]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - contrib/llvm-project/llvm/lib/Transforms/Scalar/RewriteStatepointsForGC.cpp
Merge llvm, clang, compiler-rt, libc++, libunwind, lld, lldb and openmp
[FreeBSD/FreeBSD.git] / contrib / llvm-project / llvm / lib / Transforms / Scalar / RewriteStatepointsForGC.cpp
1 //===- RewriteStatepointsForGC.cpp - Make GC relocations explicit ---------===//
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 // Rewrite call/invoke instructions so as to make potential relocations
10 // performed by the garbage collector explicit in the IR.
11 //
12 //===----------------------------------------------------------------------===//
13
14 #include "llvm/Transforms/Scalar/RewriteStatepointsForGC.h"
15
16 #include "llvm/ADT/ArrayRef.h"
17 #include "llvm/ADT/DenseMap.h"
18 #include "llvm/ADT/DenseSet.h"
19 #include "llvm/ADT/MapVector.h"
20 #include "llvm/ADT/None.h"
21 #include "llvm/ADT/Optional.h"
22 #include "llvm/ADT/STLExtras.h"
23 #include "llvm/ADT/SetVector.h"
24 #include "llvm/ADT/SmallSet.h"
25 #include "llvm/ADT/SmallVector.h"
26 #include "llvm/ADT/StringRef.h"
27 #include "llvm/ADT/iterator_range.h"
28 #include "llvm/Analysis/DomTreeUpdater.h"
29 #include "llvm/Analysis/TargetLibraryInfo.h"
30 #include "llvm/Analysis/TargetTransformInfo.h"
31 #include "llvm/IR/Argument.h"
32 #include "llvm/IR/Attributes.h"
33 #include "llvm/IR/BasicBlock.h"
34 #include "llvm/IR/CallingConv.h"
35 #include "llvm/IR/Constant.h"
36 #include "llvm/IR/Constants.h"
37 #include "llvm/IR/DataLayout.h"
38 #include "llvm/IR/DerivedTypes.h"
39 #include "llvm/IR/Dominators.h"
40 #include "llvm/IR/Function.h"
41 #include "llvm/IR/IRBuilder.h"
42 #include "llvm/IR/InstIterator.h"
43 #include "llvm/IR/InstrTypes.h"
44 #include "llvm/IR/Instruction.h"
45 #include "llvm/IR/Instructions.h"
46 #include "llvm/IR/IntrinsicInst.h"
47 #include "llvm/IR/Intrinsics.h"
48 #include "llvm/IR/LLVMContext.h"
49 #include "llvm/IR/MDBuilder.h"
50 #include "llvm/IR/Metadata.h"
51 #include "llvm/IR/Module.h"
52 #include "llvm/IR/Statepoint.h"
53 #include "llvm/IR/Type.h"
54 #include "llvm/IR/User.h"
55 #include "llvm/IR/Value.h"
56 #include "llvm/IR/ValueHandle.h"
57 #include "llvm/InitializePasses.h"
58 #include "llvm/Pass.h"
59 #include "llvm/Support/Casting.h"
60 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
61 #include "llvm/Support/Compiler.h"
62 #include "llvm/Support/Debug.h"
63 #include "llvm/Support/ErrorHandling.h"
64 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
65 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
66 #include "llvm/Transforms/Utils/BasicBlockUtils.h"
67 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
68 #include "llvm/Transforms/Utils/PromoteMemToReg.h"
69 #include <algorithm>
70 #include <cassert>
71 #include <cstddef>
72 #include <cstdint>
73 #include <iterator>
74 #include <set>
75 #include <string>
76 #include <utility>
77 #include <vector>
78
79 #define DEBUG_TYPE "rewrite-statepoints-for-gc"
80
81 using namespace llvm;
82
83 // Print the liveset found at the insert location
84 static cl::opt<bool> PrintLiveSet("spp-print-liveset", cl::Hidden,
85                                   cl::init(false));
86 static cl::opt<bool> PrintLiveSetSize("spp-print-liveset-size", cl::Hidden,
87                                       cl::init(false));
88
89 // Print out the base pointers for debugging
90 static cl::opt<bool> PrintBasePointers("spp-print-base-pointers", cl::Hidden,
91                                        cl::init(false));
92
93 // Cost threshold measuring when it is profitable to rematerialize value instead
94 // of relocating it
95 static cl::opt<unsigned>
96 RematerializationThreshold("spp-rematerialization-threshold", cl::Hidden,
97                            cl::init(6));
98
99 #ifdef EXPENSIVE_CHECKS
100 static bool ClobberNonLive = true;
101 #else
102 static bool ClobberNonLive = false;
103 #endif
104
105 static cl::opt<bool, true> ClobberNonLiveOverride("rs4gc-clobber-non-live",
106                                                   cl::location(ClobberNonLive),
107                                                   cl::Hidden);
108
109 static cl::opt<bool>
110     AllowStatepointWithNoDeoptInfo("rs4gc-allow-statepoint-with-no-deopt-info",
111                                    cl::Hidden, cl::init(true));
112
113 /// The IR fed into RewriteStatepointsForGC may have had attributes and
114 /// metadata implying dereferenceability that are no longer valid/correct after
115 /// RewriteStatepointsForGC has run. This is because semantically, after
116 /// RewriteStatepointsForGC runs, all calls to gc.statepoint "free" the entire
117 /// heap. stripNonValidData (conservatively) restores
118 /// correctness by erasing all attributes in the module that externally imply
119 /// dereferenceability. Similar reasoning also applies to the noalias
120 /// attributes and metadata. gc.statepoint can touch the entire heap including
121 /// noalias objects.
122 /// Apart from attributes and metadata, we also remove instructions that imply
123 /// constant physical memory: llvm.invariant.start.
124 static void stripNonValidData(Module &M);
125
126 static bool shouldRewriteStatepointsIn(Function &F);
127
128 PreservedAnalyses RewriteStatepointsForGC::run(Module &M,
129                                                ModuleAnalysisManager &AM) {
130   bool Changed = false;
131   auto &FAM = AM.getResult<FunctionAnalysisManagerModuleProxy>(M).getManager();
132   for (Function &F : M) {
133     // Nothing to do for declarations.
134     if (F.isDeclaration() || F.empty())
135       continue;
136
137     // Policy choice says not to rewrite - the most common reason is that we're
138     // compiling code without a GCStrategy.
139     if (!shouldRewriteStatepointsIn(F))
140       continue;
141
142     auto &DT = FAM.getResult<DominatorTreeAnalysis>(F);
143     auto &TTI = FAM.getResult<TargetIRAnalysis>(F);
144     auto &TLI = FAM.getResult<TargetLibraryAnalysis>(F);
145     Changed |= runOnFunction(F, DT, TTI, TLI);
146   }
147   if (!Changed)
148     return PreservedAnalyses::all();
149
150   // stripNonValidData asserts that shouldRewriteStatepointsIn
151   // returns true for at least one function in the module.  Since at least
152   // one function changed, we know that the precondition is satisfied.
153   stripNonValidData(M);
154
155   PreservedAnalyses PA;
156   PA.preserve<TargetIRAnalysis>();
157   PA.preserve<TargetLibraryAnalysis>();
158   return PA;
159 }
160
161 namespace {
162
163 class RewriteStatepointsForGCLegacyPass : public ModulePass {
164   RewriteStatepointsForGC Impl;
165
166 public:
167   static char ID; // Pass identification, replacement for typeid
168
169   RewriteStatepointsForGCLegacyPass() : ModulePass(ID), Impl() {
170     initializeRewriteStatepointsForGCLegacyPassPass(
171         *PassRegistry::getPassRegistry());
172   }
173
174   bool runOnModule(Module &M) override {
175     bool Changed = false;
176     for (Function &F : M) {
177       // Nothing to do for declarations.
178       if (F.isDeclaration() || F.empty())
179         continue;
180
181       // Policy choice says not to rewrite - the most common reason is that
182       // we're compiling code without a GCStrategy.
183       if (!shouldRewriteStatepointsIn(F))
184         continue;
185
186       TargetTransformInfo &TTI =
187           getAnalysis<TargetTransformInfoWrapperPass>().getTTI(F);
188       const TargetLibraryInfo &TLI =
189           getAnalysis<TargetLibraryInfoWrapperPass>().getTLI(F);
190       auto &DT = getAnalysis<DominatorTreeWrapperPass>(F).getDomTree();
191
192       Changed |= Impl.runOnFunction(F, DT, TTI, TLI);
193     }
194
195     if (!Changed)
196       return false;
197
198     // stripNonValidData asserts that shouldRewriteStatepointsIn
199     // returns true for at least one function in the module.  Since at least
200     // one function changed, we know that the precondition is satisfied.
201     stripNonValidData(M);
202     return true;
203   }
204
205   void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const override {
206     // We add and rewrite a bunch of instructions, but don't really do much
207     // else.  We could in theory preserve a lot more analyses here.
208     AU.addRequired<DominatorTreeWrapperPass>();
209     AU.addRequired<TargetTransformInfoWrapperPass>();
210     AU.addRequired<TargetLibraryInfoWrapperPass>();
211   }
212 };
213
214 } // end anonymous namespace
215
216 char RewriteStatepointsForGCLegacyPass::ID = 0;
217
218 ModulePass *llvm::createRewriteStatepointsForGCLegacyPass() {
219   return new RewriteStatepointsForGCLegacyPass();
220 }
221
222 INITIALIZE_PASS_BEGIN(RewriteStatepointsForGCLegacyPass,
223                       "rewrite-statepoints-for-gc",
224                       "Make relocations explicit at statepoints", false, false)
225 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(DominatorTreeWrapperPass)
226 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(TargetTransformInfoWrapperPass)
227 INITIALIZE_PASS_END(RewriteStatepointsForGCLegacyPass,
228                     "rewrite-statepoints-for-gc",
229                     "Make relocations explicit at statepoints", false, false)
230
231 namespace {
232
233 struct GCPtrLivenessData {
234   /// Values defined in this block.
235   MapVector<BasicBlock *, SetVector<Value *>> KillSet;
236
237   /// Values used in this block (and thus live); does not included values
238   /// killed within this block.
239   MapVector<BasicBlock *, SetVector<Value *>> LiveSet;
240
241   /// Values live into this basic block (i.e. used by any
242   /// instruction in this basic block or ones reachable from here)
243   MapVector<BasicBlock *, SetVector<Value *>> LiveIn;
244
245   /// Values live out of this basic block (i.e. live into
246   /// any successor block)
247   MapVector<BasicBlock *, SetVector<Value *>> LiveOut;
248 };
249
250 // The type of the internal cache used inside the findBasePointers family
251 // of functions.  From the callers perspective, this is an opaque type and
252 // should not be inspected.
253 //
254 // In the actual implementation this caches two relations:
255 // - The base relation itself (i.e. this pointer is based on that one)
256 // - The base defining value relation (i.e. before base_phi insertion)
257 // Generally, after the execution of a full findBasePointer call, only the
258 // base relation will remain.  Internally, we add a mixture of the two
259 // types, then update all the second type to the first type
260 using DefiningValueMapTy = MapVector<Value *, Value *>;
261 using StatepointLiveSetTy = SetVector<Value *>;
262 using RematerializedValueMapTy =
263     MapVector<AssertingVH<Instruction>, AssertingVH<Value>>;
264
265 struct PartiallyConstructedSafepointRecord {
266   /// The set of values known to be live across this safepoint
267   StatepointLiveSetTy LiveSet;
268
269   /// Mapping from live pointers to a base-defining-value
270   MapVector<Value *, Value *> PointerToBase;
271
272   /// The *new* gc.statepoint instruction itself.  This produces the token
273   /// that normal path gc.relocates and the gc.result are tied to.
274   GCStatepointInst *StatepointToken;
275
276   /// Instruction to which exceptional gc relocates are attached
277   /// Makes it easier to iterate through them during relocationViaAlloca.
278   Instruction *UnwindToken;
279
280   /// Record live values we are rematerialized instead of relocating.
281   /// They are not included into 'LiveSet' field.
282   /// Maps rematerialized copy to it's original value.
283   RematerializedValueMapTy RematerializedValues;
284 };
285
286 } // end anonymous namespace
287
288 static ArrayRef<Use> GetDeoptBundleOperands(const CallBase *Call) {
289   Optional<OperandBundleUse> DeoptBundle =
290       Call->getOperandBundle(LLVMContext::OB_deopt);
291
292   if (!DeoptBundle.hasValue()) {
293     assert(AllowStatepointWithNoDeoptInfo &&
294            "Found non-leaf call without deopt info!");
295     return None;
296   }
297
298   return DeoptBundle.getValue().Inputs;
299 }
300
301 /// Compute the live-in set for every basic block in the function
302 static void computeLiveInValues(DominatorTree &DT, Function &F,
303                                 GCPtrLivenessData &Data);
304
305 /// Given results from the dataflow liveness computation, find the set of live
306 /// Values at a particular instruction.
307 static void findLiveSetAtInst(Instruction *inst, GCPtrLivenessData &Data,
308                               StatepointLiveSetTy &out);
309
310 // TODO: Once we can get to the GCStrategy, this becomes
311 // Optional<bool> isGCManagedPointer(const Type *Ty) const override {
312
313 static bool isGCPointerType(Type *T) {
314   if (auto *PT = dyn_cast<PointerType>(T))
315     // For the sake of this example GC, we arbitrarily pick addrspace(1) as our
316     // GC managed heap.  We know that a pointer into this heap needs to be
317     // updated and that no other pointer does.
318     return PT->getAddressSpace() == 1;
319   return false;
320 }
321
322 // Return true if this type is one which a) is a gc pointer or contains a GC
323 // pointer and b) is of a type this code expects to encounter as a live value.
324 // (The insertion code will assert that a type which matches (a) and not (b)
325 // is not encountered.)
326 static bool isHandledGCPointerType(Type *T) {
327   // We fully support gc pointers
328   if (isGCPointerType(T))
329     return true;
330   // We partially support vectors of gc pointers. The code will assert if it
331   // can't handle something.
332   if (auto VT = dyn_cast<VectorType>(T))
333     if (isGCPointerType(VT->getElementType()))
334       return true;
335   return false;
336 }
337
338 #ifndef NDEBUG
339 /// Returns true if this type contains a gc pointer whether we know how to
340 /// handle that type or not.
341 static bool containsGCPtrType(Type *Ty) {
342   if (isGCPointerType(Ty))
343     return true;
344   if (VectorType *VT = dyn_cast<VectorType>(Ty))
345     return isGCPointerType(VT->getScalarType());
346   if (ArrayType *AT = dyn_cast<ArrayType>(Ty))
347     return containsGCPtrType(AT->getElementType());
348   if (StructType *ST = dyn_cast<StructType>(Ty))
349     return llvm::any_of(ST->elements(), containsGCPtrType);
350   return false;
351 }
352
353 // Returns true if this is a type which a) is a gc pointer or contains a GC
354 // pointer and b) is of a type which the code doesn't expect (i.e. first class
355 // aggregates).  Used to trip assertions.
356 static bool isUnhandledGCPointerType(Type *Ty) {
357   return containsGCPtrType(Ty) && !isHandledGCPointerType(Ty);
358 }
359 #endif
360
361 // Return the name of the value suffixed with the provided value, or if the
362 // value didn't have a name, the default value specified.
363 static std::string suffixed_name_or(Value *V, StringRef Suffix,
364                                     StringRef DefaultName) {
365   return V->hasName() ? (V->getName() + Suffix).str() : DefaultName.str();
366 }
367
368 // Conservatively identifies any definitions which might be live at the
369 // given instruction. The  analysis is performed immediately before the
370 // given instruction. Values defined by that instruction are not considered
371 // live.  Values used by that instruction are considered live.
372 static void analyzeParsePointLiveness(
373     DominatorTree &DT, GCPtrLivenessData &OriginalLivenessData, CallBase *Call,
374     PartiallyConstructedSafepointRecord &Result) {
375   StatepointLiveSetTy LiveSet;
376   findLiveSetAtInst(Call, OriginalLivenessData, LiveSet);
377
378   if (PrintLiveSet) {
379     dbgs() << "Live Variables:\n";
380     for (Value *V : LiveSet)
381       dbgs() << " " << V->getName() << " " << *V << "\n";
382   }
383   if (PrintLiveSetSize) {
384     dbgs() << "Safepoint For: " << Call->getCalledOperand()->getName() << "\n";
385     dbgs() << "Number live values: " << LiveSet.size() << "\n";
386   }
387   Result.LiveSet = LiveSet;
388 }
389
390 // Returns true is V is a knownBaseResult.
391 static bool isKnownBaseResult(Value *V);
392
393 // Returns true if V is a BaseResult that already exists in the IR, i.e. it is
394 // not created by the findBasePointers algorithm.
395 static bool isOriginalBaseResult(Value *V);
396
397 namespace {
398
399 /// A single base defining value - An immediate base defining value for an
400 /// instruction 'Def' is an input to 'Def' whose base is also a base of 'Def'.
401 /// For instructions which have multiple pointer [vector] inputs or that
402 /// transition between vector and scalar types, there is no immediate base
403 /// defining value.  The 'base defining value' for 'Def' is the transitive
404 /// closure of this relation stopping at the first instruction which has no
405 /// immediate base defining value.  The b.d.v. might itself be a base pointer,
406 /// but it can also be an arbitrary derived pointer.
407 struct BaseDefiningValueResult {
408   /// Contains the value which is the base defining value.
409   Value * const BDV;
410
411   /// True if the base defining value is also known to be an actual base
412   /// pointer.
413   const bool IsKnownBase;
414
415   BaseDefiningValueResult(Value *BDV, bool IsKnownBase)
416     : BDV(BDV), IsKnownBase(IsKnownBase) {
417 #ifndef NDEBUG
418     // Check consistency between new and old means of checking whether a BDV is
419     // a base.
420     bool MustBeBase = isKnownBaseResult(BDV);
421     assert(!MustBeBase || MustBeBase == IsKnownBase);
422 #endif
423   }
424 };
425
426 } // end anonymous namespace
427
428 static BaseDefiningValueResult findBaseDefiningValue(Value *I);
429
430 /// Return a base defining value for the 'Index' element of the given vector
431 /// instruction 'I'.  If Index is null, returns a BDV for the entire vector
432 /// 'I'.  As an optimization, this method will try to determine when the
433 /// element is known to already be a base pointer.  If this can be established,
434 /// the second value in the returned pair will be true.  Note that either a
435 /// vector or a pointer typed value can be returned.  For the former, the
436 /// vector returned is a BDV (and possibly a base) of the entire vector 'I'.
437 /// If the later, the return pointer is a BDV (or possibly a base) for the
438 /// particular element in 'I'.
439 static BaseDefiningValueResult
440 findBaseDefiningValueOfVector(Value *I) {
441   // Each case parallels findBaseDefiningValue below, see that code for
442   // detailed motivation.
443
444   if (isa<Argument>(I))
445     // An incoming argument to the function is a base pointer
446     return BaseDefiningValueResult(I, true);
447
448   if (isa<Constant>(I))
449     // Base of constant vector consists only of constant null pointers.
450     // For reasoning see similar case inside 'findBaseDefiningValue' function.
451     return BaseDefiningValueResult(ConstantAggregateZero::get(I->getType()),
452                                    true);
453
454   if (isa<LoadInst>(I))
455     return BaseDefiningValueResult(I, true);
456
457   if (isa<InsertElementInst>(I))
458     // We don't know whether this vector contains entirely base pointers or
459     // not.  To be conservatively correct, we treat it as a BDV and will
460     // duplicate code as needed to construct a parallel vector of bases.
461     return BaseDefiningValueResult(I, false);
462
463   if (isa<ShuffleVectorInst>(I))
464     // We don't know whether this vector contains entirely base pointers or
465     // not.  To be conservatively correct, we treat it as a BDV and will
466     // duplicate code as needed to construct a parallel vector of bases.
467     // TODO: There a number of local optimizations which could be applied here
468     // for particular sufflevector patterns.
469     return BaseDefiningValueResult(I, false);
470
471   // The behavior of getelementptr instructions is the same for vector and
472   // non-vector data types.
473   if (auto *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(I))
474     return findBaseDefiningValue(GEP->getPointerOperand());
475
476   // If the pointer comes through a bitcast of a vector of pointers to
477   // a vector of another type of pointer, then look through the bitcast
478   if (auto *BC = dyn_cast<BitCastInst>(I))
479     return findBaseDefiningValue(BC->getOperand(0));
480
481   // We assume that functions in the source language only return base
482   // pointers.  This should probably be generalized via attributes to support
483   // both source language and internal functions.
484   if (isa<CallInst>(I) || isa<InvokeInst>(I))
485     return BaseDefiningValueResult(I, true);
486
487   // A PHI or Select is a base defining value.  The outer findBasePointer
488   // algorithm is responsible for constructing a base value for this BDV.
489   assert((isa<SelectInst>(I) || isa<PHINode>(I)) &&
490          "unknown vector instruction - no base found for vector element");
491   return BaseDefiningValueResult(I, false);
492 }
493
494 /// Helper function for findBasePointer - Will return a value which either a)
495 /// defines the base pointer for the input, b) blocks the simple search
496 /// (i.e. a PHI or Select of two derived pointers), or c) involves a change
497 /// from pointer to vector type or back.
498 static BaseDefiningValueResult findBaseDefiningValue(Value *I) {
499   assert(I->getType()->isPtrOrPtrVectorTy() &&
500          "Illegal to ask for the base pointer of a non-pointer type");
501
502   if (I->getType()->isVectorTy())
503     return findBaseDefiningValueOfVector(I);
504
505   if (isa<Argument>(I))
506     // An incoming argument to the function is a base pointer
507     // We should have never reached here if this argument isn't an gc value
508     return BaseDefiningValueResult(I, true);
509
510   if (isa<Constant>(I)) {
511     // We assume that objects with a constant base (e.g. a global) can't move
512     // and don't need to be reported to the collector because they are always
513     // live. Besides global references, all kinds of constants (e.g. undef,
514     // constant expressions, null pointers) can be introduced by the inliner or
515     // the optimizer, especially on dynamically dead paths.
516     // Here we treat all of them as having single null base. By doing this we
517     // trying to avoid problems reporting various conflicts in a form of
518     // "phi (const1, const2)" or "phi (const, regular gc ptr)".
519     // See constant.ll file for relevant test cases.
520
521     return BaseDefiningValueResult(
522         ConstantPointerNull::get(cast<PointerType>(I->getType())), true);
523   }
524
525   if (CastInst *CI = dyn_cast<CastInst>(I)) {
526     Value *Def = CI->stripPointerCasts();
527     // If stripping pointer casts changes the address space there is an
528     // addrspacecast in between.
529     assert(cast<PointerType>(Def->getType())->getAddressSpace() ==
530                cast<PointerType>(CI->getType())->getAddressSpace() &&
531            "unsupported addrspacecast");
532     // If we find a cast instruction here, it means we've found a cast which is
533     // not simply a pointer cast (i.e. an inttoptr).  We don't know how to
534     // handle int->ptr conversion.
535     assert(!isa<CastInst>(Def) && "shouldn't find another cast here");
536     return findBaseDefiningValue(Def);
537   }
538
539   if (isa<LoadInst>(I))
540     // The value loaded is an gc base itself
541     return BaseDefiningValueResult(I, true);
542
543   if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(I))
544     // The base of this GEP is the base
545     return findBaseDefiningValue(GEP->getPointerOperand());
546
547   if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(I)) {
548     switch (II->getIntrinsicID()) {
549     default:
550       // fall through to general call handling
551       break;
552     case Intrinsic::experimental_gc_statepoint:
553       llvm_unreachable("statepoints don't produce pointers");
554     case Intrinsic::experimental_gc_relocate:
555       // Rerunning safepoint insertion after safepoints are already
556       // inserted is not supported.  It could probably be made to work,
557       // but why are you doing this?  There's no good reason.
558       llvm_unreachable("repeat safepoint insertion is not supported");
559     case Intrinsic::gcroot:
560       // Currently, this mechanism hasn't been extended to work with gcroot.
561       // There's no reason it couldn't be, but I haven't thought about the
562       // implications much.
563       llvm_unreachable(
564           "interaction with the gcroot mechanism is not supported");
565     }
566   }
567   // We assume that functions in the source language only return base
568   // pointers.  This should probably be generalized via attributes to support
569   // both source language and internal functions.
570   if (isa<CallInst>(I) || isa<InvokeInst>(I))
571     return BaseDefiningValueResult(I, true);
572
573   // TODO: I have absolutely no idea how to implement this part yet.  It's not
574   // necessarily hard, I just haven't really looked at it yet.
575   assert(!isa<LandingPadInst>(I) && "Landing Pad is unimplemented");
576
577   if (isa<AtomicCmpXchgInst>(I))
578     // A CAS is effectively a atomic store and load combined under a
579     // predicate.  From the perspective of base pointers, we just treat it
580     // like a load.
581     return BaseDefiningValueResult(I, true);
582
583   assert(!isa<AtomicRMWInst>(I) && "Xchg handled above, all others are "
584                                    "binary ops which don't apply to pointers");
585
586   // The aggregate ops.  Aggregates can either be in the heap or on the
587   // stack, but in either case, this is simply a field load.  As a result,
588   // this is a defining definition of the base just like a load is.
589   if (isa<ExtractValueInst>(I))
590     return BaseDefiningValueResult(I, true);
591
592   // We should never see an insert vector since that would require we be
593   // tracing back a struct value not a pointer value.
594   assert(!isa<InsertValueInst>(I) &&
595          "Base pointer for a struct is meaningless");
596
597   // An extractelement produces a base result exactly when it's input does.
598   // We may need to insert a parallel instruction to extract the appropriate
599   // element out of the base vector corresponding to the input. Given this,
600   // it's analogous to the phi and select case even though it's not a merge.
601   if (isa<ExtractElementInst>(I))
602     // Note: There a lot of obvious peephole cases here.  This are deliberately
603     // handled after the main base pointer inference algorithm to make writing
604     // test cases to exercise that code easier.
605     return BaseDefiningValueResult(I, false);
606
607   // The last two cases here don't return a base pointer.  Instead, they
608   // return a value which dynamically selects from among several base
609   // derived pointers (each with it's own base potentially).  It's the job of
610   // the caller to resolve these.
611   assert((isa<SelectInst>(I) || isa<PHINode>(I)) &&
612          "missing instruction case in findBaseDefiningValing");
613   return BaseDefiningValueResult(I, false);
614 }
615
616 /// Returns the base defining value for this value.
617 static Value *findBaseDefiningValueCached(Value *I, DefiningValueMapTy &Cache) {
618   Value *&Cached = Cache[I];
619   if (!Cached) {
620     Cached = findBaseDefiningValue(I).BDV;
621     LLVM_DEBUG(dbgs() << "fBDV-cached: " << I->getName() << " -> "
622                       << Cached->getName() << "\n");
623   }
624   assert(Cache[I] != nullptr);
625   return Cached;
626 }
627
628 /// Return a base pointer for this value if known.  Otherwise, return it's
629 /// base defining value.
630 static Value *findBaseOrBDV(Value *I, DefiningValueMapTy &Cache) {
631   Value *Def = findBaseDefiningValueCached(I, Cache);
632   auto Found = Cache.find(Def);
633   if (Found != Cache.end()) {
634     // Either a base-of relation, or a self reference.  Caller must check.
635     return Found->second;
636   }
637   // Only a BDV available
638   return Def;
639 }
640
641 /// This value is a base pointer that is not generated by RS4GC, i.e. it already
642 /// exists in the code.
643 static bool isOriginalBaseResult(Value *V) {
644   // no recursion possible
645   return !isa<PHINode>(V) && !isa<SelectInst>(V) &&
646          !isa<ExtractElementInst>(V) && !isa<InsertElementInst>(V) &&
647          !isa<ShuffleVectorInst>(V);
648 }
649
650 /// Given the result of a call to findBaseDefiningValue, or findBaseOrBDV,
651 /// is it known to be a base pointer?  Or do we need to continue searching.
652 static bool isKnownBaseResult(Value *V) {
653   if (isOriginalBaseResult(V))
654     return true;
655   if (isa<Instruction>(V) &&
656       cast<Instruction>(V)->getMetadata("is_base_value")) {
657     // This is a previously inserted base phi or select.  We know
658     // that this is a base value.
659     return true;
660   }
661
662   // We need to keep searching
663   return false;
664 }
665
666 // Returns true if First and Second values are both scalar or both vector.
667 static bool areBothVectorOrScalar(Value *First, Value *Second) {
668   return isa<VectorType>(First->getType()) ==
669          isa<VectorType>(Second->getType());
670 }
671
672 namespace {
673
674 /// Models the state of a single base defining value in the findBasePointer
675 /// algorithm for determining where a new instruction is needed to propagate
676 /// the base of this BDV.
677 class BDVState {
678 public:
679   enum Status { Unknown, Base, Conflict };
680
681   BDVState() : BaseValue(nullptr) {}
682
683   explicit BDVState(Status Status, Value *BaseValue = nullptr)
684       : Status(Status), BaseValue(BaseValue) {
685     assert(Status != Base || BaseValue);
686   }
687
688   explicit BDVState(Value *BaseValue) : Status(Base), BaseValue(BaseValue) {}
689
690   Status getStatus() const { return Status; }
691   Value *getBaseValue() const { return BaseValue; }
692
693   bool isBase() const { return getStatus() == Base; }
694   bool isUnknown() const { return getStatus() == Unknown; }
695   bool isConflict() const { return getStatus() == Conflict; }
696
697   bool operator==(const BDVState &Other) const {
698     return BaseValue == Other.BaseValue && Status == Other.Status;
699   }
700
701   bool operator!=(const BDVState &other) const { return !(*this == other); }
702
703   LLVM_DUMP_METHOD
704   void dump() const {
705     print(dbgs());
706     dbgs() << '\n';
707   }
708
709   void print(raw_ostream &OS) const {
710     switch (getStatus()) {
711     case Unknown:
712       OS << "U";
713       break;
714     case Base:
715       OS << "B";
716       break;
717     case Conflict:
718       OS << "C";
719       break;
720     }
721     OS << " (" << getBaseValue() << " - "
722        << (getBaseValue() ? getBaseValue()->getName() : "nullptr") << "): ";
723   }
724
725 private:
726   Status Status = Unknown;
727   AssertingVH<Value> BaseValue; // Non-null only if Status == Base.
728 };
729
730 } // end anonymous namespace
731
732 #ifndef NDEBUG
733 static raw_ostream &operator<<(raw_ostream &OS, const BDVState &State) {
734   State.print(OS);
735   return OS;
736 }
737 #endif
738
739 static BDVState meetBDVStateImpl(const BDVState &LHS, const BDVState &RHS) {
740   switch (LHS.getStatus()) {
741   case BDVState::Unknown:
742     return RHS;
743
744   case BDVState::Base:
745     assert(LHS.getBaseValue() && "can't be null");
746     if (RHS.isUnknown())
747       return LHS;
748
749     if (RHS.isBase()) {
750       if (LHS.getBaseValue() == RHS.getBaseValue()) {
751         assert(LHS == RHS && "equality broken!");
752         return LHS;
753       }
754       return BDVState(BDVState::Conflict);
755     }
756     assert(RHS.isConflict() && "only three states!");
757     return BDVState(BDVState::Conflict);
758
759   case BDVState::Conflict:
760     return LHS;
761   }
762   llvm_unreachable("only three states!");
763 }
764
765 // Values of type BDVState form a lattice, and this function implements the meet
766 // operation.
767 static BDVState meetBDVState(const BDVState &LHS, const BDVState &RHS) {
768   BDVState Result = meetBDVStateImpl(LHS, RHS);
769   assert(Result == meetBDVStateImpl(RHS, LHS) &&
770          "Math is wrong: meet does not commute!");
771   return Result;
772 }
773
774 /// For a given value or instruction, figure out what base ptr its derived from.
775 /// For gc objects, this is simply itself.  On success, returns a value which is
776 /// the base pointer.  (This is reliable and can be used for relocation.)  On
777 /// failure, returns nullptr.
778 static Value *findBasePointer(Value *I, DefiningValueMapTy &Cache) {
779   Value *Def = findBaseOrBDV(I, Cache);
780
781   if (isKnownBaseResult(Def) && areBothVectorOrScalar(Def, I))
782     return Def;
783
784   // Here's the rough algorithm:
785   // - For every SSA value, construct a mapping to either an actual base
786   //   pointer or a PHI which obscures the base pointer.
787   // - Construct a mapping from PHI to unknown TOP state.  Use an
788   //   optimistic algorithm to propagate base pointer information.  Lattice
789   //   looks like:
790   //   UNKNOWN
791   //   b1 b2 b3 b4
792   //   CONFLICT
793   //   When algorithm terminates, all PHIs will either have a single concrete
794   //   base or be in a conflict state.
795   // - For every conflict, insert a dummy PHI node without arguments.  Add
796   //   these to the base[Instruction] = BasePtr mapping.  For every
797   //   non-conflict, add the actual base.
798   //  - For every conflict, add arguments for the base[a] of each input
799   //   arguments.
800   //
801   // Note: A simpler form of this would be to add the conflict form of all
802   // PHIs without running the optimistic algorithm.  This would be
803   // analogous to pessimistic data flow and would likely lead to an
804   // overall worse solution.
805
806 #ifndef NDEBUG
807   auto isExpectedBDVType = [](Value *BDV) {
808     return isa<PHINode>(BDV) || isa<SelectInst>(BDV) ||
809            isa<ExtractElementInst>(BDV) || isa<InsertElementInst>(BDV) ||
810            isa<ShuffleVectorInst>(BDV);
811   };
812 #endif
813
814   // Once populated, will contain a mapping from each potentially non-base BDV
815   // to a lattice value (described above) which corresponds to that BDV.
816   // We use the order of insertion (DFS over the def/use graph) to provide a
817   // stable deterministic ordering for visiting DenseMaps (which are unordered)
818   // below.  This is important for deterministic compilation.
819   MapVector<Value *, BDVState> States;
820
821   // Recursively fill in all base defining values reachable from the initial
822   // one for which we don't already know a definite base value for
823   /* scope */ {
824     SmallVector<Value*, 16> Worklist;
825     Worklist.push_back(Def);
826     States.insert({Def, BDVState()});
827     while (!Worklist.empty()) {
828       Value *Current = Worklist.pop_back_val();
829       assert(!isOriginalBaseResult(Current) && "why did it get added?");
830
831       auto visitIncomingValue = [&](Value *InVal) {
832         Value *Base = findBaseOrBDV(InVal, Cache);
833         if (isKnownBaseResult(Base) && areBothVectorOrScalar(Base, InVal))
834           // Known bases won't need new instructions introduced and can be
835           // ignored safely. However, this can only be done when InVal and Base
836           // are both scalar or both vector. Otherwise, we need to find a
837           // correct BDV for InVal, by creating an entry in the lattice
838           // (States).
839           return;
840         assert(isExpectedBDVType(Base) && "the only non-base values "
841                "we see should be base defining values");
842         if (States.insert(std::make_pair(Base, BDVState())).second)
843           Worklist.push_back(Base);
844       };
845       if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(Current)) {
846         for (Value *InVal : PN->incoming_values())
847           visitIncomingValue(InVal);
848       } else if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(Current)) {
849         visitIncomingValue(SI->getTrueValue());
850         visitIncomingValue(SI->getFalseValue());
851       } else if (auto *EE = dyn_cast<ExtractElementInst>(Current)) {
852         visitIncomingValue(EE->getVectorOperand());
853       } else if (auto *IE = dyn_cast<InsertElementInst>(Current)) {
854         visitIncomingValue(IE->getOperand(0)); // vector operand
855         visitIncomingValue(IE->getOperand(1)); // scalar operand
856       } else if (auto *SV = dyn_cast<ShuffleVectorInst>(Current)) {
857         visitIncomingValue(SV->getOperand(0));
858         visitIncomingValue(SV->getOperand(1));
859       }
860       else {
861         llvm_unreachable("Unimplemented instruction case");
862       }
863     }
864   }
865
866 #ifndef NDEBUG
867   LLVM_DEBUG(dbgs() << "States after initialization:\n");
868   for (auto Pair : States) {
869     LLVM_DEBUG(dbgs() << " " << Pair.second << " for " << *Pair.first << "\n");
870   }
871 #endif
872
873   // Return a phi state for a base defining value.  We'll generate a new
874   // base state for known bases and expect to find a cached state otherwise.
875   auto GetStateForBDV = [&](Value *BaseValue, Value *Input) {
876     if (isKnownBaseResult(BaseValue) && areBothVectorOrScalar(BaseValue, Input))
877       return BDVState(BaseValue);
878     auto I = States.find(BaseValue);
879     assert(I != States.end() && "lookup failed!");
880     return I->second;
881   };
882
883   bool Progress = true;
884   while (Progress) {
885 #ifndef NDEBUG
886     const size_t OldSize = States.size();
887 #endif
888     Progress = false;
889     // We're only changing values in this loop, thus safe to keep iterators.
890     // Since this is computing a fixed point, the order of visit does not
891     // effect the result.  TODO: We could use a worklist here and make this run
892     // much faster.
893     for (auto Pair : States) {
894       Value *BDV = Pair.first;
895       // Only values that do not have known bases or those that have differing
896       // type (scalar versus vector) from a possible known base should be in the
897       // lattice.
898       assert((!isKnownBaseResult(BDV) ||
899              !areBothVectorOrScalar(BDV, Pair.second.getBaseValue())) &&
900                  "why did it get added?");
901
902       // Given an input value for the current instruction, return a BDVState
903       // instance which represents the BDV of that value.
904       auto getStateForInput = [&](Value *V) mutable {
905         Value *BDV = findBaseOrBDV(V, Cache);
906         return GetStateForBDV(BDV, V);
907       };
908
909       BDVState NewState;
910       if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(BDV)) {
911         NewState = meetBDVState(NewState, getStateForInput(SI->getTrueValue()));
912         NewState =
913             meetBDVState(NewState, getStateForInput(SI->getFalseValue()));
914       } else if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(BDV)) {
915         for (Value *Val : PN->incoming_values())
916           NewState = meetBDVState(NewState, getStateForInput(Val));
917       } else if (auto *EE = dyn_cast<ExtractElementInst>(BDV)) {
918         // The 'meet' for an extractelement is slightly trivial, but it's still
919         // useful in that it drives us to conflict if our input is.
920         NewState =
921             meetBDVState(NewState, getStateForInput(EE->getVectorOperand()));
922       } else if (auto *IE = dyn_cast<InsertElementInst>(BDV)){
923         // Given there's a inherent type mismatch between the operands, will
924         // *always* produce Conflict.
925         NewState = meetBDVState(NewState, getStateForInput(IE->getOperand(0)));
926         NewState = meetBDVState(NewState, getStateForInput(IE->getOperand(1)));
927       } else {
928         // The only instance this does not return a Conflict is when both the
929         // vector operands are the same vector.
930         auto *SV = cast<ShuffleVectorInst>(BDV);
931         NewState = meetBDVState(NewState, getStateForInput(SV->getOperand(0)));
932         NewState = meetBDVState(NewState, getStateForInput(SV->getOperand(1)));
933       }
934
935       BDVState OldState = States[BDV];
936       if (OldState != NewState) {
937         Progress = true;
938         States[BDV] = NewState;
939       }
940     }
941
942     assert(OldSize == States.size() &&
943            "fixed point shouldn't be adding any new nodes to state");
944   }
945
946 #ifndef NDEBUG
947   LLVM_DEBUG(dbgs() << "States after meet iteration:\n");
948   for (auto Pair : States) {
949     LLVM_DEBUG(dbgs() << " " << Pair.second << " for " << *Pair.first << "\n");
950   }
951 #endif
952
953   // Handle all instructions that have a vector BDV, but the instruction itself
954   // is of scalar type.
955   for (auto Pair : States) {
956     Instruction *I = cast<Instruction>(Pair.first);
957     BDVState State = Pair.second;
958     auto *BaseValue = State.getBaseValue();
959     // Only values that do not have known bases or those that have differing
960     // type (scalar versus vector) from a possible known base should be in the
961     // lattice.
962     assert((!isKnownBaseResult(I) || !areBothVectorOrScalar(I, BaseValue)) &&
963            "why did it get added?");
964     assert(!State.isUnknown() && "Optimistic algorithm didn't complete!");
965
966     if (!State.isBase() || !isa<VectorType>(BaseValue->getType()))
967       continue;
968     // extractelement instructions are a bit special in that we may need to
969     // insert an extract even when we know an exact base for the instruction.
970     // The problem is that we need to convert from a vector base to a scalar
971     // base for the particular indice we're interested in.
972     if (isa<ExtractElementInst>(I)) {
973       auto *EE = cast<ExtractElementInst>(I);
974       // TODO: In many cases, the new instruction is just EE itself.  We should
975       // exploit this, but can't do it here since it would break the invariant
976       // about the BDV not being known to be a base.
977       auto *BaseInst = ExtractElementInst::Create(
978           State.getBaseValue(), EE->getIndexOperand(), "base_ee", EE);
979       BaseInst->setMetadata("is_base_value", MDNode::get(I->getContext(), {}));
980       States[I] = BDVState(BDVState::Base, BaseInst);
981     } else if (!isa<VectorType>(I->getType())) {
982       // We need to handle cases that have a vector base but the instruction is
983       // a scalar type (these could be phis or selects or any instruction that
984       // are of scalar type, but the base can be a vector type).  We
985       // conservatively set this as conflict.  Setting the base value for these
986       // conflicts is handled in the next loop which traverses States.
987       States[I] = BDVState(BDVState::Conflict);
988     }
989   }
990
991   // Insert Phis for all conflicts
992   // TODO: adjust naming patterns to avoid this order of iteration dependency
993   for (auto Pair : States) {
994     Instruction *I = cast<Instruction>(Pair.first);
995     BDVState State = Pair.second;
996     // Only values that do not have known bases or those that have differing
997     // type (scalar versus vector) from a possible known base should be in the
998     // lattice.
999     assert((!isKnownBaseResult(I) || !areBothVectorOrScalar(I, State.getBaseValue())) &&
1000            "why did it get added?");
1001     assert(!State.isUnknown() && "Optimistic algorithm didn't complete!");
1002
1003     // Since we're joining a vector and scalar base, they can never be the
1004     // same.  As a result, we should always see insert element having reached
1005     // the conflict state.
1006     assert(!isa<InsertElementInst>(I) || State.isConflict());
1007
1008     if (!State.isConflict())
1009       continue;
1010
1011     /// Create and insert a new instruction which will represent the base of
1012     /// the given instruction 'I'.
1013     auto MakeBaseInstPlaceholder = [](Instruction *I) -> Instruction* {
1014       if (isa<PHINode>(I)) {
1015         BasicBlock *BB = I->getParent();
1016         int NumPreds = pred_size(BB);
1017         assert(NumPreds > 0 && "how did we reach here");
1018         std::string Name = suffixed_name_or(I, ".base", "base_phi");
1019         return PHINode::Create(I->getType(), NumPreds, Name, I);
1020       } else if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(I)) {
1021         // The undef will be replaced later
1022         UndefValue *Undef = UndefValue::get(SI->getType());
1023         std::string Name = suffixed_name_or(I, ".base", "base_select");
1024         return SelectInst::Create(SI->getCondition(), Undef, Undef, Name, SI);
1025       } else if (auto *EE = dyn_cast<ExtractElementInst>(I)) {
1026         UndefValue *Undef = UndefValue::get(EE->getVectorOperand()->getType());
1027         std::string Name = suffixed_name_or(I, ".base", "base_ee");
1028         return ExtractElementInst::Create(Undef, EE->getIndexOperand(), Name,
1029                                           EE);
1030       } else if (auto *IE = dyn_cast<InsertElementInst>(I)) {
1031         UndefValue *VecUndef = UndefValue::get(IE->getOperand(0)->getType());
1032         UndefValue *ScalarUndef = UndefValue::get(IE->getOperand(1)->getType());
1033         std::string Name = suffixed_name_or(I, ".base", "base_ie");
1034         return InsertElementInst::Create(VecUndef, ScalarUndef,
1035                                          IE->getOperand(2), Name, IE);
1036       } else {
1037         auto *SV = cast<ShuffleVectorInst>(I);
1038         UndefValue *VecUndef = UndefValue::get(SV->getOperand(0)->getType());
1039         std::string Name = suffixed_name_or(I, ".base", "base_sv");
1040         return new ShuffleVectorInst(VecUndef, VecUndef, SV->getShuffleMask(),
1041                                      Name, SV);
1042       }
1043     };
1044     Instruction *BaseInst = MakeBaseInstPlaceholder(I);
1045     // Add metadata marking this as a base value
1046     BaseInst->setMetadata("is_base_value", MDNode::get(I->getContext(), {}));
1047     States[I] = BDVState(BDVState::Conflict, BaseInst);
1048   }
1049
1050   // Returns a instruction which produces the base pointer for a given
1051   // instruction.  The instruction is assumed to be an input to one of the BDVs
1052   // seen in the inference algorithm above.  As such, we must either already
1053   // know it's base defining value is a base, or have inserted a new
1054   // instruction to propagate the base of it's BDV and have entered that newly
1055   // introduced instruction into the state table.  In either case, we are
1056   // assured to be able to determine an instruction which produces it's base
1057   // pointer.
1058   auto getBaseForInput = [&](Value *Input, Instruction *InsertPt) {
1059     Value *BDV = findBaseOrBDV(Input, Cache);
1060     Value *Base = nullptr;
1061     if (isKnownBaseResult(BDV) && areBothVectorOrScalar(BDV, Input)) {
1062       Base = BDV;
1063     } else {
1064       // Either conflict or base.
1065       assert(States.count(BDV));
1066       Base = States[BDV].getBaseValue();
1067     }
1068     assert(Base && "Can't be null");
1069     // The cast is needed since base traversal may strip away bitcasts
1070     if (Base->getType() != Input->getType() && InsertPt)
1071       Base = new BitCastInst(Base, Input->getType(), "cast", InsertPt);
1072     return Base;
1073   };
1074
1075   // Fixup all the inputs of the new PHIs.  Visit order needs to be
1076   // deterministic and predictable because we're naming newly created
1077   // instructions.
1078   for (auto Pair : States) {
1079     Instruction *BDV = cast<Instruction>(Pair.first);
1080     BDVState State = Pair.second;
1081
1082     // Only values that do not have known bases or those that have differing
1083     // type (scalar versus vector) from a possible known base should be in the
1084     // lattice.
1085     assert((!isKnownBaseResult(BDV) ||
1086             !areBothVectorOrScalar(BDV, State.getBaseValue())) &&
1087            "why did it get added?");
1088     assert(!State.isUnknown() && "Optimistic algorithm didn't complete!");
1089     if (!State.isConflict())
1090       continue;
1091
1092     if (PHINode *BasePHI = dyn_cast<PHINode>(State.getBaseValue())) {
1093       PHINode *PN = cast<PHINode>(BDV);
1094       unsigned NumPHIValues = PN->getNumIncomingValues();
1095       for (unsigned i = 0; i < NumPHIValues; i++) {
1096         Value *InVal = PN->getIncomingValue(i);
1097         BasicBlock *InBB = PN->getIncomingBlock(i);
1098
1099         // If we've already seen InBB, add the same incoming value
1100         // we added for it earlier.  The IR verifier requires phi
1101         // nodes with multiple entries from the same basic block
1102         // to have the same incoming value for each of those
1103         // entries.  If we don't do this check here and basephi
1104         // has a different type than base, we'll end up adding two
1105         // bitcasts (and hence two distinct values) as incoming
1106         // values for the same basic block.
1107
1108         int BlockIndex = BasePHI->getBasicBlockIndex(InBB);
1109         if (BlockIndex != -1) {
1110           Value *OldBase = BasePHI->getIncomingValue(BlockIndex);
1111           BasePHI->addIncoming(OldBase, InBB);
1112
1113 #ifndef NDEBUG
1114           Value *Base = getBaseForInput(InVal, nullptr);
1115           // In essence this assert states: the only way two values
1116           // incoming from the same basic block may be different is by
1117           // being different bitcasts of the same value.  A cleanup
1118           // that remains TODO is changing findBaseOrBDV to return an
1119           // llvm::Value of the correct type (and still remain pure).
1120           // This will remove the need to add bitcasts.
1121           assert(Base->stripPointerCasts() == OldBase->stripPointerCasts() &&
1122                  "Sanity -- findBaseOrBDV should be pure!");
1123 #endif
1124           continue;
1125         }
1126
1127         // Find the instruction which produces the base for each input.  We may
1128         // need to insert a bitcast in the incoming block.
1129         // TODO: Need to split critical edges if insertion is needed
1130         Value *Base = getBaseForInput(InVal, InBB->getTerminator());
1131         BasePHI->addIncoming(Base, InBB);
1132       }
1133       assert(BasePHI->getNumIncomingValues() == NumPHIValues);
1134     } else if (SelectInst *BaseSI =
1135                    dyn_cast<SelectInst>(State.getBaseValue())) {
1136       SelectInst *SI = cast<SelectInst>(BDV);
1137
1138       // Find the instruction which produces the base for each input.
1139       // We may need to insert a bitcast.
1140       BaseSI->setTrueValue(getBaseForInput(SI->getTrueValue(), BaseSI));
1141       BaseSI->setFalseValue(getBaseForInput(SI->getFalseValue(), BaseSI));
1142     } else if (auto *BaseEE =
1143                    dyn_cast<ExtractElementInst>(State.getBaseValue())) {
1144       Value *InVal = cast<ExtractElementInst>(BDV)->getVectorOperand();
1145       // Find the instruction which produces the base for each input.  We may
1146       // need to insert a bitcast.
1147       BaseEE->setOperand(0, getBaseForInput(InVal, BaseEE));
1148     } else if (auto *BaseIE = dyn_cast<InsertElementInst>(State.getBaseValue())){
1149       auto *BdvIE = cast<InsertElementInst>(BDV);
1150       auto UpdateOperand = [&](int OperandIdx) {
1151         Value *InVal = BdvIE->getOperand(OperandIdx);
1152         Value *Base = getBaseForInput(InVal, BaseIE);
1153         BaseIE->setOperand(OperandIdx, Base);
1154       };
1155       UpdateOperand(0); // vector operand
1156       UpdateOperand(1); // scalar operand
1157     } else {
1158       auto *BaseSV = cast<ShuffleVectorInst>(State.getBaseValue());
1159       auto *BdvSV = cast<ShuffleVectorInst>(BDV);
1160       auto UpdateOperand = [&](int OperandIdx) {
1161         Value *InVal = BdvSV->getOperand(OperandIdx);
1162         Value *Base = getBaseForInput(InVal, BaseSV);
1163         BaseSV->setOperand(OperandIdx, Base);
1164       };
1165       UpdateOperand(0); // vector operand
1166       UpdateOperand(1); // vector operand
1167     }
1168   }
1169
1170   // Cache all of our results so we can cheaply reuse them
1171   // NOTE: This is actually two caches: one of the base defining value
1172   // relation and one of the base pointer relation!  FIXME
1173   for (auto Pair : States) {
1174     auto *BDV = Pair.first;
1175     Value *Base = Pair.second.getBaseValue();
1176     assert(BDV && Base);
1177     // Only values that do not have known bases or those that have differing
1178     // type (scalar versus vector) from a possible known base should be in the
1179     // lattice.
1180     assert((!isKnownBaseResult(BDV) || !areBothVectorOrScalar(BDV, Base)) &&
1181            "why did it get added?");
1182
1183     LLVM_DEBUG(
1184         dbgs() << "Updating base value cache"
1185                << " for: " << BDV->getName() << " from: "
1186                << (Cache.count(BDV) ? Cache[BDV]->getName().str() : "none")
1187                << " to: " << Base->getName() << "\n");
1188
1189     if (Cache.count(BDV)) {
1190       assert(isKnownBaseResult(Base) &&
1191              "must be something we 'know' is a base pointer");
1192       // Once we transition from the BDV relation being store in the Cache to
1193       // the base relation being stored, it must be stable
1194       assert((!isKnownBaseResult(Cache[BDV]) || Cache[BDV] == Base) &&
1195              "base relation should be stable");
1196     }
1197     Cache[BDV] = Base;
1198   }
1199   assert(Cache.count(Def));
1200   return Cache[Def];
1201 }
1202
1203 // For a set of live pointers (base and/or derived), identify the base
1204 // pointer of the object which they are derived from.  This routine will
1205 // mutate the IR graph as needed to make the 'base' pointer live at the
1206 // definition site of 'derived'.  This ensures that any use of 'derived' can
1207 // also use 'base'.  This may involve the insertion of a number of
1208 // additional PHI nodes.
1209 //
1210 // preconditions: live is a set of pointer type Values
1211 //
1212 // side effects: may insert PHI nodes into the existing CFG, will preserve
1213 // CFG, will not remove or mutate any existing nodes
1214 //
1215 // post condition: PointerToBase contains one (derived, base) pair for every
1216 // pointer in live.  Note that derived can be equal to base if the original
1217 // pointer was a base pointer.
1218 static void
1219 findBasePointers(const StatepointLiveSetTy &live,
1220                  MapVector<Value *, Value *> &PointerToBase,
1221                  DominatorTree *DT, DefiningValueMapTy &DVCache) {
1222   for (Value *ptr : live) {
1223     Value *base = findBasePointer(ptr, DVCache);
1224     assert(base && "failed to find base pointer");
1225     PointerToBase[ptr] = base;
1226     assert((!isa<Instruction>(base) || !isa<Instruction>(ptr) ||
1227             DT->dominates(cast<Instruction>(base)->getParent(),
1228                           cast<Instruction>(ptr)->getParent())) &&
1229            "The base we found better dominate the derived pointer");
1230   }
1231 }
1232
1233 /// Find the required based pointers (and adjust the live set) for the given
1234 /// parse point.
1235 static void findBasePointers(DominatorTree &DT, DefiningValueMapTy &DVCache,
1236                              CallBase *Call,
1237                              PartiallyConstructedSafepointRecord &result) {
1238   MapVector<Value *, Value *> PointerToBase;
1239   findBasePointers(result.LiveSet, PointerToBase, &DT, DVCache);
1240
1241   if (PrintBasePointers) {
1242     errs() << "Base Pairs (w/o Relocation):\n";
1243     for (auto &Pair : PointerToBase) {
1244       errs() << " derived ";
1245       Pair.first->printAsOperand(errs(), false);
1246       errs() << " base ";
1247       Pair.second->printAsOperand(errs(), false);
1248       errs() << "\n";;
1249     }
1250   }
1251
1252   result.PointerToBase = PointerToBase;
1253 }
1254
1255 /// Given an updated version of the dataflow liveness results, update the
1256 /// liveset and base pointer maps for the call site CS.
1257 static void recomputeLiveInValues(GCPtrLivenessData &RevisedLivenessData,
1258                                   CallBase *Call,
1259                                   PartiallyConstructedSafepointRecord &result);
1260
1261 static void recomputeLiveInValues(
1262     Function &F, DominatorTree &DT, ArrayRef<CallBase *> toUpdate,
1263     MutableArrayRef<struct PartiallyConstructedSafepointRecord> records) {
1264   // TODO-PERF: reuse the original liveness, then simply run the dataflow
1265   // again.  The old values are still live and will help it stabilize quickly.
1266   GCPtrLivenessData RevisedLivenessData;
1267   computeLiveInValues(DT, F, RevisedLivenessData);
1268   for (size_t i = 0; i < records.size(); i++) {
1269     struct PartiallyConstructedSafepointRecord &info = records[i];
1270     recomputeLiveInValues(RevisedLivenessData, toUpdate[i], info);
1271   }
1272 }
1273
1274 // When inserting gc.relocate and gc.result calls, we need to ensure there are
1275 // no uses of the original value / return value between the gc.statepoint and
1276 // the gc.relocate / gc.result call.  One case which can arise is a phi node
1277 // starting one of the successor blocks.  We also need to be able to insert the
1278 // gc.relocates only on the path which goes through the statepoint.  We might
1279 // need to split an edge to make this possible.
1280 static BasicBlock *
1281 normalizeForInvokeSafepoint(BasicBlock *BB, BasicBlock *InvokeParent,
1282                             DominatorTree &DT) {
1283   BasicBlock *Ret = BB;
1284   if (!BB->getUniquePredecessor())
1285     Ret = SplitBlockPredecessors(BB, InvokeParent, "", &DT);
1286
1287   // Now that 'Ret' has unique predecessor we can safely remove all phi nodes
1288   // from it
1289   FoldSingleEntryPHINodes(Ret);
1290   assert(!isa<PHINode>(Ret->begin()) &&
1291          "All PHI nodes should have been removed!");
1292
1293   // At this point, we can safely insert a gc.relocate or gc.result as the first
1294   // instruction in Ret if needed.
1295   return Ret;
1296 }
1297
1298 // Create new attribute set containing only attributes which can be transferred
1299 // from original call to the safepoint.
1300 static AttributeList legalizeCallAttributes(LLVMContext &Ctx,
1301                                             AttributeList AL) {
1302   if (AL.isEmpty())
1303     return AL;
1304
1305   // Remove the readonly, readnone, and statepoint function attributes.
1306   AttrBuilder FnAttrs = AL.getFnAttributes();
1307   FnAttrs.removeAttribute(Attribute::ReadNone);
1308   FnAttrs.removeAttribute(Attribute::ReadOnly);
1309   for (Attribute A : AL.getFnAttributes()) {
1310     if (isStatepointDirectiveAttr(A))
1311       FnAttrs.remove(A);
1312   }
1313
1314   // Just skip parameter and return attributes for now
1315   return AttributeList::get(Ctx, AttributeList::FunctionIndex,
1316                             AttributeSet::get(Ctx, FnAttrs));
1317 }
1318
1319 /// Helper function to place all gc relocates necessary for the given
1320 /// statepoint.
1321 /// Inputs:
1322 ///   liveVariables - list of variables to be relocated.
1323 ///   basePtrs - base pointers.
1324 ///   statepointToken - statepoint instruction to which relocates should be
1325 ///   bound.
1326 ///   Builder - Llvm IR builder to be used to construct new calls.
1327 static void CreateGCRelocates(ArrayRef<Value *> LiveVariables,
1328                               ArrayRef<Value *> BasePtrs,
1329                               Instruction *StatepointToken,
1330                               IRBuilder<> &Builder) {
1331   if (LiveVariables.empty())
1332     return;
1333
1334   auto FindIndex = [](ArrayRef<Value *> LiveVec, Value *Val) {
1335     auto ValIt = llvm::find(LiveVec, Val);
1336     assert(ValIt != LiveVec.end() && "Val not found in LiveVec!");
1337     size_t Index = std::distance(LiveVec.begin(), ValIt);
1338     assert(Index < LiveVec.size() && "Bug in std::find?");
1339     return Index;
1340   };
1341   Module *M = StatepointToken->getModule();
1342
1343   // All gc_relocate are generated as i8 addrspace(1)* (or a vector type whose
1344   // element type is i8 addrspace(1)*). We originally generated unique
1345   // declarations for each pointer type, but this proved problematic because
1346   // the intrinsic mangling code is incomplete and fragile.  Since we're moving
1347   // towards a single unified pointer type anyways, we can just cast everything
1348   // to an i8* of the right address space.  A bitcast is added later to convert
1349   // gc_relocate to the actual value's type.
1350   auto getGCRelocateDecl = [&] (Type *Ty) {
1351     assert(isHandledGCPointerType(Ty));
1352     auto AS = Ty->getScalarType()->getPointerAddressSpace();
1353     Type *NewTy = Type::getInt8PtrTy(M->getContext(), AS);
1354     if (auto *VT = dyn_cast<VectorType>(Ty))
1355       NewTy = FixedVectorType::get(NewTy,
1356                                    cast<FixedVectorType>(VT)->getNumElements());
1357     return Intrinsic::getDeclaration(M, Intrinsic::experimental_gc_relocate,
1358                                      {NewTy});
1359   };
1360
1361   // Lazily populated map from input types to the canonicalized form mentioned
1362   // in the comment above.  This should probably be cached somewhere more
1363   // broadly.
1364   DenseMap<Type *, Function *> TypeToDeclMap;
1365
1366   for (unsigned i = 0; i < LiveVariables.size(); i++) {
1367     // Generate the gc.relocate call and save the result
1368     Value *BaseIdx = Builder.getInt32(FindIndex(LiveVariables, BasePtrs[i]));
1369     Value *LiveIdx = Builder.getInt32(i);
1370
1371     Type *Ty = LiveVariables[i]->getType();
1372     if (!TypeToDeclMap.count(Ty))
1373       TypeToDeclMap[Ty] = getGCRelocateDecl(Ty);
1374     Function *GCRelocateDecl = TypeToDeclMap[Ty];
1375
1376     // only specify a debug name if we can give a useful one
1377     CallInst *Reloc = Builder.CreateCall(
1378         GCRelocateDecl, {StatepointToken, BaseIdx, LiveIdx},
1379         suffixed_name_or(LiveVariables[i], ".relocated", ""));
1380     // Trick CodeGen into thinking there are lots of free registers at this
1381     // fake call.
1382     Reloc->setCallingConv(CallingConv::Cold);
1383   }
1384 }
1385
1386 namespace {
1387
1388 /// This struct is used to defer RAUWs and `eraseFromParent` s.  Using this
1389 /// avoids having to worry about keeping around dangling pointers to Values.
1390 class DeferredReplacement {
1391   AssertingVH<Instruction> Old;
1392   AssertingVH<Instruction> New;
1393   bool IsDeoptimize = false;
1394
1395   DeferredReplacement() = default;
1396
1397 public:
1398   static DeferredReplacement createRAUW(Instruction *Old, Instruction *New) {
1399     assert(Old != New && Old && New &&
1400            "Cannot RAUW equal values or to / from null!");
1401
1402     DeferredReplacement D;
1403     D.Old = Old;
1404     D.New = New;
1405     return D;
1406   }
1407
1408   static DeferredReplacement createDelete(Instruction *ToErase) {
1409     DeferredReplacement D;
1410     D.Old = ToErase;
1411     return D;
1412   }
1413
1414   static DeferredReplacement createDeoptimizeReplacement(Instruction *Old) {
1415 #ifndef NDEBUG
1416     auto *F = cast<CallInst>(Old)->getCalledFunction();
1417     assert(F && F->getIntrinsicID() == Intrinsic::experimental_deoptimize &&
1418            "Only way to construct a deoptimize deferred replacement");
1419 #endif
1420     DeferredReplacement D;
1421     D.Old = Old;
1422     D.IsDeoptimize = true;
1423     return D;
1424   }
1425
1426   /// Does the task represented by this instance.
1427   void doReplacement() {
1428     Instruction *OldI = Old;
1429     Instruction *NewI = New;
1430
1431     assert(OldI != NewI && "Disallowed at construction?!");
1432     assert((!IsDeoptimize || !New) &&
1433            "Deoptimize intrinsics are not replaced!");
1434
1435     Old = nullptr;
1436     New = nullptr;
1437
1438     if (NewI)
1439       OldI->replaceAllUsesWith(NewI);
1440
1441     if (IsDeoptimize) {
1442       // Note: we've inserted instructions, so the call to llvm.deoptimize may
1443       // not necessarily be followed by the matching return.
1444       auto *RI = cast<ReturnInst>(OldI->getParent()->getTerminator());
1445       new UnreachableInst(RI->getContext(), RI);
1446       RI->eraseFromParent();
1447     }
1448
1449     OldI->eraseFromParent();
1450   }
1451 };
1452
1453 } // end anonymous namespace
1454
1455 static StringRef getDeoptLowering(CallBase *Call) {
1456   const char *DeoptLowering = "deopt-lowering";
1457   if (Call->hasFnAttr(DeoptLowering)) {
1458     // FIXME: Calls have a *really* confusing interface around attributes
1459     // with values.
1460     const AttributeList &CSAS = Call->getAttributes();
1461     if (CSAS.hasAttribute(AttributeList::FunctionIndex, DeoptLowering))
1462       return CSAS.getAttribute(AttributeList::FunctionIndex, DeoptLowering)
1463           .getValueAsString();
1464     Function *F = Call->getCalledFunction();
1465     assert(F && F->hasFnAttribute(DeoptLowering));
1466     return F->getFnAttribute(DeoptLowering).getValueAsString();
1467   }
1468   return "live-through";
1469 }
1470
1471 static void
1472 makeStatepointExplicitImpl(CallBase *Call, /* to replace */
1473                            const SmallVectorImpl<Value *> &BasePtrs,
1474                            const SmallVectorImpl<Value *> &LiveVariables,
1475                            PartiallyConstructedSafepointRecord &Result,
1476                            std::vector<DeferredReplacement> &Replacements) {
1477   assert(BasePtrs.size() == LiveVariables.size());
1478
1479   // Then go ahead and use the builder do actually do the inserts.  We insert
1480   // immediately before the previous instruction under the assumption that all
1481   // arguments will be available here.  We can't insert afterwards since we may
1482   // be replacing a terminator.
1483   IRBuilder<> Builder(Call);
1484
1485   ArrayRef<Value *> GCArgs(LiveVariables);
1486   uint64_t StatepointID = StatepointDirectives::DefaultStatepointID;
1487   uint32_t NumPatchBytes = 0;
1488   uint32_t Flags = uint32_t(StatepointFlags::None);
1489
1490   ArrayRef<Use> CallArgs(Call->arg_begin(), Call->arg_end());
1491   Optional<ArrayRef<Use>> DeoptArgs;
1492   if (auto Bundle = Call->getOperandBundle(LLVMContext::OB_deopt))
1493     DeoptArgs = Bundle->Inputs;
1494   Optional<ArrayRef<Use>> TransitionArgs;
1495   if (auto Bundle = Call->getOperandBundle(LLVMContext::OB_gc_transition)) {
1496     TransitionArgs = Bundle->Inputs;
1497     // TODO: This flag no longer serves a purpose and can be removed later
1498     Flags |= uint32_t(StatepointFlags::GCTransition);
1499   }
1500
1501   // Instead of lowering calls to @llvm.experimental.deoptimize as normal calls
1502   // with a return value, we lower then as never returning calls to
1503   // __llvm_deoptimize that are followed by unreachable to get better codegen.
1504   bool IsDeoptimize = false;
1505
1506   StatepointDirectives SD =
1507       parseStatepointDirectivesFromAttrs(Call->getAttributes());
1508   if (SD.NumPatchBytes)
1509     NumPatchBytes = *SD.NumPatchBytes;
1510   if (SD.StatepointID)
1511     StatepointID = *SD.StatepointID;
1512
1513   // Pass through the requested lowering if any.  The default is live-through.
1514   StringRef DeoptLowering = getDeoptLowering(Call);
1515   if (DeoptLowering.equals("live-in"))
1516     Flags |= uint32_t(StatepointFlags::DeoptLiveIn);
1517   else {
1518     assert(DeoptLowering.equals("live-through") && "Unsupported value!");
1519   }
1520
1521   Value *CallTarget = Call->getCalledOperand();
1522   if (Function *F = dyn_cast<Function>(CallTarget)) {
1523     if (F->getIntrinsicID() == Intrinsic::experimental_deoptimize) {
1524       // Calls to llvm.experimental.deoptimize are lowered to calls to the
1525       // __llvm_deoptimize symbol.  We want to resolve this now, since the
1526       // verifier does not allow taking the address of an intrinsic function.
1527
1528       SmallVector<Type *, 8> DomainTy;
1529       for (Value *Arg : CallArgs)
1530         DomainTy.push_back(Arg->getType());
1531       auto *FTy = FunctionType::get(Type::getVoidTy(F->getContext()), DomainTy,
1532                                     /* isVarArg = */ false);
1533
1534       // Note: CallTarget can be a bitcast instruction of a symbol if there are
1535       // calls to @llvm.experimental.deoptimize with different argument types in
1536       // the same module.  This is fine -- we assume the frontend knew what it
1537       // was doing when generating this kind of IR.
1538       CallTarget = F->getParent()
1539                        ->getOrInsertFunction("__llvm_deoptimize", FTy)
1540                        .getCallee();
1541
1542       IsDeoptimize = true;
1543     }
1544   }
1545
1546   // Create the statepoint given all the arguments
1547   GCStatepointInst *Token = nullptr;
1548   if (auto *CI = dyn_cast<CallInst>(Call)) {
1549     CallInst *SPCall = Builder.CreateGCStatepointCall(
1550         StatepointID, NumPatchBytes, CallTarget, Flags, CallArgs,
1551         TransitionArgs, DeoptArgs, GCArgs, "safepoint_token");
1552
1553     SPCall->setTailCallKind(CI->getTailCallKind());
1554     SPCall->setCallingConv(CI->getCallingConv());
1555
1556     // Currently we will fail on parameter attributes and on certain
1557     // function attributes.  In case if we can handle this set of attributes -
1558     // set up function attrs directly on statepoint and return attrs later for
1559     // gc_result intrinsic.
1560     SPCall->setAttributes(
1561         legalizeCallAttributes(CI->getContext(), CI->getAttributes()));
1562
1563     Token = cast<GCStatepointInst>(SPCall);
1564
1565     // Put the following gc_result and gc_relocate calls immediately after the
1566     // the old call (which we're about to delete)
1567     assert(CI->getNextNode() && "Not a terminator, must have next!");
1568     Builder.SetInsertPoint(CI->getNextNode());
1569     Builder.SetCurrentDebugLocation(CI->getNextNode()->getDebugLoc());
1570   } else {
1571     auto *II = cast<InvokeInst>(Call);
1572
1573     // Insert the new invoke into the old block.  We'll remove the old one in a
1574     // moment at which point this will become the new terminator for the
1575     // original block.
1576     InvokeInst *SPInvoke = Builder.CreateGCStatepointInvoke(
1577         StatepointID, NumPatchBytes, CallTarget, II->getNormalDest(),
1578         II->getUnwindDest(), Flags, CallArgs, TransitionArgs, DeoptArgs, GCArgs,
1579         "statepoint_token");
1580
1581     SPInvoke->setCallingConv(II->getCallingConv());
1582
1583     // Currently we will fail on parameter attributes and on certain
1584     // function attributes.  In case if we can handle this set of attributes -
1585     // set up function attrs directly on statepoint and return attrs later for
1586     // gc_result intrinsic.
1587     SPInvoke->setAttributes(
1588         legalizeCallAttributes(II->getContext(), II->getAttributes()));
1589
1590     Token = cast<GCStatepointInst>(SPInvoke);
1591
1592     // Generate gc relocates in exceptional path
1593     BasicBlock *UnwindBlock = II->getUnwindDest();
1594     assert(!isa<PHINode>(UnwindBlock->begin()) &&
1595            UnwindBlock->getUniquePredecessor() &&
1596            "can't safely insert in this block!");
1597
1598     Builder.SetInsertPoint(&*UnwindBlock->getFirstInsertionPt());
1599     Builder.SetCurrentDebugLocation(II->getDebugLoc());
1600
1601     // Attach exceptional gc relocates to the landingpad.
1602     Instruction *ExceptionalToken = UnwindBlock->getLandingPadInst();
1603     Result.UnwindToken = ExceptionalToken;
1604
1605     CreateGCRelocates(LiveVariables, BasePtrs, ExceptionalToken, Builder);
1606
1607     // Generate gc relocates and returns for normal block
1608     BasicBlock *NormalDest = II->getNormalDest();
1609     assert(!isa<PHINode>(NormalDest->begin()) &&
1610            NormalDest->getUniquePredecessor() &&
1611            "can't safely insert in this block!");
1612
1613     Builder.SetInsertPoint(&*NormalDest->getFirstInsertionPt());
1614
1615     // gc relocates will be generated later as if it were regular call
1616     // statepoint
1617   }
1618   assert(Token && "Should be set in one of the above branches!");
1619
1620   if (IsDeoptimize) {
1621     // If we're wrapping an @llvm.experimental.deoptimize in a statepoint, we
1622     // transform the tail-call like structure to a call to a void function
1623     // followed by unreachable to get better codegen.
1624     Replacements.push_back(
1625         DeferredReplacement::createDeoptimizeReplacement(Call));
1626   } else {
1627     Token->setName("statepoint_token");
1628     if (!Call->getType()->isVoidTy() && !Call->use_empty()) {
1629       StringRef Name = Call->hasName() ? Call->getName() : "";
1630       CallInst *GCResult = Builder.CreateGCResult(Token, Call->getType(), Name);
1631       GCResult->setAttributes(
1632           AttributeList::get(GCResult->getContext(), AttributeList::ReturnIndex,
1633                              Call->getAttributes().getRetAttributes()));
1634
1635       // We cannot RAUW or delete CS.getInstruction() because it could be in the
1636       // live set of some other safepoint, in which case that safepoint's
1637       // PartiallyConstructedSafepointRecord will hold a raw pointer to this
1638       // llvm::Instruction.  Instead, we defer the replacement and deletion to
1639       // after the live sets have been made explicit in the IR, and we no longer
1640       // have raw pointers to worry about.
1641       Replacements.emplace_back(
1642           DeferredReplacement::createRAUW(Call, GCResult));
1643     } else {
1644       Replacements.emplace_back(DeferredReplacement::createDelete(Call));
1645     }
1646   }
1647
1648   Result.StatepointToken = Token;
1649
1650   // Second, create a gc.relocate for every live variable
1651   CreateGCRelocates(LiveVariables, BasePtrs, Token, Builder);
1652 }
1653
1654 // Replace an existing gc.statepoint with a new one and a set of gc.relocates
1655 // which make the relocations happening at this safepoint explicit.
1656 //
1657 // WARNING: Does not do any fixup to adjust users of the original live
1658 // values.  That's the callers responsibility.
1659 static void
1660 makeStatepointExplicit(DominatorTree &DT, CallBase *Call,
1661                        PartiallyConstructedSafepointRecord &Result,
1662                        std::vector<DeferredReplacement> &Replacements) {
1663   const auto &LiveSet = Result.LiveSet;
1664   const auto &PointerToBase = Result.PointerToBase;
1665
1666   // Convert to vector for efficient cross referencing.
1667   SmallVector<Value *, 64> BaseVec, LiveVec;
1668   LiveVec.reserve(LiveSet.size());
1669   BaseVec.reserve(LiveSet.size());
1670   for (Value *L : LiveSet) {
1671     LiveVec.push_back(L);
1672     assert(PointerToBase.count(L));
1673     Value *Base = PointerToBase.find(L)->second;
1674     BaseVec.push_back(Base);
1675   }
1676   assert(LiveVec.size() == BaseVec.size());
1677
1678   // Do the actual rewriting and delete the old statepoint
1679   makeStatepointExplicitImpl(Call, BaseVec, LiveVec, Result, Replacements);
1680 }
1681
1682 // Helper function for the relocationViaAlloca.
1683 //
1684 // It receives iterator to the statepoint gc relocates and emits a store to the
1685 // assigned location (via allocaMap) for the each one of them.  It adds the
1686 // visited values into the visitedLiveValues set, which we will later use them
1687 // for sanity checking.
1688 static void
1689 insertRelocationStores(iterator_range<Value::user_iterator> GCRelocs,
1690                        DenseMap<Value *, AllocaInst *> &AllocaMap,
1691                        DenseSet<Value *> &VisitedLiveValues) {
1692   for (User *U : GCRelocs) {
1693     GCRelocateInst *Relocate = dyn_cast<GCRelocateInst>(U);
1694     if (!Relocate)
1695       continue;
1696
1697     Value *OriginalValue = Relocate->getDerivedPtr();
1698     assert(AllocaMap.count(OriginalValue));
1699     Value *Alloca = AllocaMap[OriginalValue];
1700
1701     // Emit store into the related alloca
1702     // All gc_relocates are i8 addrspace(1)* typed, and it must be bitcasted to
1703     // the correct type according to alloca.
1704     assert(Relocate->getNextNode() &&
1705            "Should always have one since it's not a terminator");
1706     IRBuilder<> Builder(Relocate->getNextNode());
1707     Value *CastedRelocatedValue =
1708       Builder.CreateBitCast(Relocate,
1709                             cast<AllocaInst>(Alloca)->getAllocatedType(),
1710                             suffixed_name_or(Relocate, ".casted", ""));
1711
1712     new StoreInst(CastedRelocatedValue, Alloca,
1713                   cast<Instruction>(CastedRelocatedValue)->getNextNode());
1714
1715 #ifndef NDEBUG
1716     VisitedLiveValues.insert(OriginalValue);
1717 #endif
1718   }
1719 }
1720
1721 // Helper function for the "relocationViaAlloca". Similar to the
1722 // "insertRelocationStores" but works for rematerialized values.
1723 static void insertRematerializationStores(
1724     const RematerializedValueMapTy &RematerializedValues,
1725     DenseMap<Value *, AllocaInst *> &AllocaMap,
1726     DenseSet<Value *> &VisitedLiveValues) {
1727   for (auto RematerializedValuePair: RematerializedValues) {
1728     Instruction *RematerializedValue = RematerializedValuePair.first;
1729     Value *OriginalValue = RematerializedValuePair.second;
1730
1731     assert(AllocaMap.count(OriginalValue) &&
1732            "Can not find alloca for rematerialized value");
1733     Value *Alloca = AllocaMap[OriginalValue];
1734
1735     new StoreInst(RematerializedValue, Alloca,
1736                   RematerializedValue->getNextNode());
1737
1738 #ifndef NDEBUG
1739     VisitedLiveValues.insert(OriginalValue);
1740 #endif
1741   }
1742 }
1743
1744 /// Do all the relocation update via allocas and mem2reg
1745 static void relocationViaAlloca(
1746     Function &F, DominatorTree &DT, ArrayRef<Value *> Live,
1747     ArrayRef<PartiallyConstructedSafepointRecord> Records) {
1748 #ifndef NDEBUG
1749   // record initial number of (static) allocas; we'll check we have the same
1750   // number when we get done.
1751   int InitialAllocaNum = 0;
1752   for (Instruction &I : F.getEntryBlock())
1753     if (isa<AllocaInst>(I))
1754       InitialAllocaNum++;
1755 #endif
1756
1757   // TODO-PERF: change data structures, reserve
1758   DenseMap<Value *, AllocaInst *> AllocaMap;
1759   SmallVector<AllocaInst *, 200> PromotableAllocas;
1760   // Used later to chack that we have enough allocas to store all values
1761   std::size_t NumRematerializedValues = 0;
1762   PromotableAllocas.reserve(Live.size());
1763
1764   // Emit alloca for "LiveValue" and record it in "allocaMap" and
1765   // "PromotableAllocas"
1766   const DataLayout &DL = F.getParent()->getDataLayout();
1767   auto emitAllocaFor = [&](Value *LiveValue) {
1768     AllocaInst *Alloca = new AllocaInst(LiveValue->getType(),
1769                                         DL.getAllocaAddrSpace(), "",
1770                                         F.getEntryBlock().getFirstNonPHI());
1771     AllocaMap[LiveValue] = Alloca;
1772     PromotableAllocas.push_back(Alloca);
1773   };
1774
1775   // Emit alloca for each live gc pointer
1776   for (Value *V : Live)
1777     emitAllocaFor(V);
1778
1779   // Emit allocas for rematerialized values
1780   for (const auto &Info : Records)
1781     for (auto RematerializedValuePair : Info.RematerializedValues) {
1782       Value *OriginalValue = RematerializedValuePair.second;
1783       if (AllocaMap.count(OriginalValue) != 0)
1784         continue;
1785
1786       emitAllocaFor(OriginalValue);
1787       ++NumRematerializedValues;
1788     }
1789
1790   // The next two loops are part of the same conceptual operation.  We need to
1791   // insert a store to the alloca after the original def and at each
1792   // redefinition.  We need to insert a load before each use.  These are split
1793   // into distinct loops for performance reasons.
1794
1795   // Update gc pointer after each statepoint: either store a relocated value or
1796   // null (if no relocated value was found for this gc pointer and it is not a
1797   // gc_result).  This must happen before we update the statepoint with load of
1798   // alloca otherwise we lose the link between statepoint and old def.
1799   for (const auto &Info : Records) {
1800     Value *Statepoint = Info.StatepointToken;
1801
1802     // This will be used for consistency check
1803     DenseSet<Value *> VisitedLiveValues;
1804
1805     // Insert stores for normal statepoint gc relocates
1806     insertRelocationStores(Statepoint->users(), AllocaMap, VisitedLiveValues);
1807
1808     // In case if it was invoke statepoint
1809     // we will insert stores for exceptional path gc relocates.
1810     if (isa<InvokeInst>(Statepoint)) {
1811       insertRelocationStores(Info.UnwindToken->users(), AllocaMap,
1812                              VisitedLiveValues);
1813     }
1814
1815     // Do similar thing with rematerialized values
1816     insertRematerializationStores(Info.RematerializedValues, AllocaMap,
1817                                   VisitedLiveValues);
1818
1819     if (ClobberNonLive) {
1820       // As a debugging aid, pretend that an unrelocated pointer becomes null at
1821       // the gc.statepoint.  This will turn some subtle GC problems into
1822       // slightly easier to debug SEGVs.  Note that on large IR files with
1823       // lots of gc.statepoints this is extremely costly both memory and time
1824       // wise.
1825       SmallVector<AllocaInst *, 64> ToClobber;
1826       for (auto Pair : AllocaMap) {
1827         Value *Def = Pair.first;
1828         AllocaInst *Alloca = Pair.second;
1829
1830         // This value was relocated
1831         if (VisitedLiveValues.count(Def)) {
1832           continue;
1833         }
1834         ToClobber.push_back(Alloca);
1835       }
1836
1837       auto InsertClobbersAt = [&](Instruction *IP) {
1838         for (auto *AI : ToClobber) {
1839           auto PT = cast<PointerType>(AI->getAllocatedType());
1840           Constant *CPN = ConstantPointerNull::get(PT);
1841           new StoreInst(CPN, AI, IP);
1842         }
1843       };
1844
1845       // Insert the clobbering stores.  These may get intermixed with the
1846       // gc.results and gc.relocates, but that's fine.
1847       if (auto II = dyn_cast<InvokeInst>(Statepoint)) {
1848         InsertClobbersAt(&*II->getNormalDest()->getFirstInsertionPt());
1849         InsertClobbersAt(&*II->getUnwindDest()->getFirstInsertionPt());
1850       } else {
1851         InsertClobbersAt(cast<Instruction>(Statepoint)->getNextNode());
1852       }
1853     }
1854   }
1855
1856   // Update use with load allocas and add store for gc_relocated.
1857   for (auto Pair : AllocaMap) {
1858     Value *Def = Pair.first;
1859     AllocaInst *Alloca = Pair.second;
1860
1861     // We pre-record the uses of allocas so that we dont have to worry about
1862     // later update that changes the user information..
1863
1864     SmallVector<Instruction *, 20> Uses;
1865     // PERF: trade a linear scan for repeated reallocation
1866     Uses.reserve(Def->getNumUses());
1867     for (User *U : Def->users()) {
1868       if (!isa<ConstantExpr>(U)) {
1869         // If the def has a ConstantExpr use, then the def is either a
1870         // ConstantExpr use itself or null.  In either case
1871         // (recursively in the first, directly in the second), the oop
1872         // it is ultimately dependent on is null and this particular
1873         // use does not need to be fixed up.
1874         Uses.push_back(cast<Instruction>(U));
1875       }
1876     }
1877
1878     llvm::sort(Uses);
1879     auto Last = std::unique(Uses.begin(), Uses.end());
1880     Uses.erase(Last, Uses.end());
1881
1882     for (Instruction *Use : Uses) {
1883       if (isa<PHINode>(Use)) {
1884         PHINode *Phi = cast<PHINode>(Use);
1885         for (unsigned i = 0; i < Phi->getNumIncomingValues(); i++) {
1886           if (Def == Phi->getIncomingValue(i)) {
1887             LoadInst *Load =
1888                 new LoadInst(Alloca->getAllocatedType(), Alloca, "",
1889                              Phi->getIncomingBlock(i)->getTerminator());
1890             Phi->setIncomingValue(i, Load);
1891           }
1892         }
1893       } else {
1894         LoadInst *Load =
1895             new LoadInst(Alloca->getAllocatedType(), Alloca, "", Use);
1896         Use->replaceUsesOfWith(Def, Load);
1897       }
1898     }
1899
1900     // Emit store for the initial gc value.  Store must be inserted after load,
1901     // otherwise store will be in alloca's use list and an extra load will be
1902     // inserted before it.
1903     StoreInst *Store = new StoreInst(Def, Alloca, /*volatile*/ false,
1904                                      DL.getABITypeAlign(Def->getType()));
1905     if (Instruction *Inst = dyn_cast<Instruction>(Def)) {
1906       if (InvokeInst *Invoke = dyn_cast<InvokeInst>(Inst)) {
1907         // InvokeInst is a terminator so the store need to be inserted into its
1908         // normal destination block.
1909         BasicBlock *NormalDest = Invoke->getNormalDest();
1910         Store->insertBefore(NormalDest->getFirstNonPHI());
1911       } else {
1912         assert(!Inst->isTerminator() &&
1913                "The only terminator that can produce a value is "
1914                "InvokeInst which is handled above.");
1915         Store->insertAfter(Inst);
1916       }
1917     } else {
1918       assert(isa<Argument>(Def));
1919       Store->insertAfter(cast<Instruction>(Alloca));
1920     }
1921   }
1922
1923   assert(PromotableAllocas.size() == Live.size() + NumRematerializedValues &&
1924          "we must have the same allocas with lives");
1925   if (!PromotableAllocas.empty()) {
1926     // Apply mem2reg to promote alloca to SSA
1927     PromoteMemToReg(PromotableAllocas, DT);
1928   }
1929
1930 #ifndef NDEBUG
1931   for (auto &I : F.getEntryBlock())
1932     if (isa<AllocaInst>(I))
1933       InitialAllocaNum--;
1934   assert(InitialAllocaNum == 0 && "We must not introduce any extra allocas");
1935 #endif
1936 }
1937
1938 /// Implement a unique function which doesn't require we sort the input
1939 /// vector.  Doing so has the effect of changing the output of a couple of
1940 /// tests in ways which make them less useful in testing fused safepoints.
1941 template <typename T> static void unique_unsorted(SmallVectorImpl<T> &Vec) {
1942   SmallSet<T, 8> Seen;
1943   Vec.erase(remove_if(Vec, [&](const T &V) { return !Seen.insert(V).second; }),
1944             Vec.end());
1945 }
1946
1947 /// Insert holders so that each Value is obviously live through the entire
1948 /// lifetime of the call.
1949 static void insertUseHolderAfter(CallBase *Call, const ArrayRef<Value *> Values,
1950                                  SmallVectorImpl<CallInst *> &Holders) {
1951   if (Values.empty())
1952     // No values to hold live, might as well not insert the empty holder
1953     return;
1954
1955   Module *M = Call->getModule();
1956   // Use a dummy vararg function to actually hold the values live
1957   FunctionCallee Func = M->getOrInsertFunction(
1958       "__tmp_use", FunctionType::get(Type::getVoidTy(M->getContext()), true));
1959   if (isa<CallInst>(Call)) {
1960     // For call safepoints insert dummy calls right after safepoint
1961     Holders.push_back(
1962         CallInst::Create(Func, Values, "", &*++Call->getIterator()));
1963     return;
1964   }
1965   // For invoke safepooints insert dummy calls both in normal and
1966   // exceptional destination blocks
1967   auto *II = cast<InvokeInst>(Call);
1968   Holders.push_back(CallInst::Create(
1969       Func, Values, "", &*II->getNormalDest()->getFirstInsertionPt()));
1970   Holders.push_back(CallInst::Create(
1971       Func, Values, "", &*II->getUnwindDest()->getFirstInsertionPt()));
1972 }
1973
1974 static void findLiveReferences(
1975     Function &F, DominatorTree &DT, ArrayRef<CallBase *> toUpdate,
1976     MutableArrayRef<struct PartiallyConstructedSafepointRecord> records) {
1977   GCPtrLivenessData OriginalLivenessData;
1978   computeLiveInValues(DT, F, OriginalLivenessData);
1979   for (size_t i = 0; i < records.size(); i++) {
1980     struct PartiallyConstructedSafepointRecord &info = records[i];
1981     analyzeParsePointLiveness(DT, OriginalLivenessData, toUpdate[i], info);
1982   }
1983 }
1984
1985 // Helper function for the "rematerializeLiveValues". It walks use chain
1986 // starting from the "CurrentValue" until it reaches the root of the chain, i.e.
1987 // the base or a value it cannot process. Only "simple" values are processed
1988 // (currently it is GEP's and casts). The returned root is  examined by the
1989 // callers of findRematerializableChainToBasePointer.  Fills "ChainToBase" array
1990 // with all visited values.
1991 static Value* findRematerializableChainToBasePointer(
1992   SmallVectorImpl<Instruction*> &ChainToBase,
1993   Value *CurrentValue) {
1994   if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(CurrentValue)) {
1995     ChainToBase.push_back(GEP);
1996     return findRematerializableChainToBasePointer(ChainToBase,
1997                                                   GEP->getPointerOperand());
1998   }
1999
2000   if (CastInst *CI = dyn_cast<CastInst>(CurrentValue)) {
2001     if (!CI->isNoopCast(CI->getModule()->getDataLayout()))
2002       return CI;
2003
2004     ChainToBase.push_back(CI);
2005     return findRematerializableChainToBasePointer(ChainToBase,
2006                                                   CI->getOperand(0));
2007   }
2008
2009   // We have reached the root of the chain, which is either equal to the base or
2010   // is the first unsupported value along the use chain.
2011   return CurrentValue;
2012 }
2013
2014 // Helper function for the "rematerializeLiveValues". Compute cost of the use
2015 // chain we are going to rematerialize.
2016 static unsigned
2017 chainToBasePointerCost(SmallVectorImpl<Instruction*> &Chain,
2018                        TargetTransformInfo &TTI) {
2019   unsigned Cost = 0;
2020
2021   for (Instruction *Instr : Chain) {
2022     if (CastInst *CI = dyn_cast<CastInst>(Instr)) {
2023       assert(CI->isNoopCast(CI->getModule()->getDataLayout()) &&
2024              "non noop cast is found during rematerialization");
2025
2026       Type *SrcTy = CI->getOperand(0)->getType();
2027       Cost += TTI.getCastInstrCost(CI->getOpcode(), CI->getType(), SrcTy,
2028                                    TargetTransformInfo::TCK_SizeAndLatency,
2029                                    CI);
2030
2031     } else if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(Instr)) {
2032       // Cost of the address calculation
2033       Type *ValTy = GEP->getSourceElementType();
2034       Cost += TTI.getAddressComputationCost(ValTy);
2035
2036       // And cost of the GEP itself
2037       // TODO: Use TTI->getGEPCost here (it exists, but appears to be not
2038       //       allowed for the external usage)
2039       if (!GEP->hasAllConstantIndices())
2040         Cost += 2;
2041
2042     } else {
2043       llvm_unreachable("unsupported instruction type during rematerialization");
2044     }
2045   }
2046
2047   return Cost;
2048 }
2049
2050 static bool AreEquivalentPhiNodes(PHINode &OrigRootPhi, PHINode &AlternateRootPhi) {
2051   unsigned PhiNum = OrigRootPhi.getNumIncomingValues();
2052   if (PhiNum != AlternateRootPhi.getNumIncomingValues() ||
2053       OrigRootPhi.getParent() != AlternateRootPhi.getParent())
2054     return false;
2055   // Map of incoming values and their corresponding basic blocks of
2056   // OrigRootPhi.
2057   SmallDenseMap<Value *, BasicBlock *, 8> CurrentIncomingValues;
2058   for (unsigned i = 0; i < PhiNum; i++)
2059     CurrentIncomingValues[OrigRootPhi.getIncomingValue(i)] =
2060         OrigRootPhi.getIncomingBlock(i);
2061
2062   // Both current and base PHIs should have same incoming values and
2063   // the same basic blocks corresponding to the incoming values.
2064   for (unsigned i = 0; i < PhiNum; i++) {
2065     auto CIVI =
2066         CurrentIncomingValues.find(AlternateRootPhi.getIncomingValue(i));
2067     if (CIVI == CurrentIncomingValues.end())
2068       return false;
2069     BasicBlock *CurrentIncomingBB = CIVI->second;
2070     if (CurrentIncomingBB != AlternateRootPhi.getIncomingBlock(i))
2071       return false;
2072   }
2073   return true;
2074 }
2075
2076 // From the statepoint live set pick values that are cheaper to recompute then
2077 // to relocate. Remove this values from the live set, rematerialize them after
2078 // statepoint and record them in "Info" structure. Note that similar to
2079 // relocated values we don't do any user adjustments here.
2080 static void rematerializeLiveValues(CallBase *Call,
2081                                     PartiallyConstructedSafepointRecord &Info,
2082                                     TargetTransformInfo &TTI) {
2083   const unsigned int ChainLengthThreshold = 10;
2084
2085   // Record values we are going to delete from this statepoint live set.
2086   // We can not di this in following loop due to iterator invalidation.
2087   SmallVector<Value *, 32> LiveValuesToBeDeleted;
2088
2089   for (Value *LiveValue: Info.LiveSet) {
2090     // For each live pointer find its defining chain
2091     SmallVector<Instruction *, 3> ChainToBase;
2092     assert(Info.PointerToBase.count(LiveValue));
2093     Value *RootOfChain =
2094       findRematerializableChainToBasePointer(ChainToBase,
2095                                              LiveValue);
2096
2097     // Nothing to do, or chain is too long
2098     if ( ChainToBase.size() == 0 ||
2099         ChainToBase.size() > ChainLengthThreshold)
2100       continue;
2101
2102     // Handle the scenario where the RootOfChain is not equal to the
2103     // Base Value, but they are essentially the same phi values.
2104     if (RootOfChain != Info.PointerToBase[LiveValue]) {
2105       PHINode *OrigRootPhi = dyn_cast<PHINode>(RootOfChain);
2106       PHINode *AlternateRootPhi = dyn_cast<PHINode>(Info.PointerToBase[LiveValue]);
2107       if (!OrigRootPhi || !AlternateRootPhi)
2108         continue;
2109       // PHI nodes that have the same incoming values, and belonging to the same
2110       // basic blocks are essentially the same SSA value.  When the original phi
2111       // has incoming values with different base pointers, the original phi is
2112       // marked as conflict, and an additional `AlternateRootPhi` with the same
2113       // incoming values get generated by the findBasePointer function. We need
2114       // to identify the newly generated AlternateRootPhi (.base version of phi)
2115       // and RootOfChain (the original phi node itself) are the same, so that we
2116       // can rematerialize the gep and casts. This is a workaround for the
2117       // deficiency in the findBasePointer algorithm.
2118       if (!AreEquivalentPhiNodes(*OrigRootPhi, *AlternateRootPhi))
2119         continue;
2120       // Now that the phi nodes are proved to be the same, assert that
2121       // findBasePointer's newly generated AlternateRootPhi is present in the
2122       // liveset of the call.
2123       assert(Info.LiveSet.count(AlternateRootPhi));
2124     }
2125     // Compute cost of this chain
2126     unsigned Cost = chainToBasePointerCost(ChainToBase, TTI);
2127     // TODO: We can also account for cases when we will be able to remove some
2128     //       of the rematerialized values by later optimization passes. I.e if
2129     //       we rematerialized several intersecting chains. Or if original values
2130     //       don't have any uses besides this statepoint.
2131
2132     // For invokes we need to rematerialize each chain twice - for normal and
2133     // for unwind basic blocks. Model this by multiplying cost by two.
2134     if (isa<InvokeInst>(Call)) {
2135       Cost *= 2;
2136     }
2137     // If it's too expensive - skip it
2138     if (Cost >= RematerializationThreshold)
2139       continue;
2140
2141     // Remove value from the live set
2142     LiveValuesToBeDeleted.push_back(LiveValue);
2143
2144     // Clone instructions and record them inside "Info" structure
2145
2146     // Walk backwards to visit top-most instructions first
2147     std::reverse(ChainToBase.begin(), ChainToBase.end());
2148
2149     // Utility function which clones all instructions from "ChainToBase"
2150     // and inserts them before "InsertBefore". Returns rematerialized value
2151     // which should be used after statepoint.
2152     auto rematerializeChain = [&ChainToBase](
2153         Instruction *InsertBefore, Value *RootOfChain, Value *AlternateLiveBase) {
2154       Instruction *LastClonedValue = nullptr;
2155       Instruction *LastValue = nullptr;
2156       for (Instruction *Instr: ChainToBase) {
2157         // Only GEP's and casts are supported as we need to be careful to not
2158         // introduce any new uses of pointers not in the liveset.
2159         // Note that it's fine to introduce new uses of pointers which were
2160         // otherwise not used after this statepoint.
2161         assert(isa<GetElementPtrInst>(Instr) || isa<CastInst>(Instr));
2162
2163         Instruction *ClonedValue = Instr->clone();
2164         ClonedValue->insertBefore(InsertBefore);
2165         ClonedValue->setName(Instr->getName() + ".remat");
2166
2167         // If it is not first instruction in the chain then it uses previously
2168         // cloned value. We should update it to use cloned value.
2169         if (LastClonedValue) {
2170           assert(LastValue);
2171           ClonedValue->replaceUsesOfWith(LastValue, LastClonedValue);
2172 #ifndef NDEBUG
2173           for (auto OpValue : ClonedValue->operand_values()) {
2174             // Assert that cloned instruction does not use any instructions from
2175             // this chain other than LastClonedValue
2176             assert(!is_contained(ChainToBase, OpValue) &&
2177                    "incorrect use in rematerialization chain");
2178             // Assert that the cloned instruction does not use the RootOfChain
2179             // or the AlternateLiveBase.
2180             assert(OpValue != RootOfChain && OpValue != AlternateLiveBase);
2181           }
2182 #endif
2183         } else {
2184           // For the first instruction, replace the use of unrelocated base i.e.
2185           // RootOfChain/OrigRootPhi, with the corresponding PHI present in the
2186           // live set. They have been proved to be the same PHI nodes.  Note
2187           // that the *only* use of the RootOfChain in the ChainToBase list is
2188           // the first Value in the list.
2189           if (RootOfChain != AlternateLiveBase)
2190             ClonedValue->replaceUsesOfWith(RootOfChain, AlternateLiveBase);
2191         }
2192
2193         LastClonedValue = ClonedValue;
2194         LastValue = Instr;
2195       }
2196       assert(LastClonedValue);
2197       return LastClonedValue;
2198     };
2199
2200     // Different cases for calls and invokes. For invokes we need to clone
2201     // instructions both on normal and unwind path.
2202     if (isa<CallInst>(Call)) {
2203       Instruction *InsertBefore = Call->getNextNode();
2204       assert(InsertBefore);
2205       Instruction *RematerializedValue = rematerializeChain(
2206           InsertBefore, RootOfChain, Info.PointerToBase[LiveValue]);
2207       Info.RematerializedValues[RematerializedValue] = LiveValue;
2208     } else {
2209       auto *Invoke = cast<InvokeInst>(Call);
2210
2211       Instruction *NormalInsertBefore =
2212           &*Invoke->getNormalDest()->getFirstInsertionPt();
2213       Instruction *UnwindInsertBefore =
2214           &*Invoke->getUnwindDest()->getFirstInsertionPt();
2215
2216       Instruction *NormalRematerializedValue = rematerializeChain(
2217           NormalInsertBefore, RootOfChain, Info.PointerToBase[LiveValue]);
2218       Instruction *UnwindRematerializedValue = rematerializeChain(
2219           UnwindInsertBefore, RootOfChain, Info.PointerToBase[LiveValue]);
2220
2221       Info.RematerializedValues[NormalRematerializedValue] = LiveValue;
2222       Info.RematerializedValues[UnwindRematerializedValue] = LiveValue;
2223     }
2224   }
2225
2226   // Remove rematerializaed values from the live set
2227   for (auto LiveValue: LiveValuesToBeDeleted) {
2228     Info.LiveSet.remove(LiveValue);
2229   }
2230 }
2231
2232 static bool insertParsePoints(Function &F, DominatorTree &DT,
2233                               TargetTransformInfo &TTI,
2234                               SmallVectorImpl<CallBase *> &ToUpdate) {
2235 #ifndef NDEBUG
2236   // sanity check the input
2237   std::set<CallBase *> Uniqued;
2238   Uniqued.insert(ToUpdate.begin(), ToUpdate.end());
2239   assert(Uniqued.size() == ToUpdate.size() && "no duplicates please!");
2240
2241   for (CallBase *Call : ToUpdate)
2242     assert(Call->getFunction() == &F);
2243 #endif
2244
2245   // When inserting gc.relocates for invokes, we need to be able to insert at
2246   // the top of the successor blocks.  See the comment on
2247   // normalForInvokeSafepoint on exactly what is needed.  Note that this step
2248   // may restructure the CFG.
2249   for (CallBase *Call : ToUpdate) {
2250     auto *II = dyn_cast<InvokeInst>(Call);
2251     if (!II)
2252       continue;
2253     normalizeForInvokeSafepoint(II->getNormalDest(), II->getParent(), DT);
2254     normalizeForInvokeSafepoint(II->getUnwindDest(), II->getParent(), DT);
2255   }
2256
2257   // A list of dummy calls added to the IR to keep various values obviously
2258   // live in the IR.  We'll remove all of these when done.
2259   SmallVector<CallInst *, 64> Holders;
2260
2261   // Insert a dummy call with all of the deopt operands we'll need for the
2262   // actual safepoint insertion as arguments.  This ensures reference operands
2263   // in the deopt argument list are considered live through the safepoint (and
2264   // thus makes sure they get relocated.)
2265   for (CallBase *Call : ToUpdate) {
2266     SmallVector<Value *, 64> DeoptValues;
2267
2268     for (Value *Arg : GetDeoptBundleOperands(Call)) {
2269       assert(!isUnhandledGCPointerType(Arg->getType()) &&
2270              "support for FCA unimplemented");
2271       if (isHandledGCPointerType(Arg->getType()))
2272         DeoptValues.push_back(Arg);
2273     }
2274
2275     insertUseHolderAfter(Call, DeoptValues, Holders);
2276   }
2277
2278   SmallVector<PartiallyConstructedSafepointRecord, 64> Records(ToUpdate.size());
2279
2280   // A) Identify all gc pointers which are statically live at the given call
2281   // site.
2282   findLiveReferences(F, DT, ToUpdate, Records);
2283
2284   // B) Find the base pointers for each live pointer
2285   /* scope for caching */ {
2286     // Cache the 'defining value' relation used in the computation and
2287     // insertion of base phis and selects.  This ensures that we don't insert
2288     // large numbers of duplicate base_phis.
2289     DefiningValueMapTy DVCache;
2290
2291     for (size_t i = 0; i < Records.size(); i++) {
2292       PartiallyConstructedSafepointRecord &info = Records[i];
2293       findBasePointers(DT, DVCache, ToUpdate[i], info);
2294     }
2295   } // end of cache scope
2296
2297   // The base phi insertion logic (for any safepoint) may have inserted new
2298   // instructions which are now live at some safepoint.  The simplest such
2299   // example is:
2300   // loop:
2301   //   phi a  <-- will be a new base_phi here
2302   //   safepoint 1 <-- that needs to be live here
2303   //   gep a + 1
2304   //   safepoint 2
2305   //   br loop
2306   // We insert some dummy calls after each safepoint to definitely hold live
2307   // the base pointers which were identified for that safepoint.  We'll then
2308   // ask liveness for _every_ base inserted to see what is now live.  Then we
2309   // remove the dummy calls.
2310   Holders.reserve(Holders.size() + Records.size());
2311   for (size_t i = 0; i < Records.size(); i++) {
2312     PartiallyConstructedSafepointRecord &Info = Records[i];
2313
2314     SmallVector<Value *, 128> Bases;
2315     for (auto Pair : Info.PointerToBase)
2316       Bases.push_back(Pair.second);
2317
2318     insertUseHolderAfter(ToUpdate[i], Bases, Holders);
2319   }
2320
2321   // By selecting base pointers, we've effectively inserted new uses. Thus, we
2322   // need to rerun liveness.  We may *also* have inserted new defs, but that's
2323   // not the key issue.
2324   recomputeLiveInValues(F, DT, ToUpdate, Records);
2325
2326   if (PrintBasePointers) {
2327     for (auto &Info : Records) {
2328       errs() << "Base Pairs: (w/Relocation)\n";
2329       for (auto Pair : Info.PointerToBase) {
2330         errs() << " derived ";
2331         Pair.first->printAsOperand(errs(), false);
2332         errs() << " base ";
2333         Pair.second->printAsOperand(errs(), false);
2334         errs() << "\n";
2335       }
2336     }
2337   }
2338
2339   // It is possible that non-constant live variables have a constant base.  For
2340   // example, a GEP with a variable offset from a global.  In this case we can
2341   // remove it from the liveset.  We already don't add constants to the liveset
2342   // because we assume they won't move at runtime and the GC doesn't need to be
2343   // informed about them.  The same reasoning applies if the base is constant.
2344   // Note that the relocation placement code relies on this filtering for
2345   // correctness as it expects the base to be in the liveset, which isn't true
2346   // if the base is constant.
2347   for (auto &Info : Records)
2348     for (auto &BasePair : Info.PointerToBase)
2349       if (isa<Constant>(BasePair.second))
2350         Info.LiveSet.remove(BasePair.first);
2351
2352   for (CallInst *CI : Holders)
2353     CI->eraseFromParent();
2354
2355   Holders.clear();
2356
2357   // In order to reduce live set of statepoint we might choose to rematerialize
2358   // some values instead of relocating them. This is purely an optimization and
2359   // does not influence correctness.
2360   for (size_t i = 0; i < Records.size(); i++)
2361     rematerializeLiveValues(ToUpdate[i], Records[i], TTI);
2362
2363   // We need this to safely RAUW and delete call or invoke return values that
2364   // may themselves be live over a statepoint.  For details, please see usage in
2365   // makeStatepointExplicitImpl.
2366   std::vector<DeferredReplacement> Replacements;
2367
2368   // Now run through and replace the existing statepoints with new ones with
2369   // the live variables listed.  We do not yet update uses of the values being
2370   // relocated. We have references to live variables that need to
2371   // survive to the last iteration of this loop.  (By construction, the
2372   // previous statepoint can not be a live variable, thus we can and remove
2373   // the old statepoint calls as we go.)
2374   for (size_t i = 0; i < Records.size(); i++)
2375     makeStatepointExplicit(DT, ToUpdate[i], Records[i], Replacements);
2376
2377   ToUpdate.clear(); // prevent accident use of invalid calls.
2378
2379   for (auto &PR : Replacements)
2380     PR.doReplacement();
2381
2382   Replacements.clear();
2383
2384   for (auto &Info : Records) {
2385     // These live sets may contain state Value pointers, since we replaced calls
2386     // with operand bundles with calls wrapped in gc.statepoint, and some of
2387     // those calls may have been def'ing live gc pointers.  Clear these out to
2388     // avoid accidentally using them.
2389     //
2390     // TODO: We should create a separate data structure that does not contain
2391     // these live sets, and migrate to using that data structure from this point
2392     // onward.
2393     Info.LiveSet.clear();
2394     Info.PointerToBase.clear();
2395   }
2396
2397   // Do all the fixups of the original live variables to their relocated selves
2398   SmallVector<Value *, 128> Live;
2399   for (size_t i = 0; i < Records.size(); i++) {
2400     PartiallyConstructedSafepointRecord &Info = Records[i];
2401
2402     // We can't simply save the live set from the original insertion.  One of
2403     // the live values might be the result of a call which needs a safepoint.
2404     // That Value* no longer exists and we need to use the new gc_result.
2405     // Thankfully, the live set is embedded in the statepoint (and updated), so
2406     // we just grab that.
2407     Live.insert(Live.end(), Info.StatepointToken->gc_args_begin(),
2408                 Info.StatepointToken->gc_args_end());
2409 #ifndef NDEBUG
2410     // Do some basic sanity checks on our liveness results before performing
2411     // relocation.  Relocation can and will turn mistakes in liveness results
2412     // into non-sensical code which is must harder to debug.
2413     // TODO: It would be nice to test consistency as well
2414     assert(DT.isReachableFromEntry(Info.StatepointToken->getParent()) &&
2415            "statepoint must be reachable or liveness is meaningless");
2416     for (Value *V : Info.StatepointToken->gc_args()) {
2417       if (!isa<Instruction>(V))
2418         // Non-instruction values trivial dominate all possible uses
2419         continue;
2420       auto *LiveInst = cast<Instruction>(V);
2421       assert(DT.isReachableFromEntry(LiveInst->getParent()) &&
2422              "unreachable values should never be live");
2423       assert(DT.dominates(LiveInst, Info.StatepointToken) &&
2424              "basic SSA liveness expectation violated by liveness analysis");
2425     }
2426 #endif
2427   }
2428   unique_unsorted(Live);
2429
2430 #ifndef NDEBUG
2431   // sanity check
2432   for (auto *Ptr : Live)
2433     assert(isHandledGCPointerType(Ptr->getType()) &&
2434            "must be a gc pointer type");
2435 #endif
2436
2437   relocationViaAlloca(F, DT, Live, Records);
2438   return !Records.empty();
2439 }
2440
2441 // Handles both return values and arguments for Functions and calls.
2442 template <typename AttrHolder>
2443 static void RemoveNonValidAttrAtIndex(LLVMContext &Ctx, AttrHolder &AH,
2444                                       unsigned Index) {
2445   AttrBuilder R;
2446   if (AH.getDereferenceableBytes(Index))
2447     R.addAttribute(Attribute::get(Ctx, Attribute::Dereferenceable,
2448                                   AH.getDereferenceableBytes(Index)));
2449   if (AH.getDereferenceableOrNullBytes(Index))
2450     R.addAttribute(Attribute::get(Ctx, Attribute::DereferenceableOrNull,
2451                                   AH.getDereferenceableOrNullBytes(Index)));
2452   if (AH.getAttributes().hasAttribute(Index, Attribute::NoAlias))
2453     R.addAttribute(Attribute::NoAlias);
2454
2455   if (!R.empty())
2456     AH.setAttributes(AH.getAttributes().removeAttributes(Ctx, Index, R));
2457 }
2458
2459 static void stripNonValidAttributesFromPrototype(Function &F) {
2460   LLVMContext &Ctx = F.getContext();
2461
2462   for (Argument &A : F.args())
2463     if (isa<PointerType>(A.getType()))
2464       RemoveNonValidAttrAtIndex(Ctx, F,
2465                                 A.getArgNo() + AttributeList::FirstArgIndex);
2466
2467   if (isa<PointerType>(F.getReturnType()))
2468     RemoveNonValidAttrAtIndex(Ctx, F, AttributeList::ReturnIndex);
2469 }
2470
2471 /// Certain metadata on instructions are invalid after running RS4GC.
2472 /// Optimizations that run after RS4GC can incorrectly use this metadata to
2473 /// optimize functions. We drop such metadata on the instruction.
2474 static void stripInvalidMetadataFromInstruction(Instruction &I) {
2475   if (!isa<LoadInst>(I) && !isa<StoreInst>(I))
2476     return;
2477   // These are the attributes that are still valid on loads and stores after
2478   // RS4GC.
2479   // The metadata implying dereferenceability and noalias are (conservatively)
2480   // dropped.  This is because semantically, after RewriteStatepointsForGC runs,
2481   // all calls to gc.statepoint "free" the entire heap. Also, gc.statepoint can
2482   // touch the entire heap including noalias objects. Note: The reasoning is
2483   // same as stripping the dereferenceability and noalias attributes that are
2484   // analogous to the metadata counterparts.
2485   // We also drop the invariant.load metadata on the load because that metadata
2486   // implies the address operand to the load points to memory that is never
2487   // changed once it became dereferenceable. This is no longer true after RS4GC.
2488   // Similar reasoning applies to invariant.group metadata, which applies to
2489   // loads within a group.
2490   unsigned ValidMetadataAfterRS4GC[] = {LLVMContext::MD_tbaa,
2491                          LLVMContext::MD_range,
2492                          LLVMContext::MD_alias_scope,
2493                          LLVMContext::MD_nontemporal,
2494                          LLVMContext::MD_nonnull,
2495                          LLVMContext::MD_align,
2496                          LLVMContext::MD_type};
2497
2498   // Drops all metadata on the instruction other than ValidMetadataAfterRS4GC.
2499   I.dropUnknownNonDebugMetadata(ValidMetadataAfterRS4GC);
2500 }
2501
2502 static void stripNonValidDataFromBody(Function &F) {
2503   if (F.empty())
2504     return;
2505
2506   LLVMContext &Ctx = F.getContext();
2507   MDBuilder Builder(Ctx);
2508
2509   // Set of invariantstart instructions that we need to remove.
2510   // Use this to avoid invalidating the instruction iterator.
2511   SmallVector<IntrinsicInst*, 12> InvariantStartInstructions;
2512
2513   for (Instruction &I : instructions(F)) {
2514     // invariant.start on memory location implies that the referenced memory
2515     // location is constant and unchanging. This is no longer true after
2516     // RewriteStatepointsForGC runs because there can be calls to gc.statepoint
2517     // which frees the entire heap and the presence of invariant.start allows
2518     // the optimizer to sink the load of a memory location past a statepoint,
2519     // which is incorrect.
2520     if (auto *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(&I))
2521       if (II->getIntrinsicID() == Intrinsic::invariant_start) {
2522         InvariantStartInstructions.push_back(II);
2523         continue;
2524       }
2525
2526     if (MDNode *Tag = I.getMetadata(LLVMContext::MD_tbaa)) {
2527       MDNode *MutableTBAA = Builder.createMutableTBAAAccessTag(Tag);
2528       I.setMetadata(LLVMContext::MD_tbaa, MutableTBAA);
2529     }
2530
2531     stripInvalidMetadataFromInstruction(I);
2532
2533     if (auto *Call = dyn_cast<CallBase>(&I)) {
2534       for (int i = 0, e = Call->arg_size(); i != e; i++)
2535         if (isa<PointerType>(Call->getArgOperand(i)->getType()))
2536           RemoveNonValidAttrAtIndex(Ctx, *Call,
2537                                     i + AttributeList::FirstArgIndex);
2538       if (isa<PointerType>(Call->getType()))
2539         RemoveNonValidAttrAtIndex(Ctx, *Call, AttributeList::ReturnIndex);
2540     }
2541   }
2542
2543   // Delete the invariant.start instructions and RAUW undef.
2544   for (auto *II : InvariantStartInstructions) {
2545     II->replaceAllUsesWith(UndefValue::get(II->getType()));
2546     II->eraseFromParent();
2547   }
2548 }
2549
2550 /// Returns true if this function should be rewritten by this pass.  The main
2551 /// point of this function is as an extension point for custom logic.
2552 static bool shouldRewriteStatepointsIn(Function &F) {
2553   // TODO: This should check the GCStrategy
2554   if (F.hasGC()) {
2555     const auto &FunctionGCName = F.getGC();
2556     const StringRef StatepointExampleName("statepoint-example");
2557     const StringRef CoreCLRName("coreclr");
2558     return (StatepointExampleName == FunctionGCName) ||
2559            (CoreCLRName == FunctionGCName);
2560   } else
2561     return false;
2562 }
2563
2564 static void stripNonValidData(Module &M) {
2565 #ifndef NDEBUG
2566   assert(llvm::any_of(M, shouldRewriteStatepointsIn) && "precondition!");
2567 #endif
2568
2569   for (Function &F : M)
2570     stripNonValidAttributesFromPrototype(F);
2571
2572   for (Function &F : M)
2573     stripNonValidDataFromBody(F);
2574 }
2575
2576 bool RewriteStatepointsForGC::runOnFunction(Function &F, DominatorTree &DT,
2577                                             TargetTransformInfo &TTI,
2578                                             const TargetLibraryInfo &TLI) {
2579   assert(!F.isDeclaration() && !F.empty() &&
2580          "need function body to rewrite statepoints in");
2581   assert(shouldRewriteStatepointsIn(F) && "mismatch in rewrite decision");
2582
2583   auto NeedsRewrite = [&TLI](Instruction &I) {
2584     if (const auto *Call = dyn_cast<CallBase>(&I))
2585       return !callsGCLeafFunction(Call, TLI) && !isa<GCStatepointInst>(Call);
2586     return false;
2587   };
2588
2589   // Delete any unreachable statepoints so that we don't have unrewritten
2590   // statepoints surviving this pass.  This makes testing easier and the
2591   // resulting IR less confusing to human readers.
2592   DomTreeUpdater DTU(DT, DomTreeUpdater::UpdateStrategy::Lazy);
2593   bool MadeChange = removeUnreachableBlocks(F, &DTU);
2594   // Flush the Dominator Tree.
2595   DTU.getDomTree();
2596
2597   // Gather all the statepoints which need rewritten.  Be careful to only
2598   // consider those in reachable code since we need to ask dominance queries
2599   // when rewriting.  We'll delete the unreachable ones in a moment.
2600   SmallVector<CallBase *, 64> ParsePointNeeded;
2601   for (Instruction &I : instructions(F)) {
2602     // TODO: only the ones with the flag set!
2603     if (NeedsRewrite(I)) {
2604       // NOTE removeUnreachableBlocks() is stronger than
2605       // DominatorTree::isReachableFromEntry(). In other words
2606       // removeUnreachableBlocks can remove some blocks for which
2607       // isReachableFromEntry() returns true.
2608       assert(DT.isReachableFromEntry(I.getParent()) &&
2609             "no unreachable blocks expected");
2610       ParsePointNeeded.push_back(cast<CallBase>(&I));
2611     }
2612   }
2613
2614   // Return early if no work to do.
2615   if (ParsePointNeeded.empty())
2616     return MadeChange;
2617
2618   // As a prepass, go ahead and aggressively destroy single entry phi nodes.
2619   // These are created by LCSSA.  They have the effect of increasing the size
2620   // of liveness sets for no good reason.  It may be harder to do this post
2621   // insertion since relocations and base phis can confuse things.
2622   for (BasicBlock &BB : F)
2623     if (BB.getUniquePredecessor()) {
2624       MadeChange = true;
2625       FoldSingleEntryPHINodes(&BB);
2626     }
2627
2628   // Before we start introducing relocations, we want to tweak the IR a bit to
2629   // avoid unfortunate code generation effects.  The main example is that we
2630   // want to try to make sure the comparison feeding a branch is after any
2631   // safepoints.  Otherwise, we end up with a comparison of pre-relocation
2632   // values feeding a branch after relocation.  This is semantically correct,
2633   // but results in extra register pressure since both the pre-relocation and
2634   // post-relocation copies must be available in registers.  For code without
2635   // relocations this is handled elsewhere, but teaching the scheduler to
2636   // reverse the transform we're about to do would be slightly complex.
2637   // Note: This may extend the live range of the inputs to the icmp and thus
2638   // increase the liveset of any statepoint we move over.  This is profitable
2639   // as long as all statepoints are in rare blocks.  If we had in-register
2640   // lowering for live values this would be a much safer transform.
2641   auto getConditionInst = [](Instruction *TI) -> Instruction * {
2642     if (auto *BI = dyn_cast<BranchInst>(TI))
2643       if (BI->isConditional())
2644         return dyn_cast<Instruction>(BI->getCondition());
2645     // TODO: Extend this to handle switches
2646     return nullptr;
2647   };
2648   for (BasicBlock &BB : F) {
2649     Instruction *TI = BB.getTerminator();
2650     if (auto *Cond = getConditionInst(TI))
2651       // TODO: Handle more than just ICmps here.  We should be able to move
2652       // most instructions without side effects or memory access.
2653       if (isa<ICmpInst>(Cond) && Cond->hasOneUse()) {
2654         MadeChange = true;
2655         Cond->moveBefore(TI);
2656       }
2657   }
2658
2659   // Nasty workaround - The base computation code in the main algorithm doesn't
2660   // consider the fact that a GEP can be used to convert a scalar to a vector.
2661   // The right fix for this is to integrate GEPs into the base rewriting
2662   // algorithm properly, this is just a short term workaround to prevent
2663   // crashes by canonicalizing such GEPs into fully vector GEPs.
2664   for (Instruction &I : instructions(F)) {
2665     if (!isa<GetElementPtrInst>(I))
2666       continue;
2667
2668     unsigned VF = 0;
2669     for (unsigned i = 0; i < I.getNumOperands(); i++)
2670       if (auto *OpndVTy = dyn_cast<VectorType>(I.getOperand(i)->getType())) {
2671         assert(VF == 0 ||
2672                VF == cast<FixedVectorType>(OpndVTy)->getNumElements());
2673         VF = cast<FixedVectorType>(OpndVTy)->getNumElements();
2674       }
2675
2676     // It's the vector to scalar traversal through the pointer operand which
2677     // confuses base pointer rewriting, so limit ourselves to that case.
2678     if (!I.getOperand(0)->getType()->isVectorTy() && VF != 0) {
2679       IRBuilder<> B(&I);
2680       auto *Splat = B.CreateVectorSplat(VF, I.getOperand(0));
2681       I.setOperand(0, Splat);
2682       MadeChange = true;
2683     }
2684   }
2685
2686   MadeChange |= insertParsePoints(F, DT, TTI, ParsePointNeeded);
2687   return MadeChange;
2688 }
2689
2690 // liveness computation via standard dataflow
2691 // -------------------------------------------------------------------
2692
2693 // TODO: Consider using bitvectors for liveness, the set of potentially
2694 // interesting values should be small and easy to pre-compute.
2695
2696 /// Compute the live-in set for the location rbegin starting from
2697 /// the live-out set of the basic block
2698 static void computeLiveInValues(BasicBlock::reverse_iterator Begin,
2699                                 BasicBlock::reverse_iterator End,
2700                                 SetVector<Value *> &LiveTmp) {
2701   for (auto &I : make_range(Begin, End)) {
2702     // KILL/Def - Remove this definition from LiveIn
2703     LiveTmp.remove(&I);
2704
2705     // Don't consider *uses* in PHI nodes, we handle their contribution to
2706     // predecessor blocks when we seed the LiveOut sets
2707     if (isa<PHINode>(I))
2708       continue;
2709
2710     // USE - Add to the LiveIn set for this instruction
2711     for (Value *V : I.operands()) {
2712       assert(!isUnhandledGCPointerType(V->getType()) &&
2713              "support for FCA unimplemented");
2714       if (isHandledGCPointerType(V->getType()) && !isa<Constant>(V)) {
2715         // The choice to exclude all things constant here is slightly subtle.
2716         // There are two independent reasons:
2717         // - We assume that things which are constant (from LLVM's definition)
2718         // do not move at runtime.  For example, the address of a global
2719         // variable is fixed, even though it's contents may not be.
2720         // - Second, we can't disallow arbitrary inttoptr constants even
2721         // if the language frontend does.  Optimization passes are free to
2722         // locally exploit facts without respect to global reachability.  This
2723         // can create sections of code which are dynamically unreachable and
2724         // contain just about anything.  (see constants.ll in tests)
2725         LiveTmp.insert(V);
2726       }
2727     }
2728   }
2729 }
2730
2731 static void computeLiveOutSeed(BasicBlock *BB, SetVector<Value *> &LiveTmp) {
2732   for (BasicBlock *Succ : successors(BB)) {
2733     for (auto &I : *Succ) {
2734       PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(&I);
2735       if (!PN)
2736         break;
2737
2738       Value *V = PN->getIncomingValueForBlock(BB);
2739       assert(!isUnhandledGCPointerType(V->getType()) &&
2740              "support for FCA unimplemented");
2741       if (isHandledGCPointerType(V->getType()) && !isa<Constant>(V))
2742         LiveTmp.insert(V);
2743     }
2744   }
2745 }
2746
2747 static SetVector<Value *> computeKillSet(BasicBlock *BB) {
2748   SetVector<Value *> KillSet;
2749   for (Instruction &I : *BB)
2750     if (isHandledGCPointerType(I.getType()))
2751       KillSet.insert(&I);
2752   return KillSet;
2753 }
2754
2755 #ifndef NDEBUG
2756 /// Check that the items in 'Live' dominate 'TI'.  This is used as a basic
2757 /// sanity check for the liveness computation.
2758 static void checkBasicSSA(DominatorTree &DT, SetVector<Value *> &Live,
2759                           Instruction *TI, bool TermOkay = false) {
2760   for (Value *V : Live) {
2761     if (auto *I = dyn_cast<Instruction>(V)) {
2762       // The terminator can be a member of the LiveOut set.  LLVM's definition
2763       // of instruction dominance states that V does not dominate itself.  As
2764       // such, we need to special case this to allow it.
2765       if (TermOkay && TI == I)
2766         continue;
2767       assert(DT.dominates(I, TI) &&
2768              "basic SSA liveness expectation violated by liveness analysis");
2769     }
2770   }
2771 }
2772
2773 /// Check that all the liveness sets used during the computation of liveness
2774 /// obey basic SSA properties.  This is useful for finding cases where we miss
2775 /// a def.
2776 static void checkBasicSSA(DominatorTree &DT, GCPtrLivenessData &Data,
2777                           BasicBlock &BB) {
2778   checkBasicSSA(DT, Data.LiveSet[&BB], BB.getTerminator());
2779   checkBasicSSA(DT, Data.LiveOut[&BB], BB.getTerminator(), true);
2780   checkBasicSSA(DT, Data.LiveIn[&BB], BB.getTerminator());
2781 }
2782 #endif
2783
2784 static void computeLiveInValues(DominatorTree &DT, Function &F,
2785                                 GCPtrLivenessData &Data) {
2786   SmallSetVector<BasicBlock *, 32> Worklist;
2787
2788   // Seed the liveness for each individual block
2789   for (BasicBlock &BB : F) {
2790     Data.KillSet[&BB] = computeKillSet(&BB);
2791     Data.LiveSet[&BB].clear();
2792     computeLiveInValues(BB.rbegin(), BB.rend(), Data.LiveSet[&BB]);
2793
2794 #ifndef NDEBUG
2795     for (Value *Kill : Data.KillSet[&BB])
2796       assert(!Data.LiveSet[&BB].count(Kill) && "live set contains kill");
2797 #endif
2798
2799     Data.LiveOut[&BB] = SetVector<Value *>();
2800     computeLiveOutSeed(&BB, Data.LiveOut[&BB]);
2801     Data.LiveIn[&BB] = Data.LiveSet[&BB];
2802     Data.LiveIn[&BB].set_union(Data.LiveOut[&BB]);
2803     Data.LiveIn[&BB].set_subtract(Data.KillSet[&BB]);
2804     if (!Data.LiveIn[&BB].empty())
2805       Worklist.insert(pred_begin(&BB), pred_end(&BB));
2806   }
2807
2808   // Propagate that liveness until stable
2809   while (!Worklist.empty()) {
2810     BasicBlock *BB = Worklist.pop_back_val();
2811
2812     // Compute our new liveout set, then exit early if it hasn't changed despite
2813     // the contribution of our successor.
2814     SetVector<Value *> LiveOut = Data.LiveOut[BB];
2815     const auto OldLiveOutSize = LiveOut.size();
2816     for (BasicBlock *Succ : successors(BB)) {
2817       assert(Data.LiveIn.count(Succ));
2818       LiveOut.set_union(Data.LiveIn[Succ]);
2819     }
2820     // assert OutLiveOut is a subset of LiveOut
2821     if (OldLiveOutSize == LiveOut.size()) {
2822       // If the sets are the same size, then we didn't actually add anything
2823       // when unioning our successors LiveIn.  Thus, the LiveIn of this block
2824       // hasn't changed.
2825       continue;
2826     }
2827     Data.LiveOut[BB] = LiveOut;
2828
2829     // Apply the effects of this basic block
2830     SetVector<Value *> LiveTmp = LiveOut;
2831     LiveTmp.set_union(Data.LiveSet[BB]);
2832     LiveTmp.set_subtract(Data.KillSet[BB]);
2833
2834     assert(Data.LiveIn.count(BB));
2835     const SetVector<Value *> &OldLiveIn = Data.LiveIn[BB];
2836     // assert: OldLiveIn is a subset of LiveTmp
2837     if (OldLiveIn.size() != LiveTmp.size()) {
2838       Data.LiveIn[BB] = LiveTmp;
2839       Worklist.insert(pred_begin(BB), pred_end(BB));
2840     }
2841   } // while (!Worklist.empty())
2842
2843 #ifndef NDEBUG
2844   // Sanity check our output against SSA properties.  This helps catch any
2845   // missing kills during the above iteration.
2846   for (BasicBlock &BB : F)
2847     checkBasicSSA(DT, Data, BB);
2848 #endif
2849 }
2850
2851 static void findLiveSetAtInst(Instruction *Inst, GCPtrLivenessData &Data,
2852                               StatepointLiveSetTy &Out) {
2853   BasicBlock *BB = Inst->getParent();
2854
2855   // Note: The copy is intentional and required
2856   assert(Data.LiveOut.count(BB));
2857   SetVector<Value *> LiveOut = Data.LiveOut[BB];
2858
2859   // We want to handle the statepoint itself oddly.  It's
2860   // call result is not live (normal), nor are it's arguments
2861   // (unless they're used again later).  This adjustment is
2862   // specifically what we need to relocate
2863   computeLiveInValues(BB->rbegin(), ++Inst->getIterator().getReverse(),
2864                       LiveOut);
2865   LiveOut.remove(Inst);
2866   Out.insert(LiveOut.begin(), LiveOut.end());
2867 }
2868
2869 static void recomputeLiveInValues(GCPtrLivenessData &RevisedLivenessData,
2870                                   CallBase *Call,
2871                                   PartiallyConstructedSafepointRecord &Info) {
2872   StatepointLiveSetTy Updated;
2873   findLiveSetAtInst(Call, RevisedLivenessData, Updated);
2874
2875   // We may have base pointers which are now live that weren't before.  We need
2876   // to update the PointerToBase structure to reflect this.
2877   for (auto V : Updated)
2878     if (Info.PointerToBase.insert({V, V}).second) {
2879       assert(isKnownBaseResult(V) &&
2880              "Can't find base for unexpected live value!");
2881       continue;
2882     }
2883
2884 #ifndef NDEBUG
2885   for (auto V : Updated)
2886     assert(Info.PointerToBase.count(V) &&
2887            "Must be able to find base for live value!");
2888 #endif
2889
2890   // Remove any stale base mappings - this can happen since our liveness is
2891   // more precise then the one inherent in the base pointer analysis.
2892   DenseSet<Value *> ToErase;
2893   for (auto KVPair : Info.PointerToBase)
2894     if (!Updated.count(KVPair.first))
2895       ToErase.insert(KVPair.first);
2896
2897   for (auto *V : ToErase)
2898     Info.PointerToBase.erase(V);
2899
2900 #ifndef NDEBUG
2901   for (auto KVPair : Info.PointerToBase)
2902     assert(Updated.count(KVPair.first) && "record for non-live value");
2903 #endif
2904
2905   Info.LiveSet = Updated;
2906 }