]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - contrib/llvm/lib/Transforms/Utils/PromoteMemoryToRegister.cpp
dts: Update our device tree sources file fomr Linux 4.13
[FreeBSD/FreeBSD.git] / contrib / llvm / lib / Transforms / Utils / PromoteMemoryToRegister.cpp
1 //===- PromoteMemoryToRegister.cpp - Convert allocas to registers ---------===//
2 //
3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
4 //
5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
6 // License. See LICENSE.TXT for details.
7 //
8 //===----------------------------------------------------------------------===//
9 //
10 // This file promotes memory references to be register references.  It promotes
11 // alloca instructions which only have loads and stores as uses.  An alloca is
12 // transformed by using iterated dominator frontiers to place PHI nodes, then
13 // traversing the function in depth-first order to rewrite loads and stores as
14 // appropriate.
15 //
16 //===----------------------------------------------------------------------===//
17
18 #include "llvm/ADT/ArrayRef.h"
19 #include "llvm/ADT/DenseMap.h"
20 #include "llvm/ADT/STLExtras.h"
21 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
22 #include "llvm/ADT/SmallVector.h"
23 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
24 #include "llvm/Analysis/AliasSetTracker.h"
25 #include "llvm/Analysis/AssumptionCache.h"
26 #include "llvm/Analysis/InstructionSimplify.h"
27 #include "llvm/Analysis/IteratedDominanceFrontier.h"
28 #include "llvm/Analysis/ValueTracking.h"
29 #include "llvm/IR/CFG.h"
30 #include "llvm/IR/Constants.h"
31 #include "llvm/IR/DIBuilder.h"
32 #include "llvm/IR/DebugInfo.h"
33 #include "llvm/IR/DerivedTypes.h"
34 #include "llvm/IR/Dominators.h"
35 #include "llvm/IR/Function.h"
36 #include "llvm/IR/Instructions.h"
37 #include "llvm/IR/IntrinsicInst.h"
38 #include "llvm/IR/Metadata.h"
39 #include "llvm/IR/Module.h"
40 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
41 #include "llvm/Transforms/Utils/PromoteMemToReg.h"
42 #include <algorithm>
43 using namespace llvm;
44
45 #define DEBUG_TYPE "mem2reg"
46
47 STATISTIC(NumLocalPromoted, "Number of alloca's promoted within one block");
48 STATISTIC(NumSingleStore,   "Number of alloca's promoted with a single store");
49 STATISTIC(NumDeadAlloca,    "Number of dead alloca's removed");
50 STATISTIC(NumPHIInsert,     "Number of PHI nodes inserted");
51
52 bool llvm::isAllocaPromotable(const AllocaInst *AI) {
53   // FIXME: If the memory unit is of pointer or integer type, we can permit
54   // assignments to subsections of the memory unit.
55   unsigned AS = AI->getType()->getAddressSpace();
56
57   // Only allow direct and non-volatile loads and stores...
58   for (const User *U : AI->users()) {
59     if (const LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(U)) {
60       // Note that atomic loads can be transformed; atomic semantics do
61       // not have any meaning for a local alloca.
62       if (LI->isVolatile())
63         return false;
64     } else if (const StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(U)) {
65       if (SI->getOperand(0) == AI)
66         return false; // Don't allow a store OF the AI, only INTO the AI.
67       // Note that atomic stores can be transformed; atomic semantics do
68       // not have any meaning for a local alloca.
69       if (SI->isVolatile())
70         return false;
71     } else if (const IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(U)) {
72       if (II->getIntrinsicID() != Intrinsic::lifetime_start &&
73           II->getIntrinsicID() != Intrinsic::lifetime_end)
74         return false;
75     } else if (const BitCastInst *BCI = dyn_cast<BitCastInst>(U)) {
76       if (BCI->getType() != Type::getInt8PtrTy(U->getContext(), AS))
77         return false;
78       if (!onlyUsedByLifetimeMarkers(BCI))
79         return false;
80     } else if (const GetElementPtrInst *GEPI = dyn_cast<GetElementPtrInst>(U)) {
81       if (GEPI->getType() != Type::getInt8PtrTy(U->getContext(), AS))
82         return false;
83       if (!GEPI->hasAllZeroIndices())
84         return false;
85       if (!onlyUsedByLifetimeMarkers(GEPI))
86         return false;
87     } else {
88       return false;
89     }
90   }
91
92   return true;
93 }
94
95 namespace {
96
97 struct AllocaInfo {
98   SmallVector<BasicBlock *, 32> DefiningBlocks;
99   SmallVector<BasicBlock *, 32> UsingBlocks;
100
101   StoreInst *OnlyStore;
102   BasicBlock *OnlyBlock;
103   bool OnlyUsedInOneBlock;
104
105   Value *AllocaPointerVal;
106   DbgDeclareInst *DbgDeclare;
107
108   void clear() {
109     DefiningBlocks.clear();
110     UsingBlocks.clear();
111     OnlyStore = nullptr;
112     OnlyBlock = nullptr;
113     OnlyUsedInOneBlock = true;
114     AllocaPointerVal = nullptr;
115     DbgDeclare = nullptr;
116   }
117
118   /// Scan the uses of the specified alloca, filling in the AllocaInfo used
119   /// by the rest of the pass to reason about the uses of this alloca.
120   void AnalyzeAlloca(AllocaInst *AI) {
121     clear();
122
123     // As we scan the uses of the alloca instruction, keep track of stores,
124     // and decide whether all of the loads and stores to the alloca are within
125     // the same basic block.
126     for (auto UI = AI->user_begin(), E = AI->user_end(); UI != E;) {
127       Instruction *User = cast<Instruction>(*UI++);
128
129       if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(User)) {
130         // Remember the basic blocks which define new values for the alloca
131         DefiningBlocks.push_back(SI->getParent());
132         AllocaPointerVal = SI->getOperand(0);
133         OnlyStore = SI;
134       } else {
135         LoadInst *LI = cast<LoadInst>(User);
136         // Otherwise it must be a load instruction, keep track of variable
137         // reads.
138         UsingBlocks.push_back(LI->getParent());
139         AllocaPointerVal = LI;
140       }
141
142       if (OnlyUsedInOneBlock) {
143         if (!OnlyBlock)
144           OnlyBlock = User->getParent();
145         else if (OnlyBlock != User->getParent())
146           OnlyUsedInOneBlock = false;
147       }
148     }
149
150     DbgDeclare = FindAllocaDbgDeclare(AI);
151   }
152 };
153
154 // Data package used by RenamePass()
155 class RenamePassData {
156 public:
157   typedef std::vector<Value *> ValVector;
158
159   RenamePassData() : BB(nullptr), Pred(nullptr), Values() {}
160   RenamePassData(BasicBlock *B, BasicBlock *P, const ValVector &V)
161       : BB(B), Pred(P), Values(V) {}
162   BasicBlock *BB;
163   BasicBlock *Pred;
164   ValVector Values;
165
166   void swap(RenamePassData &RHS) {
167     std::swap(BB, RHS.BB);
168     std::swap(Pred, RHS.Pred);
169     Values.swap(RHS.Values);
170   }
171 };
172
173 /// \brief This assigns and keeps a per-bb relative ordering of load/store
174 /// instructions in the block that directly load or store an alloca.
175 ///
176 /// This functionality is important because it avoids scanning large basic
177 /// blocks multiple times when promoting many allocas in the same block.
178 class LargeBlockInfo {
179   /// \brief For each instruction that we track, keep the index of the
180   /// instruction.
181   ///
182   /// The index starts out as the number of the instruction from the start of
183   /// the block.
184   DenseMap<const Instruction *, unsigned> InstNumbers;
185
186 public:
187
188   /// This code only looks at accesses to allocas.
189   static bool isInterestingInstruction(const Instruction *I) {
190     return (isa<LoadInst>(I) && isa<AllocaInst>(I->getOperand(0))) ||
191            (isa<StoreInst>(I) && isa<AllocaInst>(I->getOperand(1)));
192   }
193
194   /// Get or calculate the index of the specified instruction.
195   unsigned getInstructionIndex(const Instruction *I) {
196     assert(isInterestingInstruction(I) &&
197            "Not a load/store to/from an alloca?");
198
199     // If we already have this instruction number, return it.
200     DenseMap<const Instruction *, unsigned>::iterator It = InstNumbers.find(I);
201     if (It != InstNumbers.end())
202       return It->second;
203
204     // Scan the whole block to get the instruction.  This accumulates
205     // information for every interesting instruction in the block, in order to
206     // avoid gratuitus rescans.
207     const BasicBlock *BB = I->getParent();
208     unsigned InstNo = 0;
209     for (const Instruction &BBI : *BB)
210       if (isInterestingInstruction(&BBI))
211         InstNumbers[&BBI] = InstNo++;
212     It = InstNumbers.find(I);
213
214     assert(It != InstNumbers.end() && "Didn't insert instruction?");
215     return It->second;
216   }
217
218   void deleteValue(const Instruction *I) { InstNumbers.erase(I); }
219
220   void clear() { InstNumbers.clear(); }
221 };
222
223 struct PromoteMem2Reg {
224   /// The alloca instructions being promoted.
225   std::vector<AllocaInst *> Allocas;
226   DominatorTree &DT;
227   DIBuilder DIB;
228   /// A cache of @llvm.assume intrinsics used by SimplifyInstruction.
229   AssumptionCache *AC;
230
231   const SimplifyQuery SQ;
232   /// Reverse mapping of Allocas.
233   DenseMap<AllocaInst *, unsigned> AllocaLookup;
234
235   /// \brief The PhiNodes we're adding.
236   ///
237   /// That map is used to simplify some Phi nodes as we iterate over it, so
238   /// it should have deterministic iterators.  We could use a MapVector, but
239   /// since we already maintain a map from BasicBlock* to a stable numbering
240   /// (BBNumbers), the DenseMap is more efficient (also supports removal).
241   DenseMap<std::pair<unsigned, unsigned>, PHINode *> NewPhiNodes;
242
243   /// For each PHI node, keep track of which entry in Allocas it corresponds
244   /// to.
245   DenseMap<PHINode *, unsigned> PhiToAllocaMap;
246
247   /// If we are updating an AliasSetTracker, then for each alloca that is of
248   /// pointer type, we keep track of what to copyValue to the inserted PHI
249   /// nodes here.
250   std::vector<Value *> PointerAllocaValues;
251
252   /// For each alloca, we keep track of the dbg.declare intrinsic that
253   /// describes it, if any, so that we can convert it to a dbg.value
254   /// intrinsic if the alloca gets promoted.
255   SmallVector<DbgDeclareInst *, 8> AllocaDbgDeclares;
256
257   /// The set of basic blocks the renamer has already visited.
258   ///
259   SmallPtrSet<BasicBlock *, 16> Visited;
260
261   /// Contains a stable numbering of basic blocks to avoid non-determinstic
262   /// behavior.
263   DenseMap<BasicBlock *, unsigned> BBNumbers;
264
265   /// Lazily compute the number of predecessors a block has.
266   DenseMap<const BasicBlock *, unsigned> BBNumPreds;
267
268 public:
269   PromoteMem2Reg(ArrayRef<AllocaInst *> Allocas, DominatorTree &DT,
270                  AssumptionCache *AC)
271       : Allocas(Allocas.begin(), Allocas.end()), DT(DT),
272         DIB(*DT.getRoot()->getParent()->getParent(), /*AllowUnresolved*/ false),
273         AC(AC), SQ(DT.getRoot()->getParent()->getParent()->getDataLayout(),
274                    nullptr, &DT, AC) {}
275
276   void run();
277
278 private:
279   void RemoveFromAllocasList(unsigned &AllocaIdx) {
280     Allocas[AllocaIdx] = Allocas.back();
281     Allocas.pop_back();
282     --AllocaIdx;
283   }
284
285   unsigned getNumPreds(const BasicBlock *BB) {
286     unsigned &NP = BBNumPreds[BB];
287     if (NP == 0)
288       NP = std::distance(pred_begin(BB), pred_end(BB)) + 1;
289     return NP - 1;
290   }
291
292   void ComputeLiveInBlocks(AllocaInst *AI, AllocaInfo &Info,
293                            const SmallPtrSetImpl<BasicBlock *> &DefBlocks,
294                            SmallPtrSetImpl<BasicBlock *> &LiveInBlocks);
295   void RenamePass(BasicBlock *BB, BasicBlock *Pred,
296                   RenamePassData::ValVector &IncVals,
297                   std::vector<RenamePassData> &Worklist);
298   bool QueuePhiNode(BasicBlock *BB, unsigned AllocaIdx, unsigned &Version);
299 };
300
301 } // end of anonymous namespace
302
303 /// Given a LoadInst LI this adds assume(LI != null) after it.
304 static void addAssumeNonNull(AssumptionCache *AC, LoadInst *LI) {
305   Function *AssumeIntrinsic =
306       Intrinsic::getDeclaration(LI->getModule(), Intrinsic::assume);
307   ICmpInst *LoadNotNull = new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_NE, LI,
308                                        Constant::getNullValue(LI->getType()));
309   LoadNotNull->insertAfter(LI);
310   CallInst *CI = CallInst::Create(AssumeIntrinsic, {LoadNotNull});
311   CI->insertAfter(LoadNotNull);
312   AC->registerAssumption(CI);
313 }
314
315 static void removeLifetimeIntrinsicUsers(AllocaInst *AI) {
316   // Knowing that this alloca is promotable, we know that it's safe to kill all
317   // instructions except for load and store.
318
319   for (auto UI = AI->user_begin(), UE = AI->user_end(); UI != UE;) {
320     Instruction *I = cast<Instruction>(*UI);
321     ++UI;
322     if (isa<LoadInst>(I) || isa<StoreInst>(I))
323       continue;
324
325     if (!I->getType()->isVoidTy()) {
326       // The only users of this bitcast/GEP instruction are lifetime intrinsics.
327       // Follow the use/def chain to erase them now instead of leaving it for
328       // dead code elimination later.
329       for (auto UUI = I->user_begin(), UUE = I->user_end(); UUI != UUE;) {
330         Instruction *Inst = cast<Instruction>(*UUI);
331         ++UUI;
332         Inst->eraseFromParent();
333       }
334     }
335     I->eraseFromParent();
336   }
337 }
338
339 /// \brief Rewrite as many loads as possible given a single store.
340 ///
341 /// When there is only a single store, we can use the domtree to trivially
342 /// replace all of the dominated loads with the stored value. Do so, and return
343 /// true if this has successfully promoted the alloca entirely. If this returns
344 /// false there were some loads which were not dominated by the single store
345 /// and thus must be phi-ed with undef. We fall back to the standard alloca
346 /// promotion algorithm in that case.
347 static bool rewriteSingleStoreAlloca(AllocaInst *AI, AllocaInfo &Info,
348                                      LargeBlockInfo &LBI, DominatorTree &DT,
349                                      AssumptionCache *AC) {
350   StoreInst *OnlyStore = Info.OnlyStore;
351   bool StoringGlobalVal = !isa<Instruction>(OnlyStore->getOperand(0));
352   BasicBlock *StoreBB = OnlyStore->getParent();
353   int StoreIndex = -1;
354
355   // Clear out UsingBlocks.  We will reconstruct it here if needed.
356   Info.UsingBlocks.clear();
357
358   for (auto UI = AI->user_begin(), E = AI->user_end(); UI != E;) {
359     Instruction *UserInst = cast<Instruction>(*UI++);
360     if (!isa<LoadInst>(UserInst)) {
361       assert(UserInst == OnlyStore && "Should only have load/stores");
362       continue;
363     }
364     LoadInst *LI = cast<LoadInst>(UserInst);
365
366     // Okay, if we have a load from the alloca, we want to replace it with the
367     // only value stored to the alloca.  We can do this if the value is
368     // dominated by the store.  If not, we use the rest of the mem2reg machinery
369     // to insert the phi nodes as needed.
370     if (!StoringGlobalVal) { // Non-instructions are always dominated.
371       if (LI->getParent() == StoreBB) {
372         // If we have a use that is in the same block as the store, compare the
373         // indices of the two instructions to see which one came first.  If the
374         // load came before the store, we can't handle it.
375         if (StoreIndex == -1)
376           StoreIndex = LBI.getInstructionIndex(OnlyStore);
377
378         if (unsigned(StoreIndex) > LBI.getInstructionIndex(LI)) {
379           // Can't handle this load, bail out.
380           Info.UsingBlocks.push_back(StoreBB);
381           continue;
382         }
383
384       } else if (LI->getParent() != StoreBB &&
385                  !DT.dominates(StoreBB, LI->getParent())) {
386         // If the load and store are in different blocks, use BB dominance to
387         // check their relationships.  If the store doesn't dom the use, bail
388         // out.
389         Info.UsingBlocks.push_back(LI->getParent());
390         continue;
391       }
392     }
393
394     // Otherwise, we *can* safely rewrite this load.
395     Value *ReplVal = OnlyStore->getOperand(0);
396     // If the replacement value is the load, this must occur in unreachable
397     // code.
398     if (ReplVal == LI)
399       ReplVal = UndefValue::get(LI->getType());
400
401     // If the load was marked as nonnull we don't want to lose
402     // that information when we erase this Load. So we preserve
403     // it with an assume.
404     if (AC && LI->getMetadata(LLVMContext::MD_nonnull) &&
405         !llvm::isKnownNonNullAt(ReplVal, LI, &DT))
406       addAssumeNonNull(AC, LI);
407
408     LI->replaceAllUsesWith(ReplVal);
409     LI->eraseFromParent();
410     LBI.deleteValue(LI);
411   }
412
413   // Finally, after the scan, check to see if the store is all that is left.
414   if (!Info.UsingBlocks.empty())
415     return false; // If not, we'll have to fall back for the remainder.
416
417   // Record debuginfo for the store and remove the declaration's
418   // debuginfo.
419   if (DbgDeclareInst *DDI = Info.DbgDeclare) {
420     DIBuilder DIB(*AI->getModule(), /*AllowUnresolved*/ false);
421     ConvertDebugDeclareToDebugValue(DDI, Info.OnlyStore, DIB);
422     DDI->eraseFromParent();
423     LBI.deleteValue(DDI);
424   }
425   // Remove the (now dead) store and alloca.
426   Info.OnlyStore->eraseFromParent();
427   LBI.deleteValue(Info.OnlyStore);
428
429   AI->eraseFromParent();
430   LBI.deleteValue(AI);
431   return true;
432 }
433
434 /// Many allocas are only used within a single basic block.  If this is the
435 /// case, avoid traversing the CFG and inserting a lot of potentially useless
436 /// PHI nodes by just performing a single linear pass over the basic block
437 /// using the Alloca.
438 ///
439 /// If we cannot promote this alloca (because it is read before it is written),
440 /// return false.  This is necessary in cases where, due to control flow, the
441 /// alloca is undefined only on some control flow paths.  e.g. code like
442 /// this is correct in LLVM IR:
443 ///  // A is an alloca with no stores so far
444 ///  for (...) {
445 ///    int t = *A;
446 ///    if (!first_iteration)
447 ///      use(t);
448 ///    *A = 42;
449 ///  }
450 static bool promoteSingleBlockAlloca(AllocaInst *AI, const AllocaInfo &Info,
451                                      LargeBlockInfo &LBI,
452                                      DominatorTree &DT,
453                                      AssumptionCache *AC) {
454   // The trickiest case to handle is when we have large blocks. Because of this,
455   // this code is optimized assuming that large blocks happen.  This does not
456   // significantly pessimize the small block case.  This uses LargeBlockInfo to
457   // make it efficient to get the index of various operations in the block.
458
459   // Walk the use-def list of the alloca, getting the locations of all stores.
460   typedef SmallVector<std::pair<unsigned, StoreInst *>, 64> StoresByIndexTy;
461   StoresByIndexTy StoresByIndex;
462
463   for (User *U : AI->users())
464     if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(U))
465       StoresByIndex.push_back(std::make_pair(LBI.getInstructionIndex(SI), SI));
466
467   // Sort the stores by their index, making it efficient to do a lookup with a
468   // binary search.
469   std::sort(StoresByIndex.begin(), StoresByIndex.end(), less_first());
470
471   // Walk all of the loads from this alloca, replacing them with the nearest
472   // store above them, if any.
473   for (auto UI = AI->user_begin(), E = AI->user_end(); UI != E;) {
474     LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(*UI++);
475     if (!LI)
476       continue;
477
478     unsigned LoadIdx = LBI.getInstructionIndex(LI);
479
480     // Find the nearest store that has a lower index than this load.
481     StoresByIndexTy::iterator I =
482         std::lower_bound(StoresByIndex.begin(), StoresByIndex.end(),
483                          std::make_pair(LoadIdx,
484                                         static_cast<StoreInst *>(nullptr)),
485                          less_first());
486     if (I == StoresByIndex.begin()) {
487       if (StoresByIndex.empty())
488         // If there are no stores, the load takes the undef value.
489         LI->replaceAllUsesWith(UndefValue::get(LI->getType()));
490       else
491         // There is no store before this load, bail out (load may be affected
492         // by the following stores - see main comment).
493         return false;
494     } else {
495       // Otherwise, there was a store before this load, the load takes its value.
496       // Note, if the load was marked as nonnull we don't want to lose that
497       // information when we erase it. So we preserve it with an assume.
498       Value *ReplVal = std::prev(I)->second->getOperand(0);
499       if (AC && LI->getMetadata(LLVMContext::MD_nonnull) &&
500           !llvm::isKnownNonNullAt(ReplVal, LI, &DT))
501         addAssumeNonNull(AC, LI);
502
503       LI->replaceAllUsesWith(ReplVal);
504     }
505
506     LI->eraseFromParent();
507     LBI.deleteValue(LI);
508   }
509
510   // Remove the (now dead) stores and alloca.
511   while (!AI->use_empty()) {
512     StoreInst *SI = cast<StoreInst>(AI->user_back());
513     // Record debuginfo for the store before removing it.
514     if (DbgDeclareInst *DDI = Info.DbgDeclare) {
515       DIBuilder DIB(*AI->getModule(), /*AllowUnresolved*/ false);
516       ConvertDebugDeclareToDebugValue(DDI, SI, DIB);
517     }
518     SI->eraseFromParent();
519     LBI.deleteValue(SI);
520   }
521
522   AI->eraseFromParent();
523   LBI.deleteValue(AI);
524
525   // The alloca's debuginfo can be removed as well.
526   if (DbgDeclareInst *DDI = Info.DbgDeclare) {
527     DDI->eraseFromParent();
528     LBI.deleteValue(DDI);
529   }
530
531   ++NumLocalPromoted;
532   return true;
533 }
534
535 void PromoteMem2Reg::run() {
536   Function &F = *DT.getRoot()->getParent();
537
538   AllocaDbgDeclares.resize(Allocas.size());
539
540   AllocaInfo Info;
541   LargeBlockInfo LBI;
542   ForwardIDFCalculator IDF(DT);
543
544   for (unsigned AllocaNum = 0; AllocaNum != Allocas.size(); ++AllocaNum) {
545     AllocaInst *AI = Allocas[AllocaNum];
546
547     assert(isAllocaPromotable(AI) && "Cannot promote non-promotable alloca!");
548     assert(AI->getParent()->getParent() == &F &&
549            "All allocas should be in the same function, which is same as DF!");
550
551     removeLifetimeIntrinsicUsers(AI);
552
553     if (AI->use_empty()) {
554       // If there are no uses of the alloca, just delete it now.
555       AI->eraseFromParent();
556
557       // Remove the alloca from the Allocas list, since it has been processed
558       RemoveFromAllocasList(AllocaNum);
559       ++NumDeadAlloca;
560       continue;
561     }
562
563     // Calculate the set of read and write-locations for each alloca.  This is
564     // analogous to finding the 'uses' and 'definitions' of each variable.
565     Info.AnalyzeAlloca(AI);
566
567     // If there is only a single store to this value, replace any loads of
568     // it that are directly dominated by the definition with the value stored.
569     if (Info.DefiningBlocks.size() == 1) {
570       if (rewriteSingleStoreAlloca(AI, Info, LBI, DT, AC)) {
571         // The alloca has been processed, move on.
572         RemoveFromAllocasList(AllocaNum);
573         ++NumSingleStore;
574         continue;
575       }
576     }
577
578     // If the alloca is only read and written in one basic block, just perform a
579     // linear sweep over the block to eliminate it.
580     if (Info.OnlyUsedInOneBlock &&
581         promoteSingleBlockAlloca(AI, Info, LBI, DT, AC)) {
582       // The alloca has been processed, move on.
583       RemoveFromAllocasList(AllocaNum);
584       continue;
585     }
586
587     // If we haven't computed a numbering for the BB's in the function, do so
588     // now.
589     if (BBNumbers.empty()) {
590       unsigned ID = 0;
591       for (auto &BB : F)
592         BBNumbers[&BB] = ID++;
593     }
594
595     // Remember the dbg.declare intrinsic describing this alloca, if any.
596     if (Info.DbgDeclare)
597       AllocaDbgDeclares[AllocaNum] = Info.DbgDeclare;
598
599     // Keep the reverse mapping of the 'Allocas' array for the rename pass.
600     AllocaLookup[Allocas[AllocaNum]] = AllocaNum;
601
602     // At this point, we're committed to promoting the alloca using IDF's, and
603     // the standard SSA construction algorithm.  Determine which blocks need PHI
604     // nodes and see if we can optimize out some work by avoiding insertion of
605     // dead phi nodes.
606
607
608     // Unique the set of defining blocks for efficient lookup.
609     SmallPtrSet<BasicBlock *, 32> DefBlocks;
610     DefBlocks.insert(Info.DefiningBlocks.begin(), Info.DefiningBlocks.end());
611
612     // Determine which blocks the value is live in.  These are blocks which lead
613     // to uses.
614     SmallPtrSet<BasicBlock *, 32> LiveInBlocks;
615     ComputeLiveInBlocks(AI, Info, DefBlocks, LiveInBlocks);
616
617     // At this point, we're committed to promoting the alloca using IDF's, and
618     // the standard SSA construction algorithm.  Determine which blocks need phi
619     // nodes and see if we can optimize out some work by avoiding insertion of
620     // dead phi nodes.
621     IDF.setLiveInBlocks(LiveInBlocks);
622     IDF.setDefiningBlocks(DefBlocks);
623     SmallVector<BasicBlock *, 32> PHIBlocks;
624     IDF.calculate(PHIBlocks);
625     if (PHIBlocks.size() > 1)
626       std::sort(PHIBlocks.begin(), PHIBlocks.end(),
627                 [this](BasicBlock *A, BasicBlock *B) {
628                   return BBNumbers.lookup(A) < BBNumbers.lookup(B);
629                 });
630
631     unsigned CurrentVersion = 0;
632     for (unsigned i = 0, e = PHIBlocks.size(); i != e; ++i)
633       QueuePhiNode(PHIBlocks[i], AllocaNum, CurrentVersion);
634   }
635
636   if (Allocas.empty())
637     return; // All of the allocas must have been trivial!
638
639   LBI.clear();
640
641   // Set the incoming values for the basic block to be null values for all of
642   // the alloca's.  We do this in case there is a load of a value that has not
643   // been stored yet.  In this case, it will get this null value.
644   //
645   RenamePassData::ValVector Values(Allocas.size());
646   for (unsigned i = 0, e = Allocas.size(); i != e; ++i)
647     Values[i] = UndefValue::get(Allocas[i]->getAllocatedType());
648
649   // Walks all basic blocks in the function performing the SSA rename algorithm
650   // and inserting the phi nodes we marked as necessary
651   //
652   std::vector<RenamePassData> RenamePassWorkList;
653   RenamePassWorkList.emplace_back(&F.front(), nullptr, std::move(Values));
654   do {
655     RenamePassData RPD;
656     RPD.swap(RenamePassWorkList.back());
657     RenamePassWorkList.pop_back();
658     // RenamePass may add new worklist entries.
659     RenamePass(RPD.BB, RPD.Pred, RPD.Values, RenamePassWorkList);
660   } while (!RenamePassWorkList.empty());
661
662   // The renamer uses the Visited set to avoid infinite loops.  Clear it now.
663   Visited.clear();
664
665   // Remove the allocas themselves from the function.
666   for (unsigned i = 0, e = Allocas.size(); i != e; ++i) {
667     Instruction *A = Allocas[i];
668
669     // If there are any uses of the alloca instructions left, they must be in
670     // unreachable basic blocks that were not processed by walking the dominator
671     // tree. Just delete the users now.
672     if (!A->use_empty())
673       A->replaceAllUsesWith(UndefValue::get(A->getType()));
674     A->eraseFromParent();
675   }
676
677   // Remove alloca's dbg.declare instrinsics from the function.
678   for (unsigned i = 0, e = AllocaDbgDeclares.size(); i != e; ++i)
679     if (DbgDeclareInst *DDI = AllocaDbgDeclares[i])
680       DDI->eraseFromParent();
681
682   // Loop over all of the PHI nodes and see if there are any that we can get
683   // rid of because they merge all of the same incoming values.  This can
684   // happen due to undef values coming into the PHI nodes.  This process is
685   // iterative, because eliminating one PHI node can cause others to be removed.
686   bool EliminatedAPHI = true;
687   while (EliminatedAPHI) {
688     EliminatedAPHI = false;
689
690     // Iterating over NewPhiNodes is deterministic, so it is safe to try to
691     // simplify and RAUW them as we go.  If it was not, we could add uses to
692     // the values we replace with in a non-deterministic order, thus creating
693     // non-deterministic def->use chains.
694     for (DenseMap<std::pair<unsigned, unsigned>, PHINode *>::iterator
695              I = NewPhiNodes.begin(),
696              E = NewPhiNodes.end();
697          I != E;) {
698       PHINode *PN = I->second;
699
700       // If this PHI node merges one value and/or undefs, get the value.
701       if (Value *V = SimplifyInstruction(PN, SQ)) {
702         PN->replaceAllUsesWith(V);
703         PN->eraseFromParent();
704         NewPhiNodes.erase(I++);
705         EliminatedAPHI = true;
706         continue;
707       }
708       ++I;
709     }
710   }
711
712   // At this point, the renamer has added entries to PHI nodes for all reachable
713   // code.  Unfortunately, there may be unreachable blocks which the renamer
714   // hasn't traversed.  If this is the case, the PHI nodes may not
715   // have incoming values for all predecessors.  Loop over all PHI nodes we have
716   // created, inserting undef values if they are missing any incoming values.
717   //
718   for (DenseMap<std::pair<unsigned, unsigned>, PHINode *>::iterator
719            I = NewPhiNodes.begin(),
720            E = NewPhiNodes.end();
721        I != E; ++I) {
722     // We want to do this once per basic block.  As such, only process a block
723     // when we find the PHI that is the first entry in the block.
724     PHINode *SomePHI = I->second;
725     BasicBlock *BB = SomePHI->getParent();
726     if (&BB->front() != SomePHI)
727       continue;
728
729     // Only do work here if there the PHI nodes are missing incoming values.  We
730     // know that all PHI nodes that were inserted in a block will have the same
731     // number of incoming values, so we can just check any of them.
732     if (SomePHI->getNumIncomingValues() == getNumPreds(BB))
733       continue;
734
735     // Get the preds for BB.
736     SmallVector<BasicBlock *, 16> Preds(pred_begin(BB), pred_end(BB));
737
738     // Ok, now we know that all of the PHI nodes are missing entries for some
739     // basic blocks.  Start by sorting the incoming predecessors for efficient
740     // access.
741     std::sort(Preds.begin(), Preds.end());
742
743     // Now we loop through all BB's which have entries in SomePHI and remove
744     // them from the Preds list.
745     for (unsigned i = 0, e = SomePHI->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
746       // Do a log(n) search of the Preds list for the entry we want.
747       SmallVectorImpl<BasicBlock *>::iterator EntIt = std::lower_bound(
748           Preds.begin(), Preds.end(), SomePHI->getIncomingBlock(i));
749       assert(EntIt != Preds.end() && *EntIt == SomePHI->getIncomingBlock(i) &&
750              "PHI node has entry for a block which is not a predecessor!");
751
752       // Remove the entry
753       Preds.erase(EntIt);
754     }
755
756     // At this point, the blocks left in the preds list must have dummy
757     // entries inserted into every PHI nodes for the block.  Update all the phi
758     // nodes in this block that we are inserting (there could be phis before
759     // mem2reg runs).
760     unsigned NumBadPreds = SomePHI->getNumIncomingValues();
761     BasicBlock::iterator BBI = BB->begin();
762     while ((SomePHI = dyn_cast<PHINode>(BBI++)) &&
763            SomePHI->getNumIncomingValues() == NumBadPreds) {
764       Value *UndefVal = UndefValue::get(SomePHI->getType());
765       for (unsigned pred = 0, e = Preds.size(); pred != e; ++pred)
766         SomePHI->addIncoming(UndefVal, Preds[pred]);
767     }
768   }
769
770   NewPhiNodes.clear();
771 }
772
773 /// \brief Determine which blocks the value is live in.
774 ///
775 /// These are blocks which lead to uses.  Knowing this allows us to avoid
776 /// inserting PHI nodes into blocks which don't lead to uses (thus, the
777 /// inserted phi nodes would be dead).
778 void PromoteMem2Reg::ComputeLiveInBlocks(
779     AllocaInst *AI, AllocaInfo &Info,
780     const SmallPtrSetImpl<BasicBlock *> &DefBlocks,
781     SmallPtrSetImpl<BasicBlock *> &LiveInBlocks) {
782
783   // To determine liveness, we must iterate through the predecessors of blocks
784   // where the def is live.  Blocks are added to the worklist if we need to
785   // check their predecessors.  Start with all the using blocks.
786   SmallVector<BasicBlock *, 64> LiveInBlockWorklist(Info.UsingBlocks.begin(),
787                                                     Info.UsingBlocks.end());
788
789   // If any of the using blocks is also a definition block, check to see if the
790   // definition occurs before or after the use.  If it happens before the use,
791   // the value isn't really live-in.
792   for (unsigned i = 0, e = LiveInBlockWorklist.size(); i != e; ++i) {
793     BasicBlock *BB = LiveInBlockWorklist[i];
794     if (!DefBlocks.count(BB))
795       continue;
796
797     // Okay, this is a block that both uses and defines the value.  If the first
798     // reference to the alloca is a def (store), then we know it isn't live-in.
799     for (BasicBlock::iterator I = BB->begin();; ++I) {
800       if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(I)) {
801         if (SI->getOperand(1) != AI)
802           continue;
803
804         // We found a store to the alloca before a load.  The alloca is not
805         // actually live-in here.
806         LiveInBlockWorklist[i] = LiveInBlockWorklist.back();
807         LiveInBlockWorklist.pop_back();
808         --i;
809         --e;
810         break;
811       }
812
813       if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I)) {
814         if (LI->getOperand(0) != AI)
815           continue;
816
817         // Okay, we found a load before a store to the alloca.  It is actually
818         // live into this block.
819         break;
820       }
821     }
822   }
823
824   // Now that we have a set of blocks where the phi is live-in, recursively add
825   // their predecessors until we find the full region the value is live.
826   while (!LiveInBlockWorklist.empty()) {
827     BasicBlock *BB = LiveInBlockWorklist.pop_back_val();
828
829     // The block really is live in here, insert it into the set.  If already in
830     // the set, then it has already been processed.
831     if (!LiveInBlocks.insert(BB).second)
832       continue;
833
834     // Since the value is live into BB, it is either defined in a predecessor or
835     // live into it to.  Add the preds to the worklist unless they are a
836     // defining block.
837     for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), E = pred_end(BB); PI != E; ++PI) {
838       BasicBlock *P = *PI;
839
840       // The value is not live into a predecessor if it defines the value.
841       if (DefBlocks.count(P))
842         continue;
843
844       // Otherwise it is, add to the worklist.
845       LiveInBlockWorklist.push_back(P);
846     }
847   }
848 }
849
850 /// \brief Queue a phi-node to be added to a basic-block for a specific Alloca.
851 ///
852 /// Returns true if there wasn't already a phi-node for that variable
853 bool PromoteMem2Reg::QueuePhiNode(BasicBlock *BB, unsigned AllocaNo,
854                                   unsigned &Version) {
855   // Look up the basic-block in question.
856   PHINode *&PN = NewPhiNodes[std::make_pair(BBNumbers[BB], AllocaNo)];
857
858   // If the BB already has a phi node added for the i'th alloca then we're done!
859   if (PN)
860     return false;
861
862   // Create a PhiNode using the dereferenced type... and add the phi-node to the
863   // BasicBlock.
864   PN = PHINode::Create(Allocas[AllocaNo]->getAllocatedType(), getNumPreds(BB),
865                        Allocas[AllocaNo]->getName() + "." + Twine(Version++),
866                        &BB->front());
867   ++NumPHIInsert;
868   PhiToAllocaMap[PN] = AllocaNo;
869   return true;
870 }
871
872 /// \brief Recursively traverse the CFG of the function, renaming loads and
873 /// stores to the allocas which we are promoting.
874 ///
875 /// IncomingVals indicates what value each Alloca contains on exit from the
876 /// predecessor block Pred.
877 void PromoteMem2Reg::RenamePass(BasicBlock *BB, BasicBlock *Pred,
878                                 RenamePassData::ValVector &IncomingVals,
879                                 std::vector<RenamePassData> &Worklist) {
880 NextIteration:
881   // If we are inserting any phi nodes into this BB, they will already be in the
882   // block.
883   if (PHINode *APN = dyn_cast<PHINode>(BB->begin())) {
884     // If we have PHI nodes to update, compute the number of edges from Pred to
885     // BB.
886     if (PhiToAllocaMap.count(APN)) {
887       // We want to be able to distinguish between PHI nodes being inserted by
888       // this invocation of mem2reg from those phi nodes that already existed in
889       // the IR before mem2reg was run.  We determine that APN is being inserted
890       // because it is missing incoming edges.  All other PHI nodes being
891       // inserted by this pass of mem2reg will have the same number of incoming
892       // operands so far.  Remember this count.
893       unsigned NewPHINumOperands = APN->getNumOperands();
894
895       unsigned NumEdges = std::count(succ_begin(Pred), succ_end(Pred), BB);
896       assert(NumEdges && "Must be at least one edge from Pred to BB!");
897
898       // Add entries for all the phis.
899       BasicBlock::iterator PNI = BB->begin();
900       do {
901         unsigned AllocaNo = PhiToAllocaMap[APN];
902
903         // Add N incoming values to the PHI node.
904         for (unsigned i = 0; i != NumEdges; ++i)
905           APN->addIncoming(IncomingVals[AllocaNo], Pred);
906
907         // The currently active variable for this block is now the PHI.
908         IncomingVals[AllocaNo] = APN;
909         if (DbgDeclareInst *DDI = AllocaDbgDeclares[AllocaNo])
910           ConvertDebugDeclareToDebugValue(DDI, APN, DIB);
911
912         // Get the next phi node.
913         ++PNI;
914         APN = dyn_cast<PHINode>(PNI);
915         if (!APN)
916           break;
917
918         // Verify that it is missing entries.  If not, it is not being inserted
919         // by this mem2reg invocation so we want to ignore it.
920       } while (APN->getNumOperands() == NewPHINumOperands);
921     }
922   }
923
924   // Don't revisit blocks.
925   if (!Visited.insert(BB).second)
926     return;
927
928   for (BasicBlock::iterator II = BB->begin(); !isa<TerminatorInst>(II);) {
929     Instruction *I = &*II++; // get the instruction, increment iterator
930
931     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I)) {
932       AllocaInst *Src = dyn_cast<AllocaInst>(LI->getPointerOperand());
933       if (!Src)
934         continue;
935
936       DenseMap<AllocaInst *, unsigned>::iterator AI = AllocaLookup.find(Src);
937       if (AI == AllocaLookup.end())
938         continue;
939
940       Value *V = IncomingVals[AI->second];
941
942       // If the load was marked as nonnull we don't want to lose
943       // that information when we erase this Load. So we preserve
944       // it with an assume.
945       if (AC && LI->getMetadata(LLVMContext::MD_nonnull) &&
946           !llvm::isKnownNonNullAt(V, LI, &DT))
947         addAssumeNonNull(AC, LI);
948
949       // Anything using the load now uses the current value.
950       LI->replaceAllUsesWith(V);
951       BB->getInstList().erase(LI);
952     } else if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(I)) {
953       // Delete this instruction and mark the name as the current holder of the
954       // value
955       AllocaInst *Dest = dyn_cast<AllocaInst>(SI->getPointerOperand());
956       if (!Dest)
957         continue;
958
959       DenseMap<AllocaInst *, unsigned>::iterator ai = AllocaLookup.find(Dest);
960       if (ai == AllocaLookup.end())
961         continue;
962
963       // what value were we writing?
964       IncomingVals[ai->second] = SI->getOperand(0);
965       // Record debuginfo for the store before removing it.
966       if (DbgDeclareInst *DDI = AllocaDbgDeclares[ai->second])
967         ConvertDebugDeclareToDebugValue(DDI, SI, DIB);
968       BB->getInstList().erase(SI);
969     }
970   }
971
972   // 'Recurse' to our successors.
973   succ_iterator I = succ_begin(BB), E = succ_end(BB);
974   if (I == E)
975     return;
976
977   // Keep track of the successors so we don't visit the same successor twice
978   SmallPtrSet<BasicBlock *, 8> VisitedSuccs;
979
980   // Handle the first successor without using the worklist.
981   VisitedSuccs.insert(*I);
982   Pred = BB;
983   BB = *I;
984   ++I;
985
986   for (; I != E; ++I)
987     if (VisitedSuccs.insert(*I).second)
988       Worklist.emplace_back(*I, Pred, IncomingVals);
989
990   goto NextIteration;
991 }
992
993 void llvm::PromoteMemToReg(ArrayRef<AllocaInst *> Allocas, DominatorTree &DT,
994                            AssumptionCache *AC) {
995   // If there is nothing to do, bail out...
996   if (Allocas.empty())
997     return;
998
999   PromoteMem2Reg(Allocas, DT, AC).run();
1000 }