]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - contrib/llvm-project/llvm/lib/CodeGen/StackColoring.cpp
Merge r357224 from the clang1000-import branch:
[FreeBSD/FreeBSD.git] / contrib / llvm-project / llvm / lib / CodeGen / StackColoring.cpp
1 //===- StackColoring.cpp --------------------------------------------------===//
2 //
3 // Part of the LLVM Project, under the Apache License v2.0 with LLVM Exceptions.
4 // See https://llvm.org/LICENSE.txt for license information.
5 // SPDX-License-Identifier: Apache-2.0 WITH LLVM-exception
6 //
7 //===----------------------------------------------------------------------===//
8 //
9 // This pass implements the stack-coloring optimization that looks for
10 // lifetime markers machine instructions (LIFESTART_BEGIN and LIFESTART_END),
11 // which represent the possible lifetime of stack slots. It attempts to
12 // merge disjoint stack slots and reduce the used stack space.
13 // NOTE: This pass is not StackSlotColoring, which optimizes spill slots.
14 //
15 // TODO: In the future we plan to improve stack coloring in the following ways:
16 // 1. Allow merging multiple small slots into a single larger slot at different
17 //    offsets.
18 // 2. Merge this pass with StackSlotColoring and allow merging of allocas with
19 //    spill slots.
20 //
21 //===----------------------------------------------------------------------===//
22
23 #include "llvm/ADT/BitVector.h"
24 #include "llvm/ADT/DenseMap.h"
25 #include "llvm/ADT/DepthFirstIterator.h"
26 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
27 #include "llvm/ADT/SmallVector.h"
28 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
29 #include "llvm/Analysis/ValueTracking.h"
30 #include "llvm/CodeGen/LiveInterval.h"
31 #include "llvm/CodeGen/MachineBasicBlock.h"
32 #include "llvm/CodeGen/MachineFrameInfo.h"
33 #include "llvm/CodeGen/MachineFunction.h"
34 #include "llvm/CodeGen/MachineFunctionPass.h"
35 #include "llvm/CodeGen/MachineInstr.h"
36 #include "llvm/CodeGen/MachineMemOperand.h"
37 #include "llvm/CodeGen/MachineOperand.h"
38 #include "llvm/CodeGen/Passes.h"
39 #include "llvm/CodeGen/SelectionDAGNodes.h"
40 #include "llvm/CodeGen/SlotIndexes.h"
41 #include "llvm/CodeGen/TargetOpcodes.h"
42 #include "llvm/CodeGen/WinEHFuncInfo.h"
43 #include "llvm/Config/llvm-config.h"
44 #include "llvm/IR/Constants.h"
45 #include "llvm/IR/DebugInfoMetadata.h"
46 #include "llvm/IR/Function.h"
47 #include "llvm/IR/Instructions.h"
48 #include "llvm/IR/Metadata.h"
49 #include "llvm/IR/Use.h"
50 #include "llvm/IR/Value.h"
51 #include "llvm/Pass.h"
52 #include "llvm/Support/Casting.h"
53 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
54 #include "llvm/Support/Compiler.h"
55 #include "llvm/Support/Debug.h"
56 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
57 #include <algorithm>
58 #include <cassert>
59 #include <limits>
60 #include <memory>
61 #include <utility>
62
63 using namespace llvm;
64
65 #define DEBUG_TYPE "stack-coloring"
66
67 static cl::opt<bool>
68 DisableColoring("no-stack-coloring",
69         cl::init(false), cl::Hidden,
70         cl::desc("Disable stack coloring"));
71
72 /// The user may write code that uses allocas outside of the declared lifetime
73 /// zone. This can happen when the user returns a reference to a local
74 /// data-structure. We can detect these cases and decide not to optimize the
75 /// code. If this flag is enabled, we try to save the user. This option
76 /// is treated as overriding LifetimeStartOnFirstUse below.
77 static cl::opt<bool>
78 ProtectFromEscapedAllocas("protect-from-escaped-allocas",
79                           cl::init(false), cl::Hidden,
80                           cl::desc("Do not optimize lifetime zones that "
81                                    "are broken"));
82
83 /// Enable enhanced dataflow scheme for lifetime analysis (treat first
84 /// use of stack slot as start of slot lifetime, as opposed to looking
85 /// for LIFETIME_START marker). See "Implementation notes" below for
86 /// more info.
87 static cl::opt<bool>
88 LifetimeStartOnFirstUse("stackcoloring-lifetime-start-on-first-use",
89         cl::init(true), cl::Hidden,
90         cl::desc("Treat stack lifetimes as starting on first use, not on START marker."));
91
92
93 STATISTIC(NumMarkerSeen,  "Number of lifetime markers found.");
94 STATISTIC(StackSpaceSaved, "Number of bytes saved due to merging slots.");
95 STATISTIC(StackSlotMerged, "Number of stack slot merged.");
96 STATISTIC(EscapedAllocas, "Number of allocas that escaped the lifetime region");
97
98 //===----------------------------------------------------------------------===//
99 //                           StackColoring Pass
100 //===----------------------------------------------------------------------===//
101 //
102 // Stack Coloring reduces stack usage by merging stack slots when they
103 // can't be used together. For example, consider the following C program:
104 //
105 //     void bar(char *, int);
106 //     void foo(bool var) {
107 //         A: {
108 //             char z[4096];
109 //             bar(z, 0);
110 //         }
111 //
112 //         char *p;
113 //         char x[4096];
114 //         char y[4096];
115 //         if (var) {
116 //             p = x;
117 //         } else {
118 //             bar(y, 1);
119 //             p = y + 1024;
120 //         }
121 //     B:
122 //         bar(p, 2);
123 //     }
124 //
125 // Naively-compiled, this program would use 12k of stack space. However, the
126 // stack slot corresponding to `z` is always destroyed before either of the
127 // stack slots for `x` or `y` are used, and then `x` is only used if `var`
128 // is true, while `y` is only used if `var` is false. So in no time are 2
129 // of the stack slots used together, and therefore we can merge them,
130 // compiling the function using only a single 4k alloca:
131 //
132 //     void foo(bool var) { // equivalent
133 //         char x[4096];
134 //         char *p;
135 //         bar(x, 0);
136 //         if (var) {
137 //             p = x;
138 //         } else {
139 //             bar(x, 1);
140 //             p = x + 1024;
141 //         }
142 //         bar(p, 2);
143 //     }
144 //
145 // This is an important optimization if we want stack space to be under
146 // control in large functions, both open-coded ones and ones created by
147 // inlining.
148 //
149 // Implementation Notes:
150 // ---------------------
151 //
152 // An important part of the above reasoning is that `z` can't be accessed
153 // while the latter 2 calls to `bar` are running. This is justified because
154 // `z`'s lifetime is over after we exit from block `A:`, so any further
155 // accesses to it would be UB. The way we represent this information
156 // in LLVM is by having frontends delimit blocks with `lifetime.start`
157 // and `lifetime.end` intrinsics.
158 //
159 // The effect of these intrinsics seems to be as follows (maybe I should
160 // specify this in the reference?):
161 //
162 //   L1) at start, each stack-slot is marked as *out-of-scope*, unless no
163 //   lifetime intrinsic refers to that stack slot, in which case
164 //   it is marked as *in-scope*.
165 //   L2) on a `lifetime.start`, a stack slot is marked as *in-scope* and
166 //   the stack slot is overwritten with `undef`.
167 //   L3) on a `lifetime.end`, a stack slot is marked as *out-of-scope*.
168 //   L4) on function exit, all stack slots are marked as *out-of-scope*.
169 //   L5) `lifetime.end` is a no-op when called on a slot that is already
170 //   *out-of-scope*.
171 //   L6) memory accesses to *out-of-scope* stack slots are UB.
172 //   L7) when a stack-slot is marked as *out-of-scope*, all pointers to it
173 //   are invalidated, unless the slot is "degenerate". This is used to
174 //   justify not marking slots as in-use until the pointer to them is
175 //   used, but feels a bit hacky in the presence of things like LICM. See
176 //   the "Degenerate Slots" section for more details.
177 //
178 // Now, let's ground stack coloring on these rules. We'll define a slot
179 // as *in-use* at a (dynamic) point in execution if it either can be
180 // written to at that point, or if it has a live and non-undef content
181 // at that point.
182 //
183 // Obviously, slots that are never *in-use* together can be merged, and
184 // in our example `foo`, the slots for `x`, `y` and `z` are never
185 // in-use together (of course, sometimes slots that *are* in-use together
186 // might still be mergable, but we don't care about that here).
187 //
188 // In this implementation, we successively merge pairs of slots that are
189 // not *in-use* together. We could be smarter - for example, we could merge
190 // a single large slot with 2 small slots, or we could construct the
191 // interference graph and run a "smart" graph coloring algorithm, but with
192 // that aside, how do we find out whether a pair of slots might be *in-use*
193 // together?
194 //
195 // From our rules, we see that *out-of-scope* slots are never *in-use*,
196 // and from (L7) we see that "non-degenerate" slots remain non-*in-use*
197 // until their address is taken. Therefore, we can approximate slot activity
198 // using dataflow.
199 //
200 // A subtle point: naively, we might try to figure out which pairs of
201 // stack-slots interfere by propagating `S in-use` through the CFG for every
202 // stack-slot `S`, and having `S` and `T` interfere if there is a CFG point in
203 // which they are both *in-use*.
204 //
205 // That is sound, but overly conservative in some cases: in our (artificial)
206 // example `foo`, either `x` or `y` might be in use at the label `B:`, but
207 // as `x` is only in use if we came in from the `var` edge and `y` only
208 // if we came from the `!var` edge, they still can't be in use together.
209 // See PR32488 for an important real-life case.
210 //
211 // If we wanted to find all points of interference precisely, we could
212 // propagate `S in-use` and `S&T in-use` predicates through the CFG. That
213 // would be precise, but requires propagating `O(n^2)` dataflow facts.
214 //
215 // However, we aren't interested in the *set* of points of interference
216 // between 2 stack slots, only *whether* there *is* such a point. So we
217 // can rely on a little trick: for `S` and `T` to be in-use together,
218 // one of them needs to become in-use while the other is in-use (or
219 // they might both become in use simultaneously). We can check this
220 // by also keeping track of the points at which a stack slot might *start*
221 // being in-use.
222 //
223 // Exact first use:
224 // ----------------
225 //
226 // Consider the following motivating example:
227 //
228 //     int foo() {
229 //       char b1[1024], b2[1024];
230 //       if (...) {
231 //         char b3[1024];
232 //         <uses of b1, b3>;
233 //         return x;
234 //       } else {
235 //         char b4[1024], b5[1024];
236 //         <uses of b2, b4, b5>;
237 //         return y;
238 //       }
239 //     }
240 //
241 // In the code above, "b3" and "b4" are declared in distinct lexical
242 // scopes, meaning that it is easy to prove that they can share the
243 // same stack slot. Variables "b1" and "b2" are declared in the same
244 // scope, meaning that from a lexical point of view, their lifetimes
245 // overlap. From a control flow pointer of view, however, the two
246 // variables are accessed in disjoint regions of the CFG, thus it
247 // should be possible for them to share the same stack slot. An ideal
248 // stack allocation for the function above would look like:
249 //
250 //     slot 0: b1, b2
251 //     slot 1: b3, b4
252 //     slot 2: b5
253 //
254 // Achieving this allocation is tricky, however, due to the way
255 // lifetime markers are inserted. Here is a simplified view of the
256 // control flow graph for the code above:
257 //
258 //                +------  block 0 -------+
259 //               0| LIFETIME_START b1, b2 |
260 //               1| <test 'if' condition> |
261 //                +-----------------------+
262 //                   ./              \.
263 //   +------  block 1 -------+   +------  block 2 -------+
264 //  2| LIFETIME_START b3     |  5| LIFETIME_START b4, b5 |
265 //  3| <uses of b1, b3>      |  6| <uses of b2, b4, b5>  |
266 //  4| LIFETIME_END b3       |  7| LIFETIME_END b4, b5   |
267 //   +-----------------------+   +-----------------------+
268 //                   \.              /.
269 //                +------  block 3 -------+
270 //               8| <cleanupcode>         |
271 //               9| LIFETIME_END b1, b2   |
272 //              10| return                |
273 //                +-----------------------+
274 //
275 // If we create live intervals for the variables above strictly based
276 // on the lifetime markers, we'll get the set of intervals on the
277 // left. If we ignore the lifetime start markers and instead treat a
278 // variable's lifetime as beginning with the first reference to the
279 // var, then we get the intervals on the right.
280 //
281 //            LIFETIME_START      First Use
282 //     b1:    [0,9]               [3,4] [8,9]
283 //     b2:    [0,9]               [6,9]
284 //     b3:    [2,4]               [3,4]
285 //     b4:    [5,7]               [6,7]
286 //     b5:    [5,7]               [6,7]
287 //
288 // For the intervals on the left, the best we can do is overlap two
289 // variables (b3 and b4, for example); this gives us a stack size of
290 // 4*1024 bytes, not ideal. When treating first-use as the start of a
291 // lifetime, we can additionally overlap b1 and b5, giving us a 3*1024
292 // byte stack (better).
293 //
294 // Degenerate Slots:
295 // -----------------
296 //
297 // Relying entirely on first-use of stack slots is problematic,
298 // however, due to the fact that optimizations can sometimes migrate
299 // uses of a variable outside of its lifetime start/end region. Here
300 // is an example:
301 //
302 //     int bar() {
303 //       char b1[1024], b2[1024];
304 //       if (...) {
305 //         <uses of b2>
306 //         return y;
307 //       } else {
308 //         <uses of b1>
309 //         while (...) {
310 //           char b3[1024];
311 //           <uses of b3>
312 //         }
313 //       }
314 //     }
315 //
316 // Before optimization, the control flow graph for the code above
317 // might look like the following:
318 //
319 //                +------  block 0 -------+
320 //               0| LIFETIME_START b1, b2 |
321 //               1| <test 'if' condition> |
322 //                +-----------------------+
323 //                   ./              \.
324 //   +------  block 1 -------+    +------- block 2 -------+
325 //  2| <uses of b2>          |   3| <uses of b1>          |
326 //   +-----------------------+    +-----------------------+
327 //              |                            |
328 //              |                 +------- block 3 -------+ <-\.
329 //              |                4| <while condition>     |    |
330 //              |                 +-----------------------+    |
331 //              |               /          |                   |
332 //              |              /  +------- block 4 -------+
333 //              \             /  5| LIFETIME_START b3     |    |
334 //               \           /   6| <uses of b3>          |    |
335 //                \         /    7| LIFETIME_END b3       |    |
336 //                 \        |    +------------------------+    |
337 //                  \       |                 \                /
338 //                +------  block 5 -----+      \---------------
339 //               8| <cleanupcode>       |
340 //               9| LIFETIME_END b1, b2 |
341 //              10| return              |
342 //                +---------------------+
343 //
344 // During optimization, however, it can happen that an instruction
345 // computing an address in "b3" (for example, a loop-invariant GEP) is
346 // hoisted up out of the loop from block 4 to block 2.  [Note that
347 // this is not an actual load from the stack, only an instruction that
348 // computes the address to be loaded]. If this happens, there is now a
349 // path leading from the first use of b3 to the return instruction
350 // that does not encounter the b3 LIFETIME_END, hence b3's lifetime is
351 // now larger than if we were computing live intervals strictly based
352 // on lifetime markers. In the example above, this lengthened lifetime
353 // would mean that it would appear illegal to overlap b3 with b2.
354 //
355 // To deal with this such cases, the code in ::collectMarkers() below
356 // tries to identify "degenerate" slots -- those slots where on a single
357 // forward pass through the CFG we encounter a first reference to slot
358 // K before we hit the slot K lifetime start marker. For such slots,
359 // we fall back on using the lifetime start marker as the beginning of
360 // the variable's lifetime.  NB: with this implementation, slots can
361 // appear degenerate in cases where there is unstructured control flow:
362 //
363 //    if (q) goto mid;
364 //    if (x > 9) {
365 //         int b[100];
366 //         memcpy(&b[0], ...);
367 //    mid: b[k] = ...;
368 //         abc(&b);
369 //    }
370 //
371 // If in RPO ordering chosen to walk the CFG  we happen to visit the b[k]
372 // before visiting the memcpy block (which will contain the lifetime start
373 // for "b" then it will appear that 'b' has a degenerate lifetime.
374 //
375
376 namespace {
377
378 /// StackColoring - A machine pass for merging disjoint stack allocations,
379 /// marked by the LIFETIME_START and LIFETIME_END pseudo instructions.
380 class StackColoring : public MachineFunctionPass {
381   MachineFrameInfo *MFI;
382   MachineFunction *MF;
383
384   /// A class representing liveness information for a single basic block.
385   /// Each bit in the BitVector represents the liveness property
386   /// for a different stack slot.
387   struct BlockLifetimeInfo {
388     /// Which slots BEGINs in each basic block.
389     BitVector Begin;
390
391     /// Which slots ENDs in each basic block.
392     BitVector End;
393
394     /// Which slots are marked as LIVE_IN, coming into each basic block.
395     BitVector LiveIn;
396
397     /// Which slots are marked as LIVE_OUT, coming out of each basic block.
398     BitVector LiveOut;
399   };
400
401   /// Maps active slots (per bit) for each basic block.
402   using LivenessMap = DenseMap<const MachineBasicBlock *, BlockLifetimeInfo>;
403   LivenessMap BlockLiveness;
404
405   /// Maps serial numbers to basic blocks.
406   DenseMap<const MachineBasicBlock *, int> BasicBlocks;
407
408   /// Maps basic blocks to a serial number.
409   SmallVector<const MachineBasicBlock *, 8> BasicBlockNumbering;
410
411   /// Maps slots to their use interval. Outside of this interval, slots
412   /// values are either dead or `undef` and they will not be written to.
413   SmallVector<std::unique_ptr<LiveInterval>, 16> Intervals;
414
415   /// Maps slots to the points where they can become in-use.
416   SmallVector<SmallVector<SlotIndex, 4>, 16> LiveStarts;
417
418   /// VNInfo is used for the construction of LiveIntervals.
419   VNInfo::Allocator VNInfoAllocator;
420
421   /// SlotIndex analysis object.
422   SlotIndexes *Indexes;
423
424   /// The list of lifetime markers found. These markers are to be removed
425   /// once the coloring is done.
426   SmallVector<MachineInstr*, 8> Markers;
427
428   /// Record the FI slots for which we have seen some sort of
429   /// lifetime marker (either start or end).
430   BitVector InterestingSlots;
431
432   /// FI slots that need to be handled conservatively (for these
433   /// slots lifetime-start-on-first-use is disabled).
434   BitVector ConservativeSlots;
435
436   /// Number of iterations taken during data flow analysis.
437   unsigned NumIterations;
438
439 public:
440   static char ID;
441
442   StackColoring() : MachineFunctionPass(ID) {
443     initializeStackColoringPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
444   }
445
446   void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const override;
447   bool runOnMachineFunction(MachineFunction &Func) override;
448
449 private:
450   /// Used in collectMarkers
451   using BlockBitVecMap = DenseMap<const MachineBasicBlock *, BitVector>;
452
453   /// Debug.
454   void dump() const;
455   void dumpIntervals() const;
456   void dumpBB(MachineBasicBlock *MBB) const;
457   void dumpBV(const char *tag, const BitVector &BV) const;
458
459   /// Removes all of the lifetime marker instructions from the function.
460   /// \returns true if any markers were removed.
461   bool removeAllMarkers();
462
463   /// Scan the machine function and find all of the lifetime markers.
464   /// Record the findings in the BEGIN and END vectors.
465   /// \returns the number of markers found.
466   unsigned collectMarkers(unsigned NumSlot);
467
468   /// Perform the dataflow calculation and calculate the lifetime for each of
469   /// the slots, based on the BEGIN/END vectors. Set the LifetimeLIVE_IN and
470   /// LifetimeLIVE_OUT maps that represent which stack slots are live coming
471   /// in and out blocks.
472   void calculateLocalLiveness();
473
474   /// Returns TRUE if we're using the first-use-begins-lifetime method for
475   /// this slot (if FALSE, then the start marker is treated as start of lifetime).
476   bool applyFirstUse(int Slot) {
477     if (!LifetimeStartOnFirstUse || ProtectFromEscapedAllocas)
478       return false;
479     if (ConservativeSlots.test(Slot))
480       return false;
481     return true;
482   }
483
484   /// Examines the specified instruction and returns TRUE if the instruction
485   /// represents the start or end of an interesting lifetime. The slot or slots
486   /// starting or ending are added to the vector "slots" and "isStart" is set
487   /// accordingly.
488   /// \returns True if inst contains a lifetime start or end
489   bool isLifetimeStartOrEnd(const MachineInstr &MI,
490                             SmallVector<int, 4> &slots,
491                             bool &isStart);
492
493   /// Construct the LiveIntervals for the slots.
494   void calculateLiveIntervals(unsigned NumSlots);
495
496   /// Go over the machine function and change instructions which use stack
497   /// slots to use the joint slots.
498   void remapInstructions(DenseMap<int, int> &SlotRemap);
499
500   /// The input program may contain instructions which are not inside lifetime
501   /// markers. This can happen due to a bug in the compiler or due to a bug in
502   /// user code (for example, returning a reference to a local variable).
503   /// This procedure checks all of the instructions in the function and
504   /// invalidates lifetime ranges which do not contain all of the instructions
505   /// which access that frame slot.
506   void removeInvalidSlotRanges();
507
508   /// Map entries which point to other entries to their destination.
509   ///   A->B->C becomes A->C.
510   void expungeSlotMap(DenseMap<int, int> &SlotRemap, unsigned NumSlots);
511 };
512
513 } // end anonymous namespace
514
515 char StackColoring::ID = 0;
516
517 char &llvm::StackColoringID = StackColoring::ID;
518
519 INITIALIZE_PASS_BEGIN(StackColoring, DEBUG_TYPE,
520                       "Merge disjoint stack slots", false, false)
521 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(SlotIndexes)
522 INITIALIZE_PASS_END(StackColoring, DEBUG_TYPE,
523                     "Merge disjoint stack slots", false, false)
524
525 void StackColoring::getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
526   AU.addRequired<SlotIndexes>();
527   MachineFunctionPass::getAnalysisUsage(AU);
528 }
529
530 #if !defined(NDEBUG) || defined(LLVM_ENABLE_DUMP)
531 LLVM_DUMP_METHOD void StackColoring::dumpBV(const char *tag,
532                                             const BitVector &BV) const {
533   dbgs() << tag << " : { ";
534   for (unsigned I = 0, E = BV.size(); I != E; ++I)
535     dbgs() << BV.test(I) << " ";
536   dbgs() << "}\n";
537 }
538
539 LLVM_DUMP_METHOD void StackColoring::dumpBB(MachineBasicBlock *MBB) const {
540   LivenessMap::const_iterator BI = BlockLiveness.find(MBB);
541   assert(BI != BlockLiveness.end() && "Block not found");
542   const BlockLifetimeInfo &BlockInfo = BI->second;
543
544   dumpBV("BEGIN", BlockInfo.Begin);
545   dumpBV("END", BlockInfo.End);
546   dumpBV("LIVE_IN", BlockInfo.LiveIn);
547   dumpBV("LIVE_OUT", BlockInfo.LiveOut);
548 }
549
550 LLVM_DUMP_METHOD void StackColoring::dump() const {
551   for (MachineBasicBlock *MBB : depth_first(MF)) {
552     dbgs() << "Inspecting block #" << MBB->getNumber() << " ["
553            << MBB->getName() << "]\n";
554     dumpBB(MBB);
555   }
556 }
557
558 LLVM_DUMP_METHOD void StackColoring::dumpIntervals() const {
559   for (unsigned I = 0, E = Intervals.size(); I != E; ++I) {
560     dbgs() << "Interval[" << I << "]:\n";
561     Intervals[I]->dump();
562   }
563 }
564 #endif
565
566 static inline int getStartOrEndSlot(const MachineInstr &MI)
567 {
568   assert((MI.getOpcode() == TargetOpcode::LIFETIME_START ||
569           MI.getOpcode() == TargetOpcode::LIFETIME_END) &&
570          "Expected LIFETIME_START or LIFETIME_END op");
571   const MachineOperand &MO = MI.getOperand(0);
572   int Slot = MO.getIndex();
573   if (Slot >= 0)
574     return Slot;
575   return -1;
576 }
577
578 // At the moment the only way to end a variable lifetime is with
579 // a VARIABLE_LIFETIME op (which can't contain a start). If things
580 // change and the IR allows for a single inst that both begins
581 // and ends lifetime(s), this interface will need to be reworked.
582 bool StackColoring::isLifetimeStartOrEnd(const MachineInstr &MI,
583                                          SmallVector<int, 4> &slots,
584                                          bool &isStart) {
585   if (MI.getOpcode() == TargetOpcode::LIFETIME_START ||
586       MI.getOpcode() == TargetOpcode::LIFETIME_END) {
587     int Slot = getStartOrEndSlot(MI);
588     if (Slot < 0)
589       return false;
590     if (!InterestingSlots.test(Slot))
591       return false;
592     slots.push_back(Slot);
593     if (MI.getOpcode() == TargetOpcode::LIFETIME_END) {
594       isStart = false;
595       return true;
596     }
597     if (!applyFirstUse(Slot)) {
598       isStart = true;
599       return true;
600     }
601   } else if (LifetimeStartOnFirstUse && !ProtectFromEscapedAllocas) {
602     if (!MI.isDebugInstr()) {
603       bool found = false;
604       for (const MachineOperand &MO : MI.operands()) {
605         if (!MO.isFI())
606           continue;
607         int Slot = MO.getIndex();
608         if (Slot<0)
609           continue;
610         if (InterestingSlots.test(Slot) && applyFirstUse(Slot)) {
611           slots.push_back(Slot);
612           found = true;
613         }
614       }
615       if (found) {
616         isStart = true;
617         return true;
618       }
619     }
620   }
621   return false;
622 }
623
624 unsigned StackColoring::collectMarkers(unsigned NumSlot) {
625   unsigned MarkersFound = 0;
626   BlockBitVecMap SeenStartMap;
627   InterestingSlots.clear();
628   InterestingSlots.resize(NumSlot);
629   ConservativeSlots.clear();
630   ConservativeSlots.resize(NumSlot);
631
632   // number of start and end lifetime ops for each slot
633   SmallVector<int, 8> NumStartLifetimes(NumSlot, 0);
634   SmallVector<int, 8> NumEndLifetimes(NumSlot, 0);
635
636   // Step 1: collect markers and populate the "InterestingSlots"
637   // and "ConservativeSlots" sets.
638   for (MachineBasicBlock *MBB : depth_first(MF)) {
639     // Compute the set of slots for which we've seen a START marker but have
640     // not yet seen an END marker at this point in the walk (e.g. on entry
641     // to this bb).
642     BitVector BetweenStartEnd;
643     BetweenStartEnd.resize(NumSlot);
644     for (MachineBasicBlock::const_pred_iterator PI = MBB->pred_begin(),
645              PE = MBB->pred_end(); PI != PE; ++PI) {
646       BlockBitVecMap::const_iterator I = SeenStartMap.find(*PI);
647       if (I != SeenStartMap.end()) {
648         BetweenStartEnd |= I->second;
649       }
650     }
651
652     // Walk the instructions in the block to look for start/end ops.
653     for (MachineInstr &MI : *MBB) {
654       if (MI.getOpcode() == TargetOpcode::LIFETIME_START ||
655           MI.getOpcode() == TargetOpcode::LIFETIME_END) {
656         int Slot = getStartOrEndSlot(MI);
657         if (Slot < 0)
658           continue;
659         InterestingSlots.set(Slot);
660         if (MI.getOpcode() == TargetOpcode::LIFETIME_START) {
661           BetweenStartEnd.set(Slot);
662           NumStartLifetimes[Slot] += 1;
663         } else {
664           BetweenStartEnd.reset(Slot);
665           NumEndLifetimes[Slot] += 1;
666         }
667         const AllocaInst *Allocation = MFI->getObjectAllocation(Slot);
668         if (Allocation) {
669           LLVM_DEBUG(dbgs() << "Found a lifetime ");
670           LLVM_DEBUG(dbgs() << (MI.getOpcode() == TargetOpcode::LIFETIME_START
671                                     ? "start"
672                                     : "end"));
673           LLVM_DEBUG(dbgs() << " marker for slot #" << Slot);
674           LLVM_DEBUG(dbgs()
675                      << " with allocation: " << Allocation->getName() << "\n");
676         }
677         Markers.push_back(&MI);
678         MarkersFound += 1;
679       } else {
680         for (const MachineOperand &MO : MI.operands()) {
681           if (!MO.isFI())
682             continue;
683           int Slot = MO.getIndex();
684           if (Slot < 0)
685             continue;
686           if (! BetweenStartEnd.test(Slot)) {
687             ConservativeSlots.set(Slot);
688           }
689         }
690       }
691     }
692     BitVector &SeenStart = SeenStartMap[MBB];
693     SeenStart |= BetweenStartEnd;
694   }
695   if (!MarkersFound) {
696     return 0;
697   }
698
699   // PR27903: slots with multiple start or end lifetime ops are not
700   // safe to enable for "lifetime-start-on-first-use".
701   for (unsigned slot = 0; slot < NumSlot; ++slot)
702     if (NumStartLifetimes[slot] > 1 || NumEndLifetimes[slot] > 1)
703       ConservativeSlots.set(slot);
704   LLVM_DEBUG(dumpBV("Conservative slots", ConservativeSlots));
705
706   // Step 2: compute begin/end sets for each block
707
708   // NOTE: We use a depth-first iteration to ensure that we obtain a
709   // deterministic numbering.
710   for (MachineBasicBlock *MBB : depth_first(MF)) {
711     // Assign a serial number to this basic block.
712     BasicBlocks[MBB] = BasicBlockNumbering.size();
713     BasicBlockNumbering.push_back(MBB);
714
715     // Keep a reference to avoid repeated lookups.
716     BlockLifetimeInfo &BlockInfo = BlockLiveness[MBB];
717
718     BlockInfo.Begin.resize(NumSlot);
719     BlockInfo.End.resize(NumSlot);
720
721     SmallVector<int, 4> slots;
722     for (MachineInstr &MI : *MBB) {
723       bool isStart = false;
724       slots.clear();
725       if (isLifetimeStartOrEnd(MI, slots, isStart)) {
726         if (!isStart) {
727           assert(slots.size() == 1 && "unexpected: MI ends multiple slots");
728           int Slot = slots[0];
729           if (BlockInfo.Begin.test(Slot)) {
730             BlockInfo.Begin.reset(Slot);
731           }
732           BlockInfo.End.set(Slot);
733         } else {
734           for (auto Slot : slots) {
735             LLVM_DEBUG(dbgs() << "Found a use of slot #" << Slot);
736             LLVM_DEBUG(dbgs()
737                        << " at " << printMBBReference(*MBB) << " index ");
738             LLVM_DEBUG(Indexes->getInstructionIndex(MI).print(dbgs()));
739             const AllocaInst *Allocation = MFI->getObjectAllocation(Slot);
740             if (Allocation) {
741               LLVM_DEBUG(dbgs()
742                          << " with allocation: " << Allocation->getName());
743             }
744             LLVM_DEBUG(dbgs() << "\n");
745             if (BlockInfo.End.test(Slot)) {
746               BlockInfo.End.reset(Slot);
747             }
748             BlockInfo.Begin.set(Slot);
749           }
750         }
751       }
752     }
753   }
754
755   // Update statistics.
756   NumMarkerSeen += MarkersFound;
757   return MarkersFound;
758 }
759
760 void StackColoring::calculateLocalLiveness() {
761   unsigned NumIters = 0;
762   bool changed = true;
763   while (changed) {
764     changed = false;
765     ++NumIters;
766
767     for (const MachineBasicBlock *BB : BasicBlockNumbering) {
768       // Use an iterator to avoid repeated lookups.
769       LivenessMap::iterator BI = BlockLiveness.find(BB);
770       assert(BI != BlockLiveness.end() && "Block not found");
771       BlockLifetimeInfo &BlockInfo = BI->second;
772
773       // Compute LiveIn by unioning together the LiveOut sets of all preds.
774       BitVector LocalLiveIn;
775       for (MachineBasicBlock::const_pred_iterator PI = BB->pred_begin(),
776            PE = BB->pred_end(); PI != PE; ++PI) {
777         LivenessMap::const_iterator I = BlockLiveness.find(*PI);
778         // PR37130: transformations prior to stack coloring can
779         // sometimes leave behind statically unreachable blocks; these
780         // can be safely skipped here.
781         if (I != BlockLiveness.end())
782           LocalLiveIn |= I->second.LiveOut;
783       }
784
785       // Compute LiveOut by subtracting out lifetimes that end in this
786       // block, then adding in lifetimes that begin in this block.  If
787       // we have both BEGIN and END markers in the same basic block
788       // then we know that the BEGIN marker comes after the END,
789       // because we already handle the case where the BEGIN comes
790       // before the END when collecting the markers (and building the
791       // BEGIN/END vectors).
792       BitVector LocalLiveOut = LocalLiveIn;
793       LocalLiveOut.reset(BlockInfo.End);
794       LocalLiveOut |= BlockInfo.Begin;
795
796       // Update block LiveIn set, noting whether it has changed.
797       if (LocalLiveIn.test(BlockInfo.LiveIn)) {
798         changed = true;
799         BlockInfo.LiveIn |= LocalLiveIn;
800       }
801
802       // Update block LiveOut set, noting whether it has changed.
803       if (LocalLiveOut.test(BlockInfo.LiveOut)) {
804         changed = true;
805         BlockInfo.LiveOut |= LocalLiveOut;
806       }
807     }
808   } // while changed.
809
810   NumIterations = NumIters;
811 }
812
813 void StackColoring::calculateLiveIntervals(unsigned NumSlots) {
814   SmallVector<SlotIndex, 16> Starts;
815   SmallVector<bool, 16> DefinitelyInUse;
816
817   // For each block, find which slots are active within this block
818   // and update the live intervals.
819   for (const MachineBasicBlock &MBB : *MF) {
820     Starts.clear();
821     Starts.resize(NumSlots);
822     DefinitelyInUse.clear();
823     DefinitelyInUse.resize(NumSlots);
824
825     // Start the interval of the slots that we previously found to be 'in-use'.
826     BlockLifetimeInfo &MBBLiveness = BlockLiveness[&MBB];
827     for (int pos = MBBLiveness.LiveIn.find_first(); pos != -1;
828          pos = MBBLiveness.LiveIn.find_next(pos)) {
829       Starts[pos] = Indexes->getMBBStartIdx(&MBB);
830     }
831
832     // Create the interval for the basic blocks containing lifetime begin/end.
833     for (const MachineInstr &MI : MBB) {
834       SmallVector<int, 4> slots;
835       bool IsStart = false;
836       if (!isLifetimeStartOrEnd(MI, slots, IsStart))
837         continue;
838       SlotIndex ThisIndex = Indexes->getInstructionIndex(MI);
839       for (auto Slot : slots) {
840         if (IsStart) {
841           // If a slot is already definitely in use, we don't have to emit
842           // a new start marker because there is already a pre-existing
843           // one.
844           if (!DefinitelyInUse[Slot]) {
845             LiveStarts[Slot].push_back(ThisIndex);
846             DefinitelyInUse[Slot] = true;
847           }
848           if (!Starts[Slot].isValid())
849             Starts[Slot] = ThisIndex;
850         } else {
851           if (Starts[Slot].isValid()) {
852             VNInfo *VNI = Intervals[Slot]->getValNumInfo(0);
853             Intervals[Slot]->addSegment(
854                 LiveInterval::Segment(Starts[Slot], ThisIndex, VNI));
855             Starts[Slot] = SlotIndex(); // Invalidate the start index
856             DefinitelyInUse[Slot] = false;
857           }
858         }
859       }
860     }
861
862     // Finish up started segments
863     for (unsigned i = 0; i < NumSlots; ++i) {
864       if (!Starts[i].isValid())
865         continue;
866
867       SlotIndex EndIdx = Indexes->getMBBEndIdx(&MBB);
868       VNInfo *VNI = Intervals[i]->getValNumInfo(0);
869       Intervals[i]->addSegment(LiveInterval::Segment(Starts[i], EndIdx, VNI));
870     }
871   }
872 }
873
874 bool StackColoring::removeAllMarkers() {
875   unsigned Count = 0;
876   for (MachineInstr *MI : Markers) {
877     MI->eraseFromParent();
878     Count++;
879   }
880   Markers.clear();
881
882   LLVM_DEBUG(dbgs() << "Removed " << Count << " markers.\n");
883   return Count;
884 }
885
886 void StackColoring::remapInstructions(DenseMap<int, int> &SlotRemap) {
887   unsigned FixedInstr = 0;
888   unsigned FixedMemOp = 0;
889   unsigned FixedDbg = 0;
890
891   // Remap debug information that refers to stack slots.
892   for (auto &VI : MF->getVariableDbgInfo()) {
893     if (!VI.Var)
894       continue;
895     if (SlotRemap.count(VI.Slot)) {
896       LLVM_DEBUG(dbgs() << "Remapping debug info for ["
897                         << cast<DILocalVariable>(VI.Var)->getName() << "].\n");
898       VI.Slot = SlotRemap[VI.Slot];
899       FixedDbg++;
900     }
901   }
902
903   // Keep a list of *allocas* which need to be remapped.
904   DenseMap<const AllocaInst*, const AllocaInst*> Allocas;
905
906   // Keep a list of allocas which has been affected by the remap.
907   SmallPtrSet<const AllocaInst*, 32> MergedAllocas;
908
909   for (const std::pair<int, int> &SI : SlotRemap) {
910     const AllocaInst *From = MFI->getObjectAllocation(SI.first);
911     const AllocaInst *To = MFI->getObjectAllocation(SI.second);
912     assert(To && From && "Invalid allocation object");
913     Allocas[From] = To;
914
915     // AA might be used later for instruction scheduling, and we need it to be
916     // able to deduce the correct aliasing releationships between pointers
917     // derived from the alloca being remapped and the target of that remapping.
918     // The only safe way, without directly informing AA about the remapping
919     // somehow, is to directly update the IR to reflect the change being made
920     // here.
921     Instruction *Inst = const_cast<AllocaInst *>(To);
922     if (From->getType() != To->getType()) {
923       BitCastInst *Cast = new BitCastInst(Inst, From->getType());
924       Cast->insertAfter(Inst);
925       Inst = Cast;
926     }
927
928     // We keep both slots to maintain AliasAnalysis metadata later.
929     MergedAllocas.insert(From);
930     MergedAllocas.insert(To);
931
932     // Transfer the stack protector layout tag, but make sure that SSPLK_AddrOf
933     // does not overwrite SSPLK_SmallArray or SSPLK_LargeArray, and make sure
934     // that SSPLK_SmallArray does not overwrite SSPLK_LargeArray.
935     MachineFrameInfo::SSPLayoutKind FromKind
936         = MFI->getObjectSSPLayout(SI.first);
937     MachineFrameInfo::SSPLayoutKind ToKind = MFI->getObjectSSPLayout(SI.second);
938     if (FromKind != MachineFrameInfo::SSPLK_None &&
939         (ToKind == MachineFrameInfo::SSPLK_None ||
940          (ToKind != MachineFrameInfo::SSPLK_LargeArray &&
941           FromKind != MachineFrameInfo::SSPLK_AddrOf)))
942       MFI->setObjectSSPLayout(SI.second, FromKind);
943
944     // The new alloca might not be valid in a llvm.dbg.declare for this
945     // variable, so undef out the use to make the verifier happy.
946     AllocaInst *FromAI = const_cast<AllocaInst *>(From);
947     if (FromAI->isUsedByMetadata())
948       ValueAsMetadata::handleRAUW(FromAI, UndefValue::get(FromAI->getType()));
949     for (auto &Use : FromAI->uses()) {
950       if (BitCastInst *BCI = dyn_cast<BitCastInst>(Use.get()))
951         if (BCI->isUsedByMetadata())
952           ValueAsMetadata::handleRAUW(BCI, UndefValue::get(BCI->getType()));
953     }
954
955     // Note that this will not replace uses in MMOs (which we'll update below),
956     // or anywhere else (which is why we won't delete the original
957     // instruction).
958     FromAI->replaceAllUsesWith(Inst);
959   }
960
961   // Remap all instructions to the new stack slots.
962   for (MachineBasicBlock &BB : *MF)
963     for (MachineInstr &I : BB) {
964       // Skip lifetime markers. We'll remove them soon.
965       if (I.getOpcode() == TargetOpcode::LIFETIME_START ||
966           I.getOpcode() == TargetOpcode::LIFETIME_END)
967         continue;
968
969       // Update the MachineMemOperand to use the new alloca.
970       for (MachineMemOperand *MMO : I.memoperands()) {
971         // We've replaced IR-level uses of the remapped allocas, so we only
972         // need to replace direct uses here.
973         const AllocaInst *AI = dyn_cast_or_null<AllocaInst>(MMO->getValue());
974         if (!AI)
975           continue;
976
977         if (!Allocas.count(AI))
978           continue;
979
980         MMO->setValue(Allocas[AI]);
981         FixedMemOp++;
982       }
983
984       // Update all of the machine instruction operands.
985       for (MachineOperand &MO : I.operands()) {
986         if (!MO.isFI())
987           continue;
988         int FromSlot = MO.getIndex();
989
990         // Don't touch arguments.
991         if (FromSlot<0)
992           continue;
993
994         // Only look at mapped slots.
995         if (!SlotRemap.count(FromSlot))
996           continue;
997
998         // In a debug build, check that the instruction that we are modifying is
999         // inside the expected live range. If the instruction is not inside
1000         // the calculated range then it means that the alloca usage moved
1001         // outside of the lifetime markers, or that the user has a bug.
1002         // NOTE: Alloca address calculations which happen outside the lifetime
1003         // zone are okay, despite the fact that we don't have a good way
1004         // for validating all of the usages of the calculation.
1005 #ifndef NDEBUG
1006         bool TouchesMemory = I.mayLoad() || I.mayStore();
1007         // If we *don't* protect the user from escaped allocas, don't bother
1008         // validating the instructions.
1009         if (!I.isDebugInstr() && TouchesMemory && ProtectFromEscapedAllocas) {
1010           SlotIndex Index = Indexes->getInstructionIndex(I);
1011           const LiveInterval *Interval = &*Intervals[FromSlot];
1012           assert(Interval->find(Index) != Interval->end() &&
1013                  "Found instruction usage outside of live range.");
1014         }
1015 #endif
1016
1017         // Fix the machine instructions.
1018         int ToSlot = SlotRemap[FromSlot];
1019         MO.setIndex(ToSlot);
1020         FixedInstr++;
1021       }
1022
1023       // We adjust AliasAnalysis information for merged stack slots.
1024       SmallVector<MachineMemOperand *, 2> NewMMOs;
1025       bool ReplaceMemOps = false;
1026       for (MachineMemOperand *MMO : I.memoperands()) {
1027         // If this memory location can be a slot remapped here,
1028         // we remove AA information.
1029         bool MayHaveConflictingAAMD = false;
1030         if (MMO->getAAInfo()) {
1031           if (const Value *MMOV = MMO->getValue()) {
1032             SmallVector<Value *, 4> Objs;
1033             getUnderlyingObjectsForCodeGen(MMOV, Objs, MF->getDataLayout());
1034
1035             if (Objs.empty())
1036               MayHaveConflictingAAMD = true;
1037             else
1038               for (Value *V : Objs) {
1039                 // If this memory location comes from a known stack slot
1040                 // that is not remapped, we continue checking.
1041                 // Otherwise, we need to invalidate AA infomation.
1042                 const AllocaInst *AI = dyn_cast_or_null<AllocaInst>(V);
1043                 if (AI && MergedAllocas.count(AI)) {
1044                   MayHaveConflictingAAMD = true;
1045                   break;
1046                 }
1047               }
1048           }
1049         }
1050         if (MayHaveConflictingAAMD) {
1051           NewMMOs.push_back(MF->getMachineMemOperand(MMO, AAMDNodes()));
1052           ReplaceMemOps = true;
1053         } else {
1054           NewMMOs.push_back(MMO);
1055         }
1056       }
1057
1058       // If any memory operand is updated, set memory references of
1059       // this instruction.
1060       if (ReplaceMemOps)
1061         I.setMemRefs(*MF, NewMMOs);
1062     }
1063
1064   // Update the location of C++ catch objects for the MSVC personality routine.
1065   if (WinEHFuncInfo *EHInfo = MF->getWinEHFuncInfo())
1066     for (WinEHTryBlockMapEntry &TBME : EHInfo->TryBlockMap)
1067       for (WinEHHandlerType &H : TBME.HandlerArray)
1068         if (H.CatchObj.FrameIndex != std::numeric_limits<int>::max() &&
1069             SlotRemap.count(H.CatchObj.FrameIndex))
1070           H.CatchObj.FrameIndex = SlotRemap[H.CatchObj.FrameIndex];
1071
1072   LLVM_DEBUG(dbgs() << "Fixed " << FixedMemOp << " machine memory operands.\n");
1073   LLVM_DEBUG(dbgs() << "Fixed " << FixedDbg << " debug locations.\n");
1074   LLVM_DEBUG(dbgs() << "Fixed " << FixedInstr << " machine instructions.\n");
1075 }
1076
1077 void StackColoring::removeInvalidSlotRanges() {
1078   for (MachineBasicBlock &BB : *MF)
1079     for (MachineInstr &I : BB) {
1080       if (I.getOpcode() == TargetOpcode::LIFETIME_START ||
1081           I.getOpcode() == TargetOpcode::LIFETIME_END || I.isDebugInstr())
1082         continue;
1083
1084       // Some intervals are suspicious! In some cases we find address
1085       // calculations outside of the lifetime zone, but not actual memory
1086       // read or write. Memory accesses outside of the lifetime zone are a clear
1087       // violation, but address calculations are okay. This can happen when
1088       // GEPs are hoisted outside of the lifetime zone.
1089       // So, in here we only check instructions which can read or write memory.
1090       if (!I.mayLoad() && !I.mayStore())
1091         continue;
1092
1093       // Check all of the machine operands.
1094       for (const MachineOperand &MO : I.operands()) {
1095         if (!MO.isFI())
1096           continue;
1097
1098         int Slot = MO.getIndex();
1099
1100         if (Slot<0)
1101           continue;
1102
1103         if (Intervals[Slot]->empty())
1104           continue;
1105
1106         // Check that the used slot is inside the calculated lifetime range.
1107         // If it is not, warn about it and invalidate the range.
1108         LiveInterval *Interval = &*Intervals[Slot];
1109         SlotIndex Index = Indexes->getInstructionIndex(I);
1110         if (Interval->find(Index) == Interval->end()) {
1111           Interval->clear();
1112           LLVM_DEBUG(dbgs() << "Invalidating range #" << Slot << "\n");
1113           EscapedAllocas++;
1114         }
1115       }
1116     }
1117 }
1118
1119 void StackColoring::expungeSlotMap(DenseMap<int, int> &SlotRemap,
1120                                    unsigned NumSlots) {
1121   // Expunge slot remap map.
1122   for (unsigned i=0; i < NumSlots; ++i) {
1123     // If we are remapping i
1124     if (SlotRemap.count(i)) {
1125       int Target = SlotRemap[i];
1126       // As long as our target is mapped to something else, follow it.
1127       while (SlotRemap.count(Target)) {
1128         Target = SlotRemap[Target];
1129         SlotRemap[i] = Target;
1130       }
1131     }
1132   }
1133 }
1134
1135 bool StackColoring::runOnMachineFunction(MachineFunction &Func) {
1136   LLVM_DEBUG(dbgs() << "********** Stack Coloring **********\n"
1137                     << "********** Function: " << Func.getName() << '\n');
1138   MF = &Func;
1139   MFI = &MF->getFrameInfo();
1140   Indexes = &getAnalysis<SlotIndexes>();
1141   BlockLiveness.clear();
1142   BasicBlocks.clear();
1143   BasicBlockNumbering.clear();
1144   Markers.clear();
1145   Intervals.clear();
1146   LiveStarts.clear();
1147   VNInfoAllocator.Reset();
1148
1149   unsigned NumSlots = MFI->getObjectIndexEnd();
1150
1151   // If there are no stack slots then there are no markers to remove.
1152   if (!NumSlots)
1153     return false;
1154
1155   SmallVector<int, 8> SortedSlots;
1156   SortedSlots.reserve(NumSlots);
1157   Intervals.reserve(NumSlots);
1158   LiveStarts.resize(NumSlots);
1159
1160   unsigned NumMarkers = collectMarkers(NumSlots);
1161
1162   unsigned TotalSize = 0;
1163   LLVM_DEBUG(dbgs() << "Found " << NumMarkers << " markers and " << NumSlots
1164                     << " slots\n");
1165   LLVM_DEBUG(dbgs() << "Slot structure:\n");
1166
1167   for (int i=0; i < MFI->getObjectIndexEnd(); ++i) {
1168     LLVM_DEBUG(dbgs() << "Slot #" << i << " - " << MFI->getObjectSize(i)
1169                       << " bytes.\n");
1170     TotalSize += MFI->getObjectSize(i);
1171   }
1172
1173   LLVM_DEBUG(dbgs() << "Total Stack size: " << TotalSize << " bytes\n\n");
1174
1175   // Don't continue because there are not enough lifetime markers, or the
1176   // stack is too small, or we are told not to optimize the slots.
1177   if (NumMarkers < 2 || TotalSize < 16 || DisableColoring ||
1178       skipFunction(Func.getFunction())) {
1179     LLVM_DEBUG(dbgs() << "Will not try to merge slots.\n");
1180     return removeAllMarkers();
1181   }
1182
1183   for (unsigned i=0; i < NumSlots; ++i) {
1184     std::unique_ptr<LiveInterval> LI(new LiveInterval(i, 0));
1185     LI->getNextValue(Indexes->getZeroIndex(), VNInfoAllocator);
1186     Intervals.push_back(std::move(LI));
1187     SortedSlots.push_back(i);
1188   }
1189
1190   // Calculate the liveness of each block.
1191   calculateLocalLiveness();
1192   LLVM_DEBUG(dbgs() << "Dataflow iterations: " << NumIterations << "\n");
1193   LLVM_DEBUG(dump());
1194
1195   // Propagate the liveness information.
1196   calculateLiveIntervals(NumSlots);
1197   LLVM_DEBUG(dumpIntervals());
1198
1199   // Search for allocas which are used outside of the declared lifetime
1200   // markers.
1201   if (ProtectFromEscapedAllocas)
1202     removeInvalidSlotRanges();
1203
1204   // Maps old slots to new slots.
1205   DenseMap<int, int> SlotRemap;
1206   unsigned RemovedSlots = 0;
1207   unsigned ReducedSize = 0;
1208
1209   // Do not bother looking at empty intervals.
1210   for (unsigned I = 0; I < NumSlots; ++I) {
1211     if (Intervals[SortedSlots[I]]->empty())
1212       SortedSlots[I] = -1;
1213   }
1214
1215   // This is a simple greedy algorithm for merging allocas. First, sort the
1216   // slots, placing the largest slots first. Next, perform an n^2 scan and look
1217   // for disjoint slots. When you find disjoint slots, merge the samller one
1218   // into the bigger one and update the live interval. Remove the small alloca
1219   // and continue.
1220
1221   // Sort the slots according to their size. Place unused slots at the end.
1222   // Use stable sort to guarantee deterministic code generation.
1223   llvm::stable_sort(SortedSlots, [this](int LHS, int RHS) {
1224     // We use -1 to denote a uninteresting slot. Place these slots at the end.
1225     if (LHS == -1)
1226       return false;
1227     if (RHS == -1)
1228       return true;
1229     // Sort according to size.
1230     return MFI->getObjectSize(LHS) > MFI->getObjectSize(RHS);
1231   });
1232
1233   for (auto &s : LiveStarts)
1234     llvm::sort(s);
1235
1236   bool Changed = true;
1237   while (Changed) {
1238     Changed = false;
1239     for (unsigned I = 0; I < NumSlots; ++I) {
1240       if (SortedSlots[I] == -1)
1241         continue;
1242
1243       for (unsigned J=I+1; J < NumSlots; ++J) {
1244         if (SortedSlots[J] == -1)
1245           continue;
1246
1247         int FirstSlot = SortedSlots[I];
1248         int SecondSlot = SortedSlots[J];
1249         LiveInterval *First = &*Intervals[FirstSlot];
1250         LiveInterval *Second = &*Intervals[SecondSlot];
1251         auto &FirstS = LiveStarts[FirstSlot];
1252         auto &SecondS = LiveStarts[SecondSlot];
1253         assert(!First->empty() && !Second->empty() && "Found an empty range");
1254
1255         // Merge disjoint slots. This is a little bit tricky - see the
1256         // Implementation Notes section for an explanation.
1257         if (!First->isLiveAtIndexes(SecondS) &&
1258             !Second->isLiveAtIndexes(FirstS)) {
1259           Changed = true;
1260           First->MergeSegmentsInAsValue(*Second, First->getValNumInfo(0));
1261
1262           int OldSize = FirstS.size();
1263           FirstS.append(SecondS.begin(), SecondS.end());
1264           auto Mid = FirstS.begin() + OldSize;
1265           std::inplace_merge(FirstS.begin(), Mid, FirstS.end());
1266
1267           SlotRemap[SecondSlot] = FirstSlot;
1268           SortedSlots[J] = -1;
1269           LLVM_DEBUG(dbgs() << "Merging #" << FirstSlot << " and slots #"
1270                             << SecondSlot << " together.\n");
1271           unsigned MaxAlignment = std::max(MFI->getObjectAlignment(FirstSlot),
1272                                            MFI->getObjectAlignment(SecondSlot));
1273
1274           assert(MFI->getObjectSize(FirstSlot) >=
1275                  MFI->getObjectSize(SecondSlot) &&
1276                  "Merging a small object into a larger one");
1277
1278           RemovedSlots+=1;
1279           ReducedSize += MFI->getObjectSize(SecondSlot);
1280           MFI->setObjectAlignment(FirstSlot, MaxAlignment);
1281           MFI->RemoveStackObject(SecondSlot);
1282         }
1283       }
1284     }
1285   }// While changed.
1286
1287   // Record statistics.
1288   StackSpaceSaved += ReducedSize;
1289   StackSlotMerged += RemovedSlots;
1290   LLVM_DEBUG(dbgs() << "Merge " << RemovedSlots << " slots. Saved "
1291                     << ReducedSize << " bytes\n");
1292
1293   // Scan the entire function and update all machine operands that use frame
1294   // indices to use the remapped frame index.
1295   expungeSlotMap(SlotRemap, NumSlots);
1296   remapInstructions(SlotRemap);
1297
1298   return removeAllMarkers();
1299 }