveOut.remove(Inst);
2655   Out.insert(LiveOut.begin(), LiveOut.end());
2656 }
2657
2658 static void recomputeLiveInValues(GCPtrLivenessData &RevisedLivenessData,
2659                                   CallSite CS,
2660                                   PartiallyConstructedSafepointRecord &Info) {
2661   Instruction *Inst = CS.getInstruction();
2662   StatepointLiveSetTy Updated;
2663   findLiveSetAtInst(Inst, RevisedLivenessData, Updated);
2664
2665 #ifndef NDEBUG
2666   DenseSet<Value *> Bases;
2667   for (auto KVPair : Info.PointerToBase)
2668     Bases.insert(KVPair.second);
2669 #endif
2670
2671   // We may have base pointers which are now live that weren't before.  We need
2672   // to update the PointerToBase structure to reflect this.
2673   for (auto V : Updated)
2674     if (Info.PointerToBase.insert({V, V}).second) {
2675       assert(Bases.count(V) && "Can't find base for unexpected live value!");
2676       continue;
2677     }
2678
2679 #ifndef NDEBUG
2680   for (auto V : Updated)
2681     assert(Info.PointerToBase.count(V) &&
2682            "Must be able to find base for live value!");
2683 #endif
2684
2685   // Remove any stale base mappings - this can happen since our liveness is
2686   // more precise then the one inherent in the base pointer analysis.
2687   DenseSet<Value *> ToErase;
2688   for (auto KVPair : Info.PointerToBase)
2689     if (!Updated.count(KVPair.first))
2690       ToErase.insert(KVPair.first);
2691
2692   for (auto *V : ToErase)
2693     Info.PointerToBase.erase(V);
2694
2695 #ifndef NDEBUG
2696   for (auto KVPair : Info.PointerToBase)
2697     assert(Updated.count(KVPair.first) && "record for non-live value");
2698 #endif
2699
2700   Info.LiveSet = Updated;
2701 }